RU1795505C - Учебный прибор по сопротивлению материалов - Google Patents

Abstract

Использование: устройство может быть использовано дл  проведени  лабораторных работ и лекционных демонстраций при изложении раздела Статика сооружений курсов Сопротивление материалов и Строительна  механика. Сущность изобретени : учебный прибор содержит размещенную в корпусе посредством опорных элементов модель многопролетной шарнирной балки, средство нагружени  и средство регистрации напр женно-деформированного состо ни  балки, причем средство нагружени  состоит из размещенной на балке подвижной распределительной опоры и набора грузов, а средство регистрации - из набора попарно-противоположно размещенных по обе стороны балки динамометров , каждый из которых св зан с корпусом посредством жесткой т ги, установленной с возможностью перемещени  относительно балки и закреплени  в заданной точке, и взаимодействует измерительным контактом с балкой, и тензодатчиков, размещенных в заданных сечени х балки и св занных с измерительной аппаратурой, при этом жесткие т ги и контакты динамометров  вл ютс  опорами балки, а последн   сострит из шарнирно св занных стержневых элементов . 4 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к учебным и демонстрационным приборам и может быть использовано дл  проведени  лабораторных работ и лекционных демонстраций при изложении раздела Статика сооружений курсов Сопротивление материалов и Строительна  механика.

Известен учебный прибор по строительной механике (авт. св. № 1254530, G 09 В 23/06, 1986, БИ № 32), содержащий панель с криволинейными пазами, испытываемый образец, выполненный в виде гибких линеек , образующих статически неопределимую раму и устройства дл  силового воздействи 

на образец, путем поворота и линейного смещени  узлов рамы. Прибор имеет световое табло с пластинами с изображением эпюр изгибающих моментов и пластиной с изображением основной системы рамы и канонических уравнений метода перемещений дл  данной рамы. Недостатком этого учебного прибора  вл етс  то, что он не позвол ет демонстрировать эпюры изгибающих моментов и поперечных сил от непосредственного воздействи  на образец внешней нагрузки (может демонстрировать данные эпюры только от углов поворота и линейных перемещений узлов), т.е. данный

-ч о ел ел о ел

прибор демонстрирует сущность метода перемещений , а не статическую работу многопролетной шарнирной балки и не позвол ет выполн ть демонстрацию регулировани  напр женно-деформированного состо ни  подобных систем..

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  учебно-демонстрационный прибор по. строительной механике, представл ющий собой модель многопролетной балки из шарнирно соединенных между собой элементов на телескопических опорных стержн х 1.

К недостаткам данного прибора можно отнести то, что не позвол ет демонстрировать эпюры.изгибающих моментов и поперечных сил (демонстрирует только линии вли ни  данных факторов) от действи  внешней нагрузки и выполн ть лабораторные работы по построению эпюр. Кроме того , данный .прибор не позвол ет демонстрировать и взаимодействие элементов многопролетной шарнирной балки между собой.

В нем отсутствует также возможность регулировани  внутренних усилий (изгибающих моментов, поперечных сил) и опорных реакций - как в отдельных элементах, так:и в многопролетной шарнирной балке в целом , (там не ставитс  подобна  цель) что в итоге не позвол ет активно воздействовать на модель и подчин ть ее рациональным требовани м, не способствует развитию инженерного творчества.. Цель изобретени  - расширение дидактических возможностей путем количественной оценки напр женно-деформированного состо ни  балки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что учебный прибор по сопротивлению материалов , содержащий размещенную в корпусе посредством опорных элементов модель многопролетной шарнирной балки, средство нагружени  и средство регистрации напр женно-деформированного состо ни  балки,.причем средство нагружени  состоит из размещенной на балке подвижной распределительной опоры и набора грузов, подвешенных к балке в заданных точках и к распределительной опоре, а средство регистрации состоит из набора попарно-противоположно размещенных по обе стороны балки и контактирующих с ней динамометров , каждый из которых св зан с корпусом посредством жесткой т ги, установленной с возможностью перемещени  относительно балки и закреплени  в заданной точке и тензодатчиков, размещенных в заданных сечени х балки и св занных с измерительной аппаратурой, при этом жесткие т ги и

контакты динамометров  вл ютс  опорами балки, а последн   состоит из шарнирно св занных стержневых элементов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что за вл емый прибор отличаетс  тем, что он позвол ет измен ть положение промежуточных опор по длине балки и дает возможность регулировать ее напр женно-деформированное состо ние

0 (НДС).

