水平載荷加卸載實驗裝置及實驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物理力學(xué)實驗領(lǐng)域，特別涉及一種水平載荷加卸載實驗裝置，以及一種水平載荷加卸載實驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)地，由于重力的存在，人們利用砝碼可以方便、準(zhǔn)確地提供垂直方向的力。通過若干標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的砝碼組合的添加或者減少，可以方便地加載和卸載一定量大小的豎直載荷力。而對于水平方向，定量力的加載和卸載，通常無法方便地通過砝碼的添加或者減少來完成，為此，如何解決水平載荷力對施加對象的加載和卸載成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠通過砝碼的添加或者減少實現(xiàn)水平載荷力的加載和卸載的水平載荷加卸載實驗裝置。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種水平載荷加卸載實驗裝置，包括水平設(shè)置的頂銷、擋片、彈簧座，固定設(shè)置于所述擋片與所述彈簧座之間的第一彈簧，以及固定設(shè)置于所述擋片與所述頂銷之間的處于自由狀態(tài)的第二彈簧;所述擋片通過第一鋼絲繩連接有預(yù)壓塊，還包括穿過所述第一鋼絲繩的第一定滑輪組，所述第一定滑輪組將處于水平方向的第一鋼絲繩改變?yōu)榇怪狈较?，所述預(yù)壓塊通過第一鋼絲繩牽引擋片使第一彈簧處于壓縮狀態(tài);還包括第二鋼絲繩和機架，所述機架上設(shè)置有第二定滑輪組，所述第二鋼絲繩穿過所述第二定滑輪組一端連接所述預(yù)壓塊、另一端連接有托盤，所述第二定滑輪組將處于垂直方向的第二鋼絲繩分成相互平行的兩段，所述托盤內(nèi)可添加或者減少有砝碼。
[0005]本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗裝置，通過在托盤內(nèi)添加或者減少砝碼后，第二鋼絲繩通過第二定滑輪組將預(yù)壓塊向上提升，此時，豎直方向的力減輕了托盤內(nèi)砝碼的質(zhì)量。同時由于第一彈簧的彈性壓力的作用帶動擋片向頂銷方向移動，則處于水平方向的第一彈簧的壓縮狀態(tài)伸長了一段距離，相應(yīng)的處于水平方向的第二彈簧由自由狀態(tài)變?yōu)閴嚎s狀態(tài)，壓縮了一段距離，并且第一彈簧的伸長距離與第二彈簧的壓縮距離相等。此時，擋片所受的第二彈簧的力的大小增大了，則擋片通過第二彈簧對頂銷施加的水平載荷力的大小增加了，從而實現(xiàn)水平載荷力的加載。同理，通過減少托盤內(nèi)一個或幾個砝碼后，處于水平方向的第一彈簧的壓縮狀態(tài)縮短了，處于水平方向的第二彈簧的壓縮狀態(tài)伸長了，則擋片所受的第二彈簧的力的大小減小了，則擋片通過第二彈簧對頂銷施加的水平載荷力的大小減小了，因此，可以實現(xiàn)水平載荷力的卸載;特別地，當(dāng)托盤內(nèi)的砝碼全部去除后，第一彈簧恢復(fù)為初始壓縮狀態(tài)，第二彈簧恢復(fù)為自由狀態(tài)，即擋片所受的第二彈簧的力的大小為零，則實現(xiàn)水平載荷力的全部卸載。也就是說，本發(fā)明是通過標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的砝碼的添加或者減少使該實驗裝置將豎直載荷力的變化轉(zhuǎn)換為水平載荷力的變化，即將重力變化轉(zhuǎn)換為水平載荷力的變化，從而實現(xiàn)通過添加、減少砝碼的方式實現(xiàn)水平載荷力的加載和卸載實驗。此夕卜，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、便于移植，可以單獨作為實驗使用，也可以作為一個完整的組件配置到水平載荷計量裝置中。
[0006]進一步的，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗裝置，所述第一彈簧與所述第二彈簧的倔強系數(shù)相同。
[0007]進一步的，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗裝置，所述第一彈簧與所述第二彈簧的倔強系數(shù)不相同。
[0008]進一步的，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗裝置，所述定滑輪組至少為一個。
[0009]進一步的，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗裝置，所述第一彈簧的壓縮狀態(tài)為全部壓緊或者部分壓緊。
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種水平載荷加卸載實驗方法，采用上述的水平載荷加卸載實驗裝置，所述水平載荷加卸載實驗裝置通過在托盤內(nèi)添加或者減少砝碼以將豎直載荷力轉(zhuǎn)換為水平載荷力通過頂銷的端部加載到施加對象，包括以下步驟:
[0011]步驟一、選擇一定質(zhì)量的預(yù)壓塊，通過與第一鋼絲繩連接的擋片對第一彈簧施加一定的壓縮量，使第一彈簧處于壓縮狀態(tài)，使第二彈簧處于自由狀態(tài)；
[0012]步驟二、在托盤內(nèi)添加至少一個砝碼，使第二彈簧對頂銷的水平載荷力增大，實現(xiàn)水平載荷力的加載;通過減少或者去除托盤內(nèi)的砝碼后，使第二彈簧對頂銷的水平載荷力減小，實現(xiàn)水平載荷力的卸載。
[0013]進一步的，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗方法，所述水平載荷力為f= k2/(ki+k2).M，其中f為水平載荷力，h為第一彈簧的倔強系數(shù)，k2為第二彈簧的倔強系數(shù)，Μ為砝碼的質(zhì)量。
