专利名称：加载机构可任意移动的材料力学综合实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种材料力学实验教学的装置。
背景技术：
在大专院校的“材料力学”课程中，要在实验室里进行多种材料力学实验，通过实 验验证或实验研究来巩固或加深对该课程有关理论的理解，比如经典的“梁弯曲应力及梁 弯扭组合”实验项目等，这些实验均是在专用的教学实验装置上来完成。为此近年来有多家 单位开发了具有多项功能的材料力学实验装置，可以进行常规的拉伸、压缩、弯曲、扭转等 实验，但其加载机构多是固定的，如多功能材料力学实验台和多功能材料力学试验机等。该 实验装置的特点是将多个实验项目集中到一套实验装置上，节约了设备资源。但是在该类 实验台或实验装置所进行的实验内容是统一固定的，或者说均是按照既定程序进行，无法 扩展其它的实验研究，这样不利于学生开展自主设计实验或进行研究性学习。而这一点是 目前实验教学中所存在的普遍性问题，也是材料力学实验教学改革的内容之一。本实用新型所提出的力学实验装置，可以对任一构件上表面的任何部位施加载 荷，给学生自行设计和自主研究问题提供了实验空间，可以在正常操作的前提下任意组合 实验内容或是进行各种新的试验内容，扩大了原有实验的范围。
发明内容本实用新型的目的是提供一种加载机构可任意移动的材料力学综合实验台。
以下结合附图对本实用新型的技术原理进行说明。为了达到对不同构件进行力学 参数测试的目的，在实验装置的底座上设置了三个支座，第一个支座用来垂直固定折杆；第 二个支座垂直固定槽形截面薄壁杆；第三个支座垂直固定叠梁等。同时在底座上还设置了 简支梁及辅梁等。折杆的顶端装有外伸臂。装置上还配置了一对位移传感器，可安装在外 伸臂和横杆的下方底座上，以及在折杆、叠梁和简支梁的外表面贴有电阻应变片，当加载机 构对外伸臂、横杆、折杆、叠梁、简支梁上方的辅梁等构件施加垂直方向的载荷时，就可以对 这些构件实现弯曲应力，弯扭组合变形和叠梁应力分布等经典的实验测试。为了使加载机 构能够在实验装置平面内任意移动，在底座上各装有两个纵向滑动轴和横向滑动轴。这样 加载位置可以任意选择，实现了对不同构件的相应位置施加载荷，所以拓展了材料力学实 验项目的范围，还可以实现槽形薄壁杆、弯曲中心、位移和功的互等定理等实验。
图1是本实用新型结构原理图。图2是加载机构在实验装置内能够任意移动的结构原理图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本实用新型的技术原理作进一步的说明。加载机构可任意移动的材料力学综合实验装置，具有底座、支座、折杆、槽式壁杆、横杆、叠梁、简支梁、辅梁、位移传感器、滑动轴、加载移动架以及加载机构等。具体结构为底座1上表面设有三个支 座，第一个支座2-1垂直固定折杆3，折杆3的顶端装有外伸臂4 ；第二个支座2-2垂直固定 槽形薄壁杆5，槽形薄壁杆5自由端固定连接有横杆6 ；第三个支座2-3垂直固定叠梁7。底 座1前端上面设有简支梁8，简支梁8上表面置有辅梁9。一对位移传感器10安装在外伸 臂4或横杆6的下方底座上。沿底座1两侧装有纵向滑动轴11，两个横向滑动轴12通过四 块加载移动架13与纵向滑动轴11轴套连接，加载机构14套装于两个横向滑动轴12上，实 现加载机构14在平面内的任意移动。折杆3、叠梁7和简支梁8的外表面贴有电阻应变片 15。加载机构设有手轮17，手轮带动丝杠旋转驱动内部的滑柱上下移动。滑柱的下端连接 加力杆18，从而实现加、卸载与载荷测量的功能。实施例1 梁的弯曲应力实验如图1所示。在简支梁8上表面置有辅梁9，辅梁9也称加载转换器。加力杆17 压在辅梁9的中点时，使简支梁8发生四点弯曲变形。若去掉辅梁，集中载荷直接加在简支 梁8上时，则简支梁发生三点弯曲变形。简支梁的中央部位被加工成T型截面，T型截面部 位贴有两列电阻应变片15。一列应变片粘贴在T型截面段端部的内角部位，此贴法可测量 应力集中区域的应力分布；另一列应变片粘贴在T型截面段的中央部位，用以测量梁发生 三点弯曲和四点弯曲时的应力分布，若去掉辅梁且将加力点选在靠近应变片的部位，则这 列应变片可测量圣维南区的应力分布。 实施例2 折杆组合实验折杆组合由折杆3和外伸臂4构成，折杆3的一端固定在第一个支座2-1上。在 外伸臂4上加载时，折杆3在此载荷作用下发生扭弯组合变形，外伸臂4发生弯曲变形。