一种小尺寸杆件力学性能测试装置的制作方法

本实用新型涉及土木工程技术领域，具体是一种小尺寸杆件力学性能测试装置。

背景技术：

一项工程的关键，除了整体结构的合理受力以外，还与局部构件的主要力学性能有关。而局部构件性能过弱则会带来安全问题，性能过强又会带来经济上的损失，如何在这两者之间找到一个相对平衡点，往往需要我们对局部构件的力学性能有充分的认知。杆件的力学性能主要体现在抗压/抗拉/抗弯三个方面，但由于荷载作用下杆件变形的复杂性和多变性，通常需要从理论和试验两方面来测试杆件的力学性能。

全国大学生结构设计竞赛作为土木工程领域的顶级赛事，其在一定程度上是一项工程的实际模拟，大赛的最后，在大家制作的模型都能按要求通过加载的情况下，模型的自重往往成了决定胜负的关键所在，其便也体现出了工程结构设计的安全性和经济性。通过以往的参赛经验和现阶段模型的加载情况表明，局部杆件对模型结构整体受力和自重减轻方面起着至关重要的作用。但由于制备的竹制小尺寸杆件截面面积和长度根据模型需要均有较大的变化，且需要对竹制小尺寸杆件进行抗压/抗拉/抗弯试验从而探究杆件的尺寸效应对力学性能的影响，探究增强杆件力学性能的关键技术，在经过资料调研和市场调查后发现没有适宜的装置能满足现有需求，大部分市场装置只能测试更小尺寸的标准试件，且由于试验时杆件测试需多次进行和本身杆件受力较小，学校的大型万能试验机使用起来并不方便。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种小尺寸杆件力学性能测试装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的一种小尺寸杆件力学性能测试装置，包括底座，所述底座上设置有两个立柱，所述立柱之间设置有横梁，所述横梁能够沿立柱上下运动；所述底座上对称设置有一组滑轨，各滑轨上设置有能滑动的支座，在各支座上设置有单向铰夹具；所述横梁下方设置有升降器，所述升降器下方设置有传感器，传感器下方连接万向铰夹具，所述万向铰夹具与设置于底座上的夹具相对；所述升降器连接设置于横梁上的升降机构。

其中，所述各立柱为槽型，两个立柱的槽开口相对，在各立柱的槽内设置有竖向滑轨，所述横梁的两端分别与竖向滑轨活动连接。

其中，所述各立柱上自上而下设置多个插销孔，横梁端部设置有销孔，销孔与插销孔对齐后插入销钉。

其中，所述升降机构包括设置于横梁上的滚珠丝杠，滚珠丝杠上端连接轮盘，下端连接螺母，所述螺母与升降器固定连接。

其中，所述各立柱分别通过多个支柱支撑于底座上，通过更换不同长度的支柱，调整立柱的高度，以适应不同尺寸杆件的测试要求。

其中，所述底座下方设置有多个脚杯。

其中，所述各滑轨通过折叠铰链与底座铰接，使得滑轨能够被折叠，使得测试装置便于储存和携带。

其中，所述万向铰夹具包括球铰和夹具，夹具通过球铰连接传感器。

其中，所述单向铰夹具包括开口夹，所述开口夹与支座活动连接。

有益效果：本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型分别模拟了杆件在两端铰接下的受压/受拉/受弯，可直接采用欧拉公式计算受压杆件理论失稳力，可采用简支梁模型计算受弯杆件的跨中弯矩和理论跨中挠度，再与实际测试结果进行比较，能够准确测试小尺寸杆件的抗压/抗拉/抗弯力学性能。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为图1的正视结构示意图；