Соединение опорных приспособлений балки через динамометры позвол ет измер ть величины опорных реакций и повышает демонстрационную нагл дность

5 взаимодействи  между собой отдельных ее элементов (определ ть какие элементы главные- несущие, какие второстепенные). Прибор снабжен набором дополнительных грузов и подвижной распределитель0 ной опорой дл  регулировани  НДС многопролетной шарнирной балки.

Дл  нагл дности демонстрации на экране диспле  ЭВМ и количественной оценки изменени  НДС балки от действи  внешней

5 нагрузки и в процессе регулировани , на верхних и нижних гран х испытуемой балки в характерных сечени х по ее длине наклеены тензодатчики сопротивлени , включенные в тензометричеекую измерительную

0 систему попарно по полумостовой схеме.

На фиг. 1 показан прибор, общий вид; на фиг. 1 а, б, в - узел опорного приспособлени  балки; на фиг. 2 г - фрагмент части балки с наклеенными тензодатчиками со5 противлени ; на фиг. 3- схема соединени  тензодатчиков сопротивлени  с тензомет- рической измерительной системой и ЭВМ; на фиг. 4 - устройство дл  нагружени  балки сосредоточенными грузами.

0 Учебный прибор состоит из испытуемой многопролетной статически определимой шарнирной балки 1, закрепленной в корпусе 2 с помощью системы динамометров 3 с опорными приспособлени ми в виде разъ5 ewvibix призм 4, соединенных между собой винтом 11. Верхн   и нижн   траверсы опорной рамы снабжены продольными пазами 5, позвол ющими осуществл ть перемещени  опорных приспособлений (см. фиг.

0 1 и фиг. 2).

В корпусе 2 имеютс  приспособлени  6 дл  обеспечени  горизонтальной св зи между балкой и корпусом (шарнирно-по- движное и шарнирное неподвижное опира5 ние, жесткое защемление). Испытуема  балка.1 собираетс  из набора изгибаемых стержневых элементов, соединенных между собой шарнирами 7. На балку 1 подвешиваетс  специальное приспособление, перемещающеес  вдоль оси балки, дл  передачи

нагрузки основного и дополнительного за- гружени , состо щего.из набора грузов 8 и подвижной распределительной опоры 9.

Приспособление представл ет собой устройство дл  нагружени  испытуемой балки сосредоточенными грузами 8. Выполнено в виде рамки 14, опирающейс  на балку с подвешенной к ней на штоке 12 площадкой 13 дл  размещени  набора грузов (фиг. 4); дл  нагружени  балки сосредоточенными грузами при проведении опыта данное устройство устанавливают в том сечении по длине балки, где должна быть приложена сосредоточенна  сила.

С двух сторон на балку 1 наклеены тен- зодатчики сопротивлени  10 (фиг. 2 г), включенные в тензометрическую систему попарно по полумостовой схеме. Измеренный сигнал через интерфейс передаетс  на ЭВМ с выводом на графический экран диспле  (фиг. 3).

Внутренние усили  (изгибающие моменты и поперечные силы) в опасных сечени х балки определ ютс  в результате обработки показаний тензодатчиков сопротивлени .

Кроме того, измер емый сигнал от каждого тензодатчика (величина изгибной деформации ) передаетс  через интерфейс на ЭВМ, где по его величине определ ютс  внутренние усили , а также перемещени  (прогибы) и выдаютс  в графической форме на экран диспле . Таким образом, обучаемые при проведении эксперимента наблю- .дают на экране диспле  ЭВМ эпюры изгибающих моментов, поперечных сил, прогибов (упругую линию) при действии на балку заданной нагрузки.

Св зь тензодатчиков сопротивлени  через интерфейс с ЭВМ позвол ет при прове- дении опытов демонстрировать как статическую работу балки, так и весь процесс регулировани  ее напр женного и деформированного состо ни .