(1)经典弯扭组合变形实验及功能扩展折杆3上贴有45°应变花16，通过应变花可以实现传统的弯扭组合变形的主应力 测量实验，也可以选择不同的接桥方式实现消弯测扭(只测量由扭转变形引起的应力)和 消扭测弯(只测量由弯曲变形引起的应力)。由于加载机构的可移动性，使用者可以自己设 计出实验过程来证明测量(或接桥)的正确性。比如，消扭测弯时加力点沿外伸臂4轴线 移动(此时弯距不变)，若应变测量值基本不变或变化很小就可以证明接桥的正确性。消弯 测扭实验也是如此。(2)位移和功的互等试验在外伸臂4下面装有两个位移传感器10，该传感器为电涡流式，用以测量其垂直 位移(或挠度)。首先在图1中的Sl处垂直加载并测出外伸臂4在S2处的垂直位移，然 后，再将加载机构上的加力杆17移到S2处加载并测出在Sl处的垂直位移(或挠度)，可以 实现互等定理验证实验。实施例3:叠梁应力实验叠梁7由两个尺寸、材料完全相同的矩形截面钢梁组成，固定于第三个支座2-3 上，两梁重叠放置，一端固定，一端自由。在距自由端附近有销钉孔，插入销钉时，两梁连接 为一体。在靠近固定端部位贴有电阻应变片用于测量弯曲应力，当外力施加于梁使之发生 弯曲变形时，若无销钉近似于两个单独的梁，若有销钉趋向于整体梁的作用。测量梁的应力 分布，可以反映有无销钉时应力分布的特点。[0019]实施例4 剪切中心实验槽形薄壁杆5 —端固定，一端自由，槽形薄壁杆自由端固定连接横杆6。横杆两端 下方安装电涡流式位移传感器10。当加载机构上的加力杆18集中载荷垂直加于横杆6上 端面时，槽形薄壁杆5发生弯曲变形，若外加载荷不过剪切中心，会发生扭转变形，随之横 杆6也会发生转动，一对位移传感器10可测出横杆的垂直位移(或挠度)。只要两个位移 不相等就说明有扭转变形发生，即外力未过剪切中心。当两个位移相等时，说明外力作用线 恰好过剪切中心。位移传感器10只需2只，根据实验内容，在“位移和功的互等试验”时安装在外伸 臂4下方，在“剪切中心试验”时安装在横杆6下方。本发明的有益效果在于本实用新型给使用者提供了自行设计实验和研究问题的 空间，可以发挥其想象力与创造力，在正常操作的前提下任意组合实验内容或是尝试进行 各种新的实验。使用者还可以根据自己的理解自行设计 实验内容，每个构件均可以更换为 其它形式。
权利要求加载机构可任意移动的材料力学综合实验装置，具有底座、支座、折杆、横杆、叠梁、简支梁、辅梁、位移传感器、滑动轴、加载移动架以及加载机构，其特征是底座(1)上表面设有三个支座，第一个支座(2-1)垂直固定折杆(3)，折杆(3)的顶端装有外伸臂(4)；第二个支座(2-2)垂直固定槽形薄壁杆(5)，槽形薄壁杆(5)自由端固定连接横杆(6)；第三个支座(2-3)垂直固定叠梁(7)，底座(1)前端上面设有简支梁(8)，简支梁(8)上表面置有辅梁(9)，一对位移传感器(10)安装在外伸臂(4)或横杆(6)的下方底座上，沿底座(1)两侧装有纵向滑动轴(11)，两个横向滑动轴(12)通过四块加载移动架(13)与纵向滑动轴(11)轴套连接，加载机构(14)套装于两个横向滑动轴(12)上，实现加载机构(14)在平面内的任意移动。
2.按照权利要求1所述的加载机构可任意移动的材料力学综合实验装置，其特征是所 述叠梁(7)和简支梁(8)的外表面贴有电阻应变片(15)，所述折杆3上贴有45°应变花 (16)。
专利摘要本实用新型公开了一种加载机构可任意移动的材料力学综合实验装置。具体结构为底座上表面设有三个支座，分别垂直固定折杆、槽形薄壁杆和叠梁。折杆的顶端装有外伸臂，槽形薄壁杆自由端固定连接横杆。底座前端上面设有简支梁，简支梁上表面置有辅梁，叠梁，和简支梁，的外表面贴有电阻应变片。外伸臂和横杆的下方底座上均可安装一对位移传感器。沿底座两侧装有纵向滑动轴，两个横向滑动轴通过四块加载移动架与纵向滑动轴轴套连接，加载机构套装于两个横向滑动轴上，实现加载机构在平面内的任意移动。本实验装置在便于操作的前提下可任意组合实验内容，还可以根据自己的理解自行设计实验，其中折杆、槽形薄壁杆和叠梁等均可以更换为其它形式。
文档编号G09B23/10GK201562382SQ20092009758
公开日2010年8月25日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者侯振德, 富东慧, 徐家福, 王忠保 申请人:天津大学