本发明涉及力学教具领域，特别涉及一种力学演示装置。
背景技术：
结构力学是固体力学的一个分支，主要研究杆系结构在荷载和非荷载因素作用下产生的回应——内力和变形，以及结构的合理组成规律、结构动力特性和结构稳定性等力学问题。结构力学是土木工程、机械工程及相关专业的一门重要专业基础课，它既是前续数学力学课程的深化和延伸，又是后续专业课程的基础，因此在整个专业课程体系中占有重要地位。然而，当前结构力学课程只注重理论知识的学习，教师只注重定量分析而忽略了帮助学生建立感性的、定性的结构力学概念，导致多数学生在学习结构力学课程时感到枯燥乏味、抽象艰深，严重影响了教学效果和学习积极性。
前期，本申请人为解决上述问题，设计了一种定性力学演示装置，包括砝码、受力部件、连接件和支座；所述支座上并排设有多个支板；所述受力部件包括钢板和多个钢片，多个所述钢片均布在钢板上，且与钢板垂直；所述连接件包括竖直杆和水平杆，竖直杆与水平杆固定刚接连接，所述连接件有两根，两根水平杆之间可拆卸连接有钢板，所述竖直杆与支板可拆卸连接。该方案中的装置以课堂教学为背景，在教学中只需将拆卸下的零件拿出，放到讲台上进行组装，由于相邻所述钢片间均设有通孔，在不同位置挂上不同重量的砝码，钢板会弯曲，钢板弯曲会使得钢板受压侧的钢片密集、受拉侧的钢片稀疏，弯矩越大，刚片“密集”和“稀疏”的程度就越显著。这样，学生通过眼睛观察就可直观理解到受力部件受荷后的整体变形、钢板的变形、钢板的受拉受压侧，同时该装置方便拆卸、携带且操作简单。
但该方案装置在使用时，由于竖直杆刚度远远大于水平受力部件，仅适用于对实际工程中的梁构件的演示，无法对单层(或多层)屋架、刚架结构进行演示；另外，该方案中的装置只能研究竖向荷载作用的情况，不能研究水平荷载作用或竖向荷载与水平荷载同时作用的情况。
因此现亟需一种可直观观察研究多种工况下(包括竖向单独作用、水平单独作用、竖向和水平联合作用)多层多跨复杂结构受力特点和变形特点的便携式教具。
技术实现要素：
本发明意在提供一种力学演示装置，以提供一种可对竖向和水平向受力情况进行观察研究的力学教具。
本方案中的一种力学演示装置，包括连接杆、连接件、受力部件和支座；所述支座上并排设有多个支板，支座的两侧设有滑杆，所述滑杆上设有滑轮，所述滑轮滑动连接在滑杆上；所述受力部件包括钢板和多个钢片，多个所述钢片均布在钢板上，且与钢板垂直，钢板上均布有通孔，所述通孔位于相邻钢片之间；所述连接件包括竖直杆和水平杆，竖直杆与水平杆铰接；所述连接杆和连接件均有两根，两根所述连接杆与竖直杆之间均可拆卸连接有所述钢板，两根所述水平杆之间可拆卸连接有钢板，所述连接杆远离钢板的一端可拆卸连接在支板上。
本方案的工作原理及其有益效果：使用时，各零件均为拆卸状态，将支座放到课桌桌面上，在两根支板上可拆卸连接两根连接杆，两根连接杆远离支板的一端均可拆卸连接钢板，两根钢板远离连接杆的一端可拆卸连接竖直杆，两根水平杆之间连接钢板，根据需要，还可在第一层的基础上搭设若干层。将绳子引过滑轮，绳子一端与竖向上的钢板连接，另一端与砝码挂接；还可将另一个的砝码吊挂在水平钢板的通孔上，即可开始实验，在实验过程中，利用不同重量的砝码，即可直观的展示出水平向和竖向的钢板受到不同大小的荷载后的形变程度；同时，可移动滑轮在滑杆的位置或移动吊挂在钢板上的砝码的位置来改变荷载施加位置，以此直观展示受力部件在受到不同位置、不同大小的荷载作用后的形变状态；钢板受力后会弯曲，钢板弯曲会使得受压侧的钢片密集、受拉侧的钢片稀疏，弯矩越大，刚片“密集”和“稀疏”的程度就越显著。这样，在教学过程中就能直观展示结构整体变形、钢板构件变形、钢板的受拉受压侧以及钢板的弯矩分布。本方案中的装置以课堂教学为背景，在教学中只需将拆卸下的零件拿出，放到讲台上进行组装，通过在不同位置施加不同大小的竖向荷载和水平荷载，可让学生直观理解到受力部件在受荷后的结构整体变形、钢板构件的变形、钢板的受拉受压侧以及钢板的弯矩分布，同时该装置通过连接杆、连接件和受力部件的组合，可用于对多层多跨结构进行模拟演示，具有广泛的使用场景。
进一步，所述钢板的厚度为5mm～10mm。钢板过厚造成刚度过大变形过小，不易观察；钢板过薄变形过大容易与其他构件接触干扰，因此将严格控制钢板的厚度，以便能直观看出形变效果。
进一步，所述竖直杆与支板的连接处、水平杆与钢板的连接处均螺纹连接有锁紧螺母。在组装好各个零件后，转动锁紧螺母，可防止连接件从支板或者插板上滑落。