[0014]進一步的，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗方法，當(dāng)?shù)谝粡椈珊偷诙椈傻木髲娤禂?shù)相同時，所述水平載荷力為f=M/2。
[0015]進一步的，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗方法，還包括將砝碼的質(zhì)量標(biāo)記為實際質(zhì)量的1/2，以使其標(biāo)記為標(biāo)準(zhǔn)的水平載荷力的砝碼的步驟。
[0016]本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗方法，基于上述的水平載荷加卸載實驗裝置，通過添加或者減少砝碼實現(xiàn)對施加對象的加載和卸載實驗。本實驗方法，當(dāng)?shù)谝粡椈珊偷诙椈傻木髲娤禂?shù)相同時，可以更加簡單的計算加載或者卸載的水平載荷力的大小，具有普適性。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一實施例水平載荷實驗裝置初始狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明一實施例水平載荷實驗裝置加載狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是水平載荷力加載的受力分析示意圖。
[0020]圖中所示:101、頂銷，102、第二彈簧，103、擋片，104、第一彈簧，105、彈簧座，106、第一鋼絲繩，107、第一定滑輪組，108、預(yù)壓塊，109、機架，110、第二定滑輪組，111、第二鋼絲繩，112、托盤，113、砝碼，200、施加對象。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細描述:
[0022]請參考圖1-2，本實施例提供一種水平載荷加卸載實驗裝置，包括水平設(shè)置的頂銷101、擋片103、彈簧座105，固定設(shè)置于所述擋片103與所述彈簧座105之間的第一彈簧104，以及固定設(shè)置于所述擋片103與所述頂銷101之間的處于自由狀態(tài)的第二彈簧102;所述擋片103通過第一鋼絲繩106連接有預(yù)壓塊108，還包括穿過所述第一鋼絲繩106的第一定滑輪組107，所述第一定滑輪組107將處于水平方向的第一鋼絲繩106改變?yōu)榇怪狈较颍鲱A(yù)壓塊108通過第一鋼絲繩106牽引擋片103使第一彈簧104處于壓縮狀態(tài)；還包括第二鋼絲繩111和機架109，所述機架109上設(shè)置有第二定滑輪組110，所述第二鋼絲繩111穿過所述第二定滑輪組110—端連接所述預(yù)壓塊108、另一端連接有托盤112，所述第二定滑輪組110將處于垂直方向上的第二鋼絲繩111分成相互平行的兩段，則預(yù)壓塊108和托盤112通過支撐滑動在第二定滑輪組110的分成兩段的第二鋼絲繩111形成杠桿天平，所述托盤112內(nèi)可添加或者減少有砝碼113。
[0023]請參考圖1、圖2，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗裝置，通過在托盤112內(nèi)添加或者減少砝碼113后，第二鋼絲繩111通過第二定滑輪組110將預(yù)壓塊108向上提升，此時，豎直方向的力減輕了托盤112內(nèi)砝碼113的質(zhì)量。同時由于第一彈簧104的彈性壓力的作用帶動擋片103向頂銷101方向移動，則處于水平方向的第一彈簧104的壓縮狀態(tài)伸長了一段距離，相應(yīng)的處于水平方向的第二彈簧102由自由狀態(tài)變?yōu)閴嚎s狀態(tài)，壓縮了一段距離，并且第一彈簧104的伸長距離與第二彈簧102的壓縮距離相等。此時，擋片103所受的第二彈簧102的力的大小增大了，則擋片103通過第二彈簧102對頂銷101施加的水平載荷力的大小增加了，從而實現(xiàn)水平載荷力的加載。同理，通過減少托盤112內(nèi)一個或幾個砝碼113后，處于水平方向的第一彈簧104的壓縮狀態(tài)縮短了，處于水平方向的第二彈簧102的壓縮狀態(tài)伸長了，則擋片103所受的第二彈簧102的力的大小減小了，則擋片103通過第二彈簧102對頂銷101施加的水平載荷力的大小減小了，因此，可以實現(xiàn)水平載荷力的卸載;特別地，當(dāng)托盤112內(nèi)的砝碼113全部去除后，第一彈簧104恢復(fù)為初始壓縮狀態(tài)，第二彈簧102恢復(fù)為自由狀態(tài)，即擋片103所受的第二彈簧102的力的大小為零，則實現(xiàn)水平載荷力的全部卸載。也就是說，本發(fā)明是通過標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的砝碼113的添加或者減少使該實驗裝置將豎直載荷力的變化轉(zhuǎn)換為水平載荷力的變化，即將重力變化轉(zhuǎn)換為水平載荷力的變化，從而實現(xiàn)通過添加、減少砝碼113的方式實現(xiàn)水平載荷力的加載和卸載實驗。此外，本發(fā)明提供的水平載荷加卸載實驗裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可靠、便于移植，可以單獨作為實驗使用，也可以作為一個完整的組件配置到水平載荷計量裝置中。
[0024]作為較佳的實施方式，本實施方式提供的水平載荷加卸載實驗裝置，所述第一彈簧104與所述第二彈簧102的倔強系數(shù)相同。
[0025]作為較佳的實施方式，本實施方式提供的水平載荷加卸載實驗裝置，所述第一彈簧104與所述第二彈簧102的倔強系數(shù)不相同。
[0026]作為較佳的實施方式，本實施方式提供的水平載荷加卸載實驗裝置，所述定滑輪組至少為一個。其中，第一定滑輪組107在本實施方式中采用一個，作用是將預(yù)壓塊108相對于水平方向向下改變90度方向的角度，以及使第一鋼絲繩106在第一定滑輪組107支撐并滑動。其中，第二定滑輪組110為并列設(shè)置的兩個定滑輪，其大小規(guī)格相同，目的是使第二鋼絲繩111為兩段，以使連接于