对本发明的实施方式做进一步说明。实验装置的具体安装和实施方式如下:
[0029]实施例1:无侧移刚架的位移法实验
[0030]图5为位移法实验装置无侧移刚架原结构图。
[0031]刚架结构由竖向矩形薄壁杆件3a、横向矩形薄壁杆件3b和刚结点盘4a组成。竖向矩形薄壁杆件3a —端通过螺栓与带有凹槽的刚结点盘4a相连；另一端通过螺栓与带有凹槽的刚结点盘4b相连，实现刚架结构与固定支座的连接。横向矩形薄壁杆件3b —端通过螺栓与带有凹槽的刚结点盘4a相连；另一端通过螺栓与带有凹槽的铰结点盘5相连，实现刚架结构与铰支座的连接。
[0032]蜗轮蜗杆加载装置由蜗轮蜗杆升降机6、力传感器7、球铰8、加载杆9和杆件夹具10，依次首尾通过螺纹连接而成。杆件夹具10与竖向薄壁杆件3a连接，对刚架结构施加荷载。
[0033]应变片粘贴在矩形薄壁杆件3a、3b两侧不同位置，通过所测应变值计算杆件内力大小；力传感器7测得蜗轮蜗杆升降机6对刚架结构所施加的荷载值；转角传感器17固定于刚架结构的刚结点盘4a上，可测得刚结点盘4a处的转角；以上测量设备均连接于计算机，通过计算机对各项数据进行实时监测。
[0034]图6为位移法实验装置荷载单独作用于无侧移刚架图。
[0035]图6结构的安装方式是在图5结构的基础上，在刚结点盘4a后的侧向反力架21上，安装如图1所示的由扭矩传感器18、丝杠减速机19和X-Y向随动工作台20组成的转角约束及加载装置，限制刚架结构在刚结点盘4处的转动。通过上述蜗轮蜗杆加载装置对刚架施加荷载，通过调整转角约束及加载装置，使刚架结构在转角传感器17处转角为零，同时测得扭矩传感器18所承受的扭矩。
[0036]图7为位移法实验装置结点转角单独作用于无侧移刚架图。图7结构的安装方式是在图6结构的基础上，去除上述蜗轮蜗杆加载装置。通过转角约束及加载装置对刚架结构在刚结点盘4处施加扭矩，通过安装于刚结点盘4上的转角传感器17，测量刚架结构在刚结点盘4处的转角。
[0037]实施例2:有侧移刚架的位移法实验
[0038]图8为位移法实验装置有侧移刚架原结构图。图8结构的安装方式是在图5结构的基础上，去除固定铰支座处的水平支座传感器11c，使固定铰支座转变为可动铰支座。通过上述蜗轮蜗杆加载装置对刚架结构施加荷载，并由安装于刚结点盘4a上的转角传感器17，测得荷载作用下刚架结构在刚结点盘4a处产生的转角。
[0039]图9为位移法实验装置荷载和水平线位移作用于有侧移刚架图。图9结构的安装方式是在图6结构的基础上，去除固定铰支座处的水平支座传感器11c，使固定铰支座转变为可动铰支座。通过上述蜗轮蜗杆加载装置对刚架施加荷载，通过调整转角约束及加载装置，使刚架结构在转角传感器17处转角为零，同时测得扭矩传感器18所承受的扭矩。
[0040]图10为位移法实验装置结点转角和水平线位移作用于有侧移刚架图。图10结构的安装方式是在图7结构的基础上，去除固定铰支座处的水平支座传感器11c，使固定铰支座转变为可动铰支座。通过转角约束及加载装置对刚架结构在刚结点盘4处施加扭矩，通过安装于刚结点盘4上的转角传感器17，测量刚架结构在刚结点盘4处的转角。
【主权项】
1.一种将位移法直观化的教学实验装置，其特征在于，包括刚架结构、蜗轮蜗杆加载装置、转角约束及加载装置、支撑及约束装置和测量设备； 所述刚架结构由竖向矩形薄壁杆件(3a)、横向矩形薄壁杆件(3b)和刚结点盘(4a)组成；竖向矩形薄壁杆件(3a) —端与刚结点盘(4a)固定连接，另一端与刚结点盘(4b)固定连接，实现刚架结构与固定支座的连接；横向矩形薄壁杆件(3b) —端与刚结点盘(4a)固定连接，另一端与铰结点盘(5)固定连接，实现刚架结构与铰支座的固定连接； 所述蜗轮蜗杆加载装置由蜗轮蜗杆升降机￠)、加载杆(9)、球铰(8)和杆件夹具(10)组成；蜗轮蜗杆升降机(6) —端与小车平台(12a)固定连接，小车平台(12a)安装到反力架(I)导轨上，小车平台(12a)可沿反力架(I)导轨调整高度，蜗轮蜗杆升降机(6)另一端与力传感器(7)连接，蜗轮蜗杆升降机(6)通过旋转手轮对刚架结构施加荷载；力传感器(7)、球铰(8)、加载杆(9)及杆件夹具(10)依次通过螺纹连接；杆件夹具(10)实现加载装置与横向薄壁杆件(3b)或竖向薄壁杆件(3a)的连接，杆件夹具(10)包括销钉(23)、加载杆连接件(22)和杆件夹片(24)，加载杆连接件(22)与杆件夹片(24)通过销钉(23)连接，矩形薄壁杆件(3a)垂直穿过杆件夹片(24)形成的凹槽并与杆件夹片(24)固定连接；手动控制蜗轮蜗杆加载装置对刚架结构施加拉力和压力，通过力传感器(7)在计算机上显示所加荷载； 