进一步，所述滑杆外壁的竖直方向上设有刻度尺。设置刻度尺可直观定量测定钢板变形状态。
进一步，所述支座为刚性的支座。这样设置可以增加支座的重量，从而增加结构的稳定性。
进一步，所述支座的下表面设有防滑垫。防滑垫可防止装置受外力在桌面上移动。
附图说明
图1为本发明一种力学演示装置实施例1的结构示意图；
图2为本发明一种力学演示装置中受力部件受力后的结构示意图；
图3为本发明一种力学演示装置实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：滑杆1、滑轮2、砝码3、防滑垫4、支座5、锁紧螺母6、支板7、连接件8、钢片9、钢板10、连接杆11。
实施例1基本如附图1和图2所示：一种力学演示装置，包括砝码3、连接杆11、连接件8、受力部件和刚性的支座5；支座5的下表面设有防滑垫4，支座5上并排设有多个支板7，支座5的两侧设有滑杆1，滑杆1上设有滑轮2，滑轮2滑动连接在滑杆1上；受力部件包括钢板10和多个钢片9，多个钢片9均布在钢板10上，且与钢板10垂直，钢板10上均布有通孔，通孔位于相邻钢片9之间，钢板10的厚度为5mm～10mm；连接件8包括竖直杆和水平杆，竖直杆与水平杆铰接；所述连接杆11和连接件8均有一对，两根所述连接杆11与竖直杆之间均可拆卸连接有所述钢板10，两根所述水平杆之间可拆卸连接有钢板10，所述连接杆11远离钢板10的一端可拆卸连接在支板7上，竖直杆与支板7的连接处、水平杆与钢板10的连接处均螺纹连接有锁紧螺母6，滑杆1外壁的竖直方向上设有刻度尺。
使用时，各零件均为拆卸状态，将支座5放置于课桌桌面，由于支座5为钢座，可增加支座5重量，从而增加支座5的稳定性，支座5下表面的防滑垫4可防止装置移动，在两根支板7上榫卯连接两根连接杆11，两根连接杆11远离支板7的一端均榫卯连接钢板10，两根钢板10远离连接杆11的一端榫卯连接竖直杆，两根水平杆之间连接钢板10，钢板10的厚度为5mm～10mm，钢板10过厚造成刚度过大变形过小，不易观察；钢板10过薄变形过大容易与其他构件接触干扰，因此将严格控制钢板10的厚度，以便能直观看出形变效果；转动锁紧螺母6，将连接杆11与支板7、钢板10与竖直杆、钢板10与水平杆锁紧，避免上述部件在教学过程中散架；在滑轮2上搭接绳子，绳子的一端与竖向上的钢板10连接，绳子另一端吊挂砝码3，并根据需要在水平钢板10的通孔上吊挂砝码3，即可开始实验。实验时，利用不同重量的砝码3，即可直观的展示出水平向和竖向的钢板10受到不同大小的荷载后的形变状态；同时，可移动滑轮2在滑杆1的位置或移动吊挂在钢板10上的砝码3的位置来改变荷载施加位置，以此直观展示受力部件在受到不同位置、不同大小的荷载作用后的形变状态，通过查看刻度尺也可直观看出钢板10的变形量；钢板10受力后会弯曲，钢板10弯曲会使得钢板10受压侧的钢片9变得密集，受拉侧的钢片9变得稀疏，这样在教学过程中就能很好区分钢板10的受压侧和受拉侧。本方案中的装置以课堂教学为背景，在教学中只需将拆卸下的零件拿出，放到讲台上进行组装，通过在不同位置施加不同大小的竖向荷载和水平向荷载，可让学生直观理解到受力部件在受荷后的结构整体变形、钢板10的变形、钢板10的受拉受压侧以及钢板10的弯矩分布，同时该装置通过连接杆11、连接件8和钢板10的组合，可用于对多层多跨结构进行模拟演示，具有广泛的使用场景，且便于组装拆卸、携带。
实施例2基本如附图3所示：本方案中的教具还可通过改变连接件8的形状(如“L”形、“T”形、“十”字形)将若干个钢板10组装成多层多跨的结构，将若干砝码3分别吊挂于不同的钢板10或将滑轮2置于滑杆1不同位置，用于演示复杂结构在多工况荷载作用下的变形和受力，使得教学更加生动直观。另外，本方案中的连接件8可使用刚接或者铰接，即将竖直杆与水平杆采用固定连接和铰接两种，在多层多跨结构中，放置不同结构的连接件8，可同时对不同结构进行演示。
另外，以上方案中的连接杆11与底座的连接方式可设为转动连接，这样转动连接杆11后可改变连接杆11与底座之间的角度，由于连接杆11与钢板10榫卯连接，连接杆11转动，钢板10也会随之转动，能对实际工程结构进行模拟，如设置有橡胶垫的抗震结构。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。