图3为图1的俯视结构示意图；

图4为图1的左视图。

图中：1-滑轨；2-支座；3-单向铰夹具；4-折叠铰链；5-夹具；6-脚杯；7-底座；8-支柱；9-立柱；10-插销孔；11-竖向滑轨；12-万向铰夹具；13-传感器；14-滚珠丝杠；15-轮盘；16-横梁；161-升降器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1-图4所示，本实用新型的一种小尺寸杆件力学性能测试装置，包括底座7，所述底座7上设置有多个支柱8，所述支柱8上设置有两个立柱9，两个立柱9之间设置有横梁16，所述横梁16能够沿立柱9上下运动；所述底座7上对称设置有一组滑轨1，各滑轨1上设置有能滑动的支座2，在各支座2上设置有单向铰夹具3；所述横梁16下方设置有升降器161，所述升降器161下方设置有传感器13，传感器13下方连接万向铰夹具12，所述万向铰夹具12与设置于底座7上的夹具5相对；所述升降器161连接设置于横梁16上的升降机构。所述各滑轨1通过折叠铰链4与底座7铰接，滑轨1通过折叠铰链4与底座7铰接，可折叠、拆装，从而便于装置储存而不占用较大空间。滑轨1可由高精密滑块和方轨构成，且滑块与方轨高精度贴合，只能沿轨道方向滑动。底座7底部设置的脚杯6能够调节底座的高度，由此适应不平地面安放装置，满足该装置需要的高度稳定性。

各立柱9为槽型，两个立柱9的槽开口相对，在各立柱9的槽内设置有竖向滑轨11，所述横梁16的两端分别与竖向滑轨11活动连接。所述各立柱9上自上而下设置多个插销孔10，横梁16端部设置有销孔，销孔与插销孔10对齐后插入销钉。

升降机构包括设置于横梁16上的滚珠丝杠14，滚珠丝杠14上端连接轮盘15，下端连接螺母，所述螺母与升降器161固定连接。

所述万向铰夹具12包括球铰和开口夹，开口夹通过球铰连接传感器13，所述单向铰夹具3包括开口夹，所述开口夹与支座2活动连接。所述夹具5可为单向铰夹具或者固定夹具，其也包括开口夹。本实用新型中的各开口夹均可为一端具有开口的夹子，开口夹的另一端用于和各安装部位连接。开口夹的开口处均可设置螺栓，用于在开口夹内固定待测杆件的端部。通过不同的夹具组合在对杆件的拉压测试时形成杆件端部多种连接方式，且弯曲始终发生在同一平面内，便于测量在抗压测试中杆件跨中失稳时的不同挠度，在抗弯测试时可更换为顶推夹具，使得同一个传感器得到充分利用。

单向铰夹具3用于抗弯测试时固定杆件端部，使杆件可在竖直面内发生自由弯曲，由于竹制杆件的柔度大，在抗弯测试时跨中挠度大，普通固定支座和杆件端头会有滑动，而该可滑动的支座2的设计使得抗弯测试时杆件端部可沿着轨道移动，从而使杆件在发生弯曲时有效测试长度保持基本不变。立柱9上有一定间距排列的插销孔10，用销钉将横梁16和立柱9固连从而锁定横梁16的位置。支柱8通过更换备好的不同长度的支柱实现大幅度调节，从而满足不同尺寸杆件的测试要求。传感器13可为拉压力传感器，其可外接数字显示器，工作时通过旋转轮盘15实现螺母的上下移动，螺母的竖直移动距离在0-130mm范围内，从而对杆件施加荷载。结合轮盘15旋转的角度和滚珠丝杠14的导程可以计算测试端部的升降位移，从而得到测试杆件的拉压变形。

使用本实用新型的装置测试小尺寸杆件性能，可通过以下步骤进行：

1、粗调。根据杆件长度调节好横梁16与插销孔10位置对应或更换支柱8，初步确定横梁16高度；

2、杆件预处理。在杆件端部根据抗拉/抗压/抗弯要求进行微处理，避免测试时出现滑脱、端部劈裂等问题；

3、调零。在放上杆件之前，将显示器的示数调至零。

4、加载。逆时针/顺时针转动轮盘15，滚珠丝杠14转动驱动螺母向下/向上移动，杆件受压/受拉；

5、观察与记录。加载过程中观察显示器示数，如果示数达到一定值后突然减小，则记录峰值，如果是抗弯测试，步骤同上，最后记录轮盘15转动圈数和读数，测得数据为杆件抗压/抗拉/抗弯所受有效最大力、抗弯曲挠度。测试完毕。