一种应用于结构力学教学的多功能结点的制作方法

本实用新型涉及一种高等院校《结构力学》课程的教学教具，特别涉及一种多功能结点，属于土木工程结构力学教学领域。

背景技术：

实际土木工程结构非常复杂，完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的，也是不必要的。在结构力学中，将实际结构进行简化是力学计算的基础，尤为重要。结构简化包括：结构体系的简化、杆件的简化、杆件间连接的简化以及结构与基础间连接的简化、材料的简化和荷载的简化等。

其中，杆件间的连接简化为结点。单结点通常简化为两种理想情形：一种是铰结点，被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可相对转动，即可以传递力，但不能传递力矩；另一种是刚结点，被连接的杆件在连接处既不能相对移动，又不能相对转动，即可以传递力，也可以传递力矩。

为更加形象理解刚结点和铰结点的连接形式和受力特点，本实用新型设计一种多功能结点帮助学生理解，走好学习结构力学的第一步。

技术实现要素：

本实用新型旨在设计一种多功能结点，实现杆件与杆件之间的刚接和铰接，使学生们更加深入理解杆件与杆件之间的连接。

本发明的技术方案如下：

一种应用于结构力学教学的多功能结点包括杆件1、刚结点插销2、铰结点插销3和组合结点插销4。

所述杆件1为中间薄、两端厚的矩形薄片杆件，杆件两端具有花键孔；所述的花键孔的大径、小径、键宽和键数与刚结点插销2的花键相同，用于连接刚结点插销2和杆件1，刚结点插销2随杆件1的转动而转动；所述的花键孔小径与铰结点插销3直径相同，用于连接杆件1和铰结点插销3，杆件1绕铰结点插销3转动。

所述刚结点插销2的中部为花键轴承，两端具有螺纹；刚结点插销2插入杆件1的花键孔，其两端通过螺纹固定螺丝，防止杆件1滑落。两个杆件1通过刚结点插销2连接,两个杆件1之间的角度为30度或30度的整数倍。

所述的铰结点插销3的中部为光滑圆柱体，两端具有螺纹；铰结点插销3插入杆件1的花键孔，其两端通过螺纹固定螺丝，防止杆件1滑落。

所述组合结点插销4的中间部分一半是光滑圆柱体，另一半是花键轴承；组合结点插销4两端具有螺纹；组合结点插销4插入杆件1的花键孔，其两端通过螺纹固定螺丝，防止杆件1滑落。

所述的两个杆件1通过刚结点插销2连接，形成刚结点，两个杆件1在刚结点插销2处既不能相对移动，也不能相对转动。所述的两个杆件1通过铰结点插销3连接，形成铰结点，两个杆件1在铰结点插销3处不能相对移动，但能够相对转动。所述的两个杆件1的一端分别通过组合结点插销4的花键轴部位相连，再通过组合结点插销4的光滑圆柱体部位与第三个杆件1的一端相连，三个杆件的另一端不做处理,形成组合结点；与组合结点插销4的花键轴部位相连的两个杆件1在组合结点插销4处既不能相对移动，也不能相对转动，第三个杆件1相对于另外两个杆件1在组合结点插销4处不能相对移动，但能够相对转动。

所述的三个杆件1首尾依次通过铰结点插销3相连，组成三角形铰接无多余约束的几何不变体系；所述的四个杆件1首尾依次通过刚结点插销2相连,组成方形有多余约束的几何不变体系；所述的一个杆件1的两端分别通过刚结点插销2与另外两个杆件1相连，组成“C”形刚接无多余约束的几何不变体系。

所述的四个杆件1首尾依次通过铰结点插销3相连，组成方形几何常变体系。所述的六个杆件1的首尾依次通过三个铰结点插销3和三个刚结点插销2相连，组成矩形几何瞬变体系，一个杆件1形成短边，两个杆件1形成长边。

本实用新型的有益效果为：设计三个不同的结点，包括刚结点、铰结点和组合结点。通过不同的结点连接杆件组成几何不变体系和几何可变体系，更好分析结构几何组成。

附图说明

图1为刚结点插销详图。

图2为铰结点插销详图。

图3为组合结点插销详图。

图4为杆件平面图。

图5为刚结点装配图。

图6为铰结点装配图。

图7为组合结点装配图。

图8为铰接无多余约束的几何不变体系装配图。

图9为刚接无多余约束的几何不变体系装配图。

图10为有多余约束的几何不变体系装配图。

图11为几何常变体系装配图。

图12为几何瞬变体系装配图。

图中：1杆件；2刚结点插销；3铰结点插销；4组合结点插销。

具体实施方式

本实用新型设计三个不同的结点，包括刚结点(如图5所示)、铰结点(如图6所示)和组合结点(如图7所示)。通过不同的结点连接杆件组成几何不变体系和几何可变体系，更好分析结构几何组成。

实施例1：几何不变体系

图8为铰接无多余约束的几何不变体系装配图，三个杆件1首尾依次通过铰结点插销3相连，组成三角形铰接无多余约束的几何不变体系。

图9为刚接无多余约束的几何不变体系装配图，一个杆件1的两端分别通过刚结点插销2与另外两个杆件1相连，组成“C”形刚接无多余约束的几何不变体系。

图10为有多余约束的几何不变体系装配图。四个杆件1首尾依次通过刚结点插销2相连，形成方形有多余约束的几何不变体系。

实施例2：几何可变体系

图11为几何常变体系装配图，三个杆件首尾依次通过铰结点插销3相连。

图12为几何瞬变体系装配图。所述的六个杆件1的首尾依次通过三个铰结点插销3和三个刚结点插销2相连，组成矩形几何瞬变体系，一个杆件1形成短边，两个杆件1形成长边。