专利名称：超静定结构温度应力实验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于科学教学实验仪器设备，尤其是涉及结构力学课程实验装置，特别涉及超静定结构温度应力实验装置。
背景技术：
超静定结构是指在荷载等因素作用下，支座反力和内力不能单独由静力平衡条件全部确定的结构。由于超静定结构整体性好，有较大的强度、刚度和稳定性，因而在工程上得到广泛的应用。例如土建、水利、航空、船舶等工程中的主体结构和机械工程中的支承结构通常是复杂的超静定结构。超静定结构在失去多余约束后，仍可以维持几何不变性。在同荷载、同跨度、同结构类型情况下，超静定结构的最大内力和位移一般小于静定结构的最大内力和位移。但与静定结构相比，超静定结构在温度改变时会引起结构内力，并且不能用增大结构截面尺寸的办法减少内力。在超静定结构中，温度应力是导致构件屈服破坏和造成结构裂缝的主要原因。因此在结构力学中，对超静定结构温度引起的应力的认识是非常重要的。本发明针对超静定结构，测试由于温度变化引起的温度应力，可为深入认识超静定结构的特点及为超静定结构温度应力数值仿真提供依据。进一步可为采取合理有效的措施控制结构温度裂缝、提高结构耐久性提供科学依据。
发明内容
要解决的技术问题
本发明解决的技术问题为超静定结构温度变化时能够测试结构应力变化的实验装置。技术方案
一种超静定结构温度应力实验装置，其特征在于由超静定结构、加温与测温系统和数据采集与显示三部分组成；其中超静定结构由基础和结构体组成；加温系统与测温系统由电源、电阻丝与温度计组成；数据采集与显示部分由电阻应变片与数据采集与分析仪组成；结构体的一侧与所述电阻应变片连接，结构体的另一侧与电阻丝连接。在于所述的电阻丝至少有一个以上。电阻应变片至少有一个以上。温度计为非接触式温度计。所述的应变片耐高温的电阻应变片。具体说明发明包括由超静定结构、加温与测温系统和数据采集与显示三部分组成。超静定结构由基础和结构体组成。加温与测温系统由电源、电阻丝与温度计组成。数据采集与显示部分由电阻应变片和数据采集与分析仪组成。加温系统对超静定加温，超静定结构的温度变化由温度计测量，由于加温而产生的超静定结构的应变由应变片感知。数据采集与分析仪对传感器记录的信号进行放大、处理，并给出超静定结构的温度应力。本发明所述的结构为结构力学中结构的概念，是建筑物或构筑物中起骨架作用并承受荷载的部分。有益效果本发明由加温系统对超结构加温，使其产生温度的变化，从而引起超静定结构不同部位应力的不同变化。由温度计测量超静定结构的温度变化量，由应变传感器记录超结构的应力变化值。本发明操作简单，维修方便，并将传统的测试方法和现代测试技术定量化的特点相结合，可定量地给出超结构当温度变化时引起的的应力变化值。实验装置可为深入认识超静定结构的特点及为超静定结构温度应力数值仿真提供依据。进一步可为采取合理有效的措施控制结构温度裂缝、提高结构耐久性提供科学依据。
图I为本发明超静定结构温度应力实验装置实施方式的剖视图。其中1_基础；2_结构体；3_温度计；4_电源；5_电阻丝；6_电阻应变片；7-数据 采集与分析仪。图2为超静定结构在不同加温时产生的应力图。五具体实施方式
实施例I
一种超静定结构温度应力实验装置，其特征在于由超静定结构、加温与测温系统和数据采集与显示三部分组成；其中超静定结构由基础I和结构体2组成；加温系统与测温系统由电源4、电阻丝5与温度计3组成；数据采集与显示部分由电阻应变片6与数据采集与分析仪7组成；结构体的一侧与所述电阻应变片6连接，结构体2的另一侧与电阻丝5连接。在于所述的电阻丝5至少有一个以上。电阻应变片6至少有一个以上.
图I所示结构基础I、超静定结构结构体2构成超静定结构。电阻丝5对超结构加温，使超结构产生温度变化。温度计3记录超静定结构不同部位温度的变化。应变片6感知由温度变化引起的超静定结构的不同部位应力的变化。数据采集与分析仪7对应变片6感知的应变变化信号进行放大、处理，并给出超结构的温度应力。本实施例中基础I由水泥、水、黄沙按质量比1:2:4混合浇注而成。超静定结构结构体2由石膏、重晶石粉、水混合按质量比1:1:0. 78混合而成的高拱坝模型。温度计3为江苏环亚电热仪表有限公司生产的TW415型手持式红外测温仪。电阻丝5为上海江泰合金材料有限公司生产的Cr20Ni80型镍铬电阻丝。应变片6为中航电测仪器公司生产的BB-120-4AA(250)型耐高温电阻应变片。数据采集与分析仪7为江苏东华测试技术有限公司生产的DH3816电阻应变仪。实验时环境温度为20°C。用加热器给超静定结构加热，分别测试不同加热温度时坝体上游中部温度、下游中部温度及下游中部应变。当坝体上游中部温度加热到30 V、40°C、50 V、60°C、70°C、80°C、90°C、100°C 时，坝体下游中部温度为 26. 4°C、28. 2°C、29. 5°C、34. 2°C、38. 2°C、41. 4°C、43. 2°C、44. 3°C 时，下游中部应变为 23X 10_6、45X 10_6、68 X 10' 110 X 10' 146 X 10' 163 X 10' 184 X 10' 206 X 10' 坝体材料的弹性模量为
I.77X IO3MPa0表I为不同加热温度情况下，坝体下游中部应力值。图2为不同加热温度下对应的坝体下游中部应力值图。表I不同加热温度下坝体下游中部应力值
加热温度 CC )|20|30 140 |50 |60 |70 |80 |90 IlOO —
应变值(ICT6)0~23 45 68 TlO 146 ' 163 184 206
应力值(ICT3MPa)|o |40.7 卜9. 7 |l20.4 |l94.7 丨258. 4 |288. 5 \325. 7 |364.6 ~
权利要求
1.一种超静定结构温度应力实验装置，其特征在于由超静定结构、加温与测温系统和数据采集与显示三部分组成；其中超静定结构由基础和结构体组成；加温系统与测温系统由电源、电阻丝与温度计组成；数据采集与显示部分由电阻应变片与数据采集与分析仪组成；结构体的一侧与所述电阻应变片连接，结构体的另一侧与电阻丝连接。
2.根据权利要求I所述的一种超静定结构温度应力实验装置，其特征在于所述的电阻丝至少有一个以上，所述的电阻应变片至少有一个以上。
3.根据权利要求I所述的一种应变数据采集与显示部分中的应变片为耐高温的电阻应变片。
全文摘要
本发明属于科学教学实验仪器设备，尤其是涉及结构力学课程实验装置，其特征是超静定结构当温度变化时会引起温度应力的实验装置。超静定结构温度应力实验装置由超静定结构、加温系统与测温系统、应变数据采集与显示三部分组成。超静定结构由基础和结构体组成。实验装置将传统的形象化的特点和现代测试技术定量化的特点相结合，可充分体现超静定结构温度应力的特性。实验装置可广泛应用于高等工科学校的实验及演示设备并可为超静定结构温度应力数值仿真提供依据。
文档编号G09B23/10GK102968922SQ20121050536
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者任青文, 杨振宇, 于国军 申请人:河海大学