專利名稱：加載機構可任意移動的材料力學綜合實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種材料力學實驗教學的裝置。
背景技術：
在大專院校的“材料力學”課程中，要在實驗室里進行多種材料力學實驗，通過實 驗驗證或實驗研究來鞏固或加深對該課程有關理論的理解，比如經典的“梁彎曲應力及梁 彎扭組合”實驗項目等，這些實驗均是在專用的教學實驗裝置上來完成。為此近年來有多家 單位開發(fā)了具有多項功能的材料力學實驗裝置，可以進行常規(guī)的拉伸、壓縮、彎曲、扭轉等 實驗，但其加載機構多是固定的，如多功能材料力學實驗臺和多功能材料力學試驗機等。該 實驗裝置的特點是將多個實驗項目集中到一套實驗裝置上，節(jié)約了設備資源。但是在該類 實驗臺或實驗裝置所進行的實驗內容是統(tǒng)一固定的，或者說均是按照既定程序進行，無法 擴展其它的實驗研究，這樣不利于學生開展自主設計實驗或進行研究性學習。而這一點是 目前實驗教學中所存在的普遍性問題，也是材料力學實驗教學改革的內容之一。本實用新型所提出的力學實驗裝置，可以對任一構件上表面的任何部位施加載 荷，給學生自行設計和自主研究問題提供了實驗空間，可以在正常操作的前提下任意組合 實驗內容或是進行各種新的試驗內容，擴大了原有實驗的范圍。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種加載機構可任意移動的材料力學綜合實驗臺。
以下結合附圖對本實用新型的技術原理進行說明。為了達到對不同構件進行力學 參數(shù)測試的目的，在實驗裝置的底座上設置了三個支座，第一個支座用來垂直固定折桿；第 二個支座垂直固定槽形截面薄壁桿；第三個支座垂直固定疊梁等。同時在底座上還設置了 簡支梁及輔梁等。折桿的頂端裝有外伸臂。裝置上還配置了一對位移傳感器，可安裝在外 伸臂和橫桿的下方底座上，以及在折桿、疊梁和簡支梁的外表面貼有電阻應變片，當加載機 構對外伸臂、橫桿、折桿、疊梁、簡支梁上方的輔梁等構件施加垂直方向的載荷時，就可以對 這些構件實現(xiàn)彎曲應力，彎扭組合變形和疊梁應力分布等經典的實驗測試。為了使加載機 構能夠在實驗裝置平面內任意移動，在底座上各裝有兩個縱向滑動軸和橫向滑動軸。這樣 加載位置可以任意選擇，實現(xiàn)了對不同構件的相應位置施加載荷，所以拓展了材料力學實 驗項目的范圍，還可以實現(xiàn)槽形薄壁桿、彎曲中心、位移和功的互等定理等實驗。

圖1是本實用新型結構原理圖。圖2是加載機構在實驗裝置內能夠任意移動的結構原理圖。
具體實施方式
以下通過具體實施例對本實用新型的技術原理作進一步的說明。加載機構可任意移動的材料力學綜合實驗裝置，具有底座、支座、折桿、槽式壁桿、橫桿、疊梁、簡支梁、輔梁、位移傳感器、滑動軸、加載移動架以及加載機構等。具體結構為底座1上表面設有三個支 座，第一個支座2-1垂直固定折桿3，折桿3的頂端裝有外伸臂4 ；第二個支座2-2垂直固定 槽形薄壁桿5，槽形薄壁桿5自由端固定連接有橫桿6 ；第三個支座2-3垂直固定疊梁7。底 座1前端上面設有簡支梁8，簡支梁8上表面置有輔梁9。一對位移傳感器10安裝在外伸 臂4或橫桿6的下方底座上。沿底座1兩側裝有縱向滑動軸11，兩個橫向滑動軸12通過四 塊加載移動架13與縱向滑動軸11軸套連接，加載機構14套裝于兩個橫向滑動軸12上，實 現(xiàn)加載機構14在平面內的任意移動。折桿3、疊梁7和簡支梁8的外表面貼有電阻應變片 15。加載機構設有手輪17，手輪帶動絲杠旋轉驅動內部的滑柱上下移動。滑柱的下端連接 加力桿18，從而實現(xiàn)加、卸載與載荷測量的功能。實施例1 梁的彎曲應力實驗如圖1所示。在簡支梁8上表面置有輔梁9，輔梁9也稱加載轉換器。加力桿17 壓在輔梁9的中點時，使簡支梁8發(fā)生四點彎曲變形。若去掉輔梁，集中載荷直接加在簡支 梁8上時，則簡支梁發(fā)生三點彎曲變形。簡支梁的中央部位被加工成T型截面，T型截面部 位貼有兩列電阻應變片15。一列應變片粘貼在T型截面段端部的內角部位，此貼法可測量 應力集中區(qū)域的應力分布；另一列應變片粘貼在T型截面段的中央部位，用以測量梁發(fā)生 三點彎曲和四點彎曲時的應力分布，若去掉輔梁且將加力點選在靠近應變片的部位，則這 列應變片可測量圣維南區(qū)的應力分布。 實施例2 折桿組合實驗折桿組合由折桿3和外伸臂4構成，折桿3的一端固定在第一個支座2-1上。在 外伸臂4上加載時，折桿3在此載荷作用下發(fā)生扭彎組合變形，外伸臂4發(fā)生彎曲變形。