所述转角约束及加载装置由X-Y向随动工作台(20)、扭矩传感器(18)和丝杠减速机(19)组成，X-Y向随动工作台(20)由水平导轨(13d)、竖直导轨(13c)、小车平台(12f)和小车平台(12g)组成；扭矩传感器(18) —端与刚结点盘(4a)固定连接，另一端插入丝杠减速机(19)内；丝杠减速机(19)安装到小车平台(12f)上，小车平台(12f)与竖直导轨(13c)连接，竖直导轨(13c)与小车平台(12g)连接，小车平台(12g)与水平导轨(13d)连接，水平导轨(13d)与侧向反力架(21)平板中部连接；Χ_Υ向随动工作台(20)实现转角约束及加载装置沿水平导轨(13d)和竖直导轨(13c)自由运动，转角约束及加载装置通过对刚结点盘(4a)施加扭矩，在刚架结构在结点处产生角位移，通过转角传感器(17)测出角位移数值； 所述支承及约束装置由反力框架和刚架结构的约束支承组成； 所述反力框架由反力架(I)、侧向反力架(21)和底座(2)组成，底座(2)固定于反力架(I)的下横梁下部，用于支撑整个装置；反力架(I)由内置导轨的上下两个横梁和内置导轨的左右两个立柱组成，每个横梁或立柱可固定蜗轮蜗杆升降机(6)及小车平台；侧向反力架(21)由平板和立柱组成，立柱上下通过滑块与反力架I上下横梁相连，平板通过滑块与立柱相连，平板可以在立柱上上下滑动；侧向反力架(21)用于安装转角约束及加载装置；所述刚架结构的约束支承包括固定支座和固定铰支座；固定支座由水平支座传感器(11a)、竖直支座传感器(Ilb)和刚结点盘(4b)组成；转接板底端与小车平台(12b)连接，转接板一侧与水平支座传感器(Ila)连接，水平支座传感器(Ila)与结点盘(4b)连接，竖直支座传感器(Ilb)上端与刚结点盘(4b)连接，下端与小车平台(12b)连接，小车平台(12b)固定于反力架下横梁上；固定铰支座由水平支座传感器(11c)、竖直支座传感器(Ild)、铰结点盘(5)、铰支座水平导轨(13a)和铰支座竖向导轨(13b)组成；竖直支座传感器(Ild)和水平支座传感器(Ilc) 一端与铰结点盘(5)连接，竖直支座传感器(Ild)另一端通过小车平台(12d)与铰支座水平导轨(13a)连接，水平支座传感器(Ilc)另一端通过小车平台(12c)与铰支座竖向导轨(13b)连接；铰支座水平导轨(13a)安装在箱型平台(16)上，铰支座竖向导轨(13b)安装在转接板一侧，转接板另一侧与连接件(14)连接，转接板底端通过小车平台(12e)连接在铰支座水平导轨(13a)上；丝杠升降机(15)安装在箱型平台(16) 一侧，通过连接件(14)与转接板相连，可用于对刚架结构限制或施加水平位移，箱型平台(16)固定于反力架下横梁上； 所述测量设备包括力传感器(7)、应变片、转角传感器(17);应变片粘贴在矩形薄壁杆件(3a、3b)两侧不同位置，通过所测应变值计算杆件内力大小；力传感器(7)测得蜗轮蜗杆升降机(6)对刚架结构所施加的荷载值；转角传感器(17)固定于刚架结构的刚结点盘(4a)上，测刚结点盘(4a)处的转角；以上测量设备均连接于计算机，通过计算机对各项数据进行实时监测。2.如权利要求1所述的一种将位移法直观化的教学实验装置，其特征在于，所述刚架结构为“L”形刚架或门形刚架。3.如权利要求1或2所述的一种将位移法直观化的教学实验装置，其特征在于，所述铰支座水平支座传感器(Ilc)可拆卸，去除后固定铰支座变为可移动铰支座。
【专利摘要】本发明提供一种将位移直观化的教学实验装置，该装置包括刚架结构、蜗轮蜗杆加载装置、支撑及约束装置、转角约束及加载装置和测量设备。刚架结构由相互垂直的矩形薄壁杆件通过刚结点盘连接而成；蜗轮蜗杆加载装置实现对刚架结构的加载与卸载；支承及约束装置包括刚架结构的约束支承和反力框架，刚架结构的约束支撑包括固定支座和铰支座，反力框架反力架和底座组成；转角约束及加载装置通过转角传感器测出角位移数值；测量设备包括力力传感器、应变片和转角传感器。该装置实验模型灵活可变；根据实验内容的需要，可组装不同的分部实验模型，进行多种方法的位移法实验，各种方法所得结果便于相互对比和与理论结果对比。
【IPC分类】G09B23/10
【公开号】CN105206142
【申请号】CN201510707959
【发明人】陈廷国, 吴江龙, 孙良君, 胡乔元, 李映雪
【申请人】大连理工大学, 烟台大学, 烟台新天地试验技术有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月27日