На .предлагаемом учебном приборе можно проводить следующие опыты:

а) демонстрировать взаимодействие элементов многопролетной статически определимой шарнирной балки 1. Дл  этого достаточно воздействовать на какой-либо элемент балки, например, простым нажатием пальца, или загруженном его наборными грузами. Обучаемые при этом наблюдают величины опорных реакций, показываемых динамометрами 3. При нагружении главного элемента балки, реакции возникают только в нем, все по отношению к нему второстепенные элементы не работают, при этом, динамометры, соединенные с опорными устройствами данных элементов показывают нулевые реакции. И наоборот, при воздействии на второстепенный элемент реакции возникают как в данном элементе, так и во всех по отношению к нему главных эле5 ментов, что наблюдают по показани м динамометров .

Таким образом, в процессе подобных демонстраций обучаемые наблюдают как взаимодействие между собой отдельных

0 элементов, так и величины возникающих в опорных устройствах реакций;

б) демонстрировать статическую работу многопролетной шарнирной балки 1 на действие различных заданных нагрузок. При

5 этом величины опорных реакций наблюдаютс  и измер ютс  динамометрами 3, и из- гибные деформации измер ютс  тензодзтчиками сопротивлени  10 и через интерфейс передаютс  от тензосистемы к

0 микро ЭВМ, и в виде эпюр внутренних усилий и прогибов воспроизвод тс  на экране диспле ;

в) последовательно перемеща  .сосредоточенный груз вдоль многопролетной

5 шарнирной балки 1 можно наблюдать величины опорных реакций, показываемых динамометрами , по которым стро тс  линии вли ни . При этом линии вли ни  изгибающих моментов и поперечных сил в попереч0- ных сечени х, где наклеены тензодатчики 10 демонстрируютс  на экране диспле ;

г) демонстрировать регулирование напр женного состо ни  многопролетной шарнирной балки 1 путем перемещени  5 опорных закреплений 4 (изменением соотношений между длинами пролетов и консолей ) в продольных пазах 5 корпуса.

С целью регулировани  (перераспределени ) внутренних усилий в опасныхсечени- 0  х используют дополнительное нагружение (дополнительные грузы 8 размещаютс  на балке таким образом, чтобы разгрузить опасные сечени ), и подвижную распределительную опору 9, с помощью которой 5 можно измен ть схему приложени  нагрузки .

Дл  регулировани  внутренних усилий в многопролетной шарнирной балке можно использовать комбинации приведенных вы- 0 ше способов.

Предлагаемый учебный прибор позвол ет проводить лабораторные работы, демонстрирующие статическую работу различных по расчетной схеме многопро- 5 летных статически определимых шарнирных балок, взаимодействие отдельных . элементов балок между собой, регулирование их напр женного состо ни  изменением положени  промежуточных опор, дополнительными нагружением, использованием распределительных нагрузочных устройств и комбинаций всех этих способов с накоплением информации на ЭВМ и графическом ее представлением на экране диспле .

Предлагаемый прибор демонстрирует не только качественную сторону отмеченных эффектов, но и позвол ет осуществить

количественное их измерение и сравнение с данными теоретического расчета.

Сам прибор  вл етс  переносным устройством , не требует применени  громоздкого , стационарного оборудовани  и позвол ет проводить демонстрацию и лабораторные работы в обычных аудитори х.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Учебный прибор по сопротивлению материалов , содержащий размещенную в корпусе посредством опорных элементов модель многопролетной шарнирной балки, средство нагружени  балки и средство регистрации напр женно-деформированного состо ни  последней, отличающийс  тем, что, с целью расширени  дидактических возможностей путем количественной оценки напр женно-деформированного се- .-;и балки, средство пагруже.ни  состоит из размещенной на балке подвижной рёспреде. и/па ьчой огкфы и набора грузов,. ,--,--„juaP.,

   подвешенных к балке в заданных точках и к распределительной опоре, а средство реги- СФ.-ГФ1И состоит из набора попарно противоположно размещенных по обе стороны балки и контактирующих с ней динамометров , каждый из которых св зан с корпусом посредством жесткой т ги, установленной с возможностью перемещени  относительно балки и закреплени  в заданной точке, и тензодатчиков. размещенных в заданных сечени х балки и св занных с измерительной аппаратурой, при этом жесткие т ги и контакты динамометров  вл ютс  опорами балки, а последн   состоит из шарнирно св занных стержневых элементов. -.«u,™

   $

   A

   .« i

   11

   фи. 3

   ,10

   , i

   IV/

   Г

   Фиг. 2 V

   ч

   J13

   v-Г

   Фиг. 4