(1)經典彎扭組合變形實驗及功能擴展折桿3上貼有45°應變花16，通過應變花可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的彎扭組合變形的主應力 測量實驗，也可以選擇不同的接橋方式實現(xiàn)消彎測扭(只測量由扭轉變形引起的應力)和 消扭測彎(只測量由彎曲變形引起的應力)。由于加載機構的可移動性，使用者可以自己設 計出實驗過程來證明測量(或接橋)的正確性。比如，消扭測彎時加力點沿外伸臂4軸線 移動(此時彎距不變)，若應變測量值基本不變或變化很小就可以證明接橋的正確性。消彎 測扭實驗也是如此。(2)位移和功的互等試驗在外伸臂4下面裝有兩個位移傳感器10，該傳感器為電渦流式，用以測量其垂直 位移(或撓度)。首先在圖1中的Sl處垂直加載并測出外伸臂4在S2處的垂直位移，然 后，再將加載機構上的加力桿17移到S2處加載并測出在Sl處的垂直位移(或撓度)，可以 實現(xiàn)互等定理驗證實驗。實施例3:疊梁應力實驗疊梁7由兩個尺寸、材料完全相同的矩形截面鋼梁組成，固定于第三個支座2-3 上，兩梁重疊放置，一端固定，一端自由。在距自由端附近有銷釘孔，插入銷釘時，兩梁連接 為一體。在靠近固定端部位貼有電阻應變片用于測量彎曲應力，當外力施加于梁使之發(fā)生 彎曲變形時，若無銷釘近似于兩個單獨的梁，若有銷釘趨向于整體梁的作用。測量梁的應力 分布，可以反映有無銷釘時應力分布的特點。[0019]實施例4 剪切中心實驗槽形薄壁桿5 —端固定，一端自由，槽形薄壁桿自由端固定連接橫桿6。橫桿兩端 下方安裝電渦流式位移傳感器10。當加載機構上的加力桿18集中載荷垂直加于橫桿6上 端面時，槽形薄壁桿5發(fā)生彎曲變形，若外加載荷不過剪切中心，會發(fā)生扭轉變形，隨之橫 桿6也會發(fā)生轉動，一對位移傳感器10可測出橫桿的垂直位移(或撓度)。只要兩個位移 不相等就說明有扭轉變形發(fā)生，即外力未過剪切中心。當兩個位移相等時，說明外力作用線 恰好過剪切中心。位移傳感器10只需2只，根據(jù)實驗內容，在“位移和功的互等試驗”時安裝在外伸 臂4下方，在“剪切中心試驗”時安裝在橫桿6下方。本發(fā)明的有益效果在于本實用新型給使用者提供了自行設計實驗和研究問題的 空間，可以發(fā)揮其想象力與創(chuàng)造力，在正常操作的前提下任意組合實驗內容或是嘗試進行 各種新的實驗。使用者還可以根據(jù)自己的理解自行設計 實驗內容，每個構件均可以更換為 其它形式。
權利要求加載機構可任意移動的材料力學綜合實驗裝置，具有底座、支座、折桿、橫桿、疊梁、簡支梁、輔梁、位移傳感器、滑動軸、加載移動架以及加載機構，其特征是底座(1)上表面設有三個支座，第一個支座(2-1)垂直固定折桿(3)，折桿(3)的頂端裝有外伸臂(4)；第二個支座(2-2)垂直固定槽形薄壁桿(5)，槽形薄壁桿(5)自由端固定連接橫桿(6)；第三個支座(2-3)垂直固定疊梁(7)，底座(1)前端上面設有簡支梁(8)，簡支梁(8)上表面置有輔梁(9)，一對位移傳感器(10)安裝在外伸臂(4)或橫桿(6)的下方底座上，沿底座(1)兩側裝有縱向滑動軸(11)，兩個橫向滑動軸(12)通過四塊加載移動架(13)與縱向滑動軸(11)軸套連接，加載機構(14)套裝于兩個橫向滑動軸(12)上，實現(xiàn)加載機構(14)在平面內的任意移動。
2.按照權利要求1所述的加載機構可任意移動的材料力學綜合實驗裝置，其特征是所 述疊梁(7)和簡支梁(8)的外表面貼有電阻應變片(15)，所述折桿3上貼有45°應變花 (16)。
專利摘要本實用新型公開了一種加載機構可任意移動的材料力學綜合實驗裝置。具體結構為底座上表面設有三個支座，分別垂直固定折桿、槽形薄壁桿和疊梁。折桿的頂端裝有外伸臂，槽形薄壁桿自由端固定連接橫桿。底座前端上面設有簡支梁，簡支梁上表面置有輔梁，疊梁，和簡支梁，的外表面貼有電阻應變片。外伸臂和橫桿的下方底座上均可安裝一對位移傳感器。沿底座兩側裝有縱向滑動軸，兩個橫向滑動軸通過四塊加載移動架與縱向滑動軸軸套連接，加載機構套裝于兩個橫向滑動軸上，實現(xiàn)加載機構在平面內的任意移動。本實驗裝置在便于操作的前提下可任意組合實驗內容，還可以根據(jù)自己的理解自行設計實驗，其中折桿、槽形薄壁桿和疊梁等均可以更換為其它形式。
文檔編號G09B23/10GK201562382SQ20092009758
公開日2010年8月25日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權日2009年7月2日
發(fā)明者侯振德, 富東慧, 徐家福, 王忠保 申請人:天津大學