專(zhuān)利名稱(chēng)：框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工程力學(xué)中對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析的模型。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于框架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的充分利用材料的強(qiáng)度、減輕結(jié)構(gòu)自重和增大剛度的優(yōu)點(diǎn)以及相貫節(jié)點(diǎn)的研究日益成熟，因而被大量的運(yùn)用到工程實(shí)踐中，適用于較大跨度的承重結(jié)構(gòu)和高聳結(jié)構(gòu)，如井架、屋蓋、橋梁等。因此，近年的大學(xué)生結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽的賽題也多以框架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)為主，學(xué)生運(yùn)用理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制作、試驗(yàn)，從而獲得輕質(zhì)高強(qiáng)的作品；然而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于制作材料多以紙張、桐木或竹皮為主，因材料自身特性，學(xué)生在加載過(guò)程中不易進(jìn)行電測(cè)試驗(yàn)，因而不能得到實(shí)際的力學(xué)數(shù)據(jù)，且結(jié)構(gòu)模型容易破壞，一旦加載失敗或?qū)Y(jié)構(gòu)部分構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，只能重新制作，限于手工工藝，模型的制作周期較長(zhǎng)，因此學(xué)生需要耗費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行制作、試驗(yàn)，從而通過(guò)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)品性進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽主要考察學(xué)生的力學(xué)分析能力與創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析主要任務(wù)是根據(jù)力學(xué)原理研究在外力和其他外界因素作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，以及結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律。目前力學(xué)分析主要研究對(duì)象為梁、柱等桿件結(jié)構(gòu)，桿件結(jié)構(gòu)由桿件、結(jié)點(diǎn)、支座等組成。理論分析時(shí)，桿件簡(jiǎn)化為有一定剛度的軸線(xiàn)，可承受彎矩、軸力、剪力；結(jié)點(diǎn)和支座簡(jiǎn)化成只有功能而無(wú)尺寸的連接點(diǎn)，根據(jù)功能的不同，結(jié)點(diǎn)分為鉸結(jié)點(diǎn)、剛結(jié)點(diǎn)；框結(jié)構(gòu)架、桁架組合結(jié)構(gòu)都是桿件結(jié)構(gòu)的典型形式，然而在桿件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)有的理論分析以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算結(jié)果并不能完全反應(yīng)結(jié)構(gòu)實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)，理想的結(jié)點(diǎn)是只有功能而沒(méi)有尺寸的結(jié)構(gòu)單元，桿件的長(zhǎng)度是節(jié)點(diǎn)間的距離，而實(shí)際結(jié)點(diǎn)是有一定尺寸的實(shí)體，導(dǎo)致桿件在理論長(zhǎng)度內(nèi)非等剛度；實(shí)際工程中由于摩擦力等原因的存在使得鉸結(jié)點(diǎn)不僅能承受一定彎矩，而且往往隨著軸力的增大其可承受的彎矩也隨之增大?；谝陨显颍瑢W(xué)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)單純的理論計(jì)算分析數(shù)值模擬，和模型制作后進(jìn)行簡(jiǎn)單加載實(shí)驗(yàn)，并不能進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)地了解結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析數(shù)據(jù)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)目前對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力分析等缺乏實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟蛔?，提供一種成本低、可拆卸，可進(jìn)行各種工程結(jié)構(gòu)模擬的框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析模型。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請(qǐng)的框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析模型，包括若干桿件及若干節(jié)點(diǎn)連接件，所述桿件的橫截面為圓形、方形、工字形或T形，在桿件的特征部位粘貼有電阻應(yīng)變片；所述節(jié)點(diǎn)連接件，或由相交于一點(diǎn)且相互垂直的實(shí)心柱體組成，或是以上述結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接件為基體，在其中任意兩實(shí)心柱體所在平面上，另設(shè)從同一交點(diǎn)出發(fā)的斜柱體，該斜柱體與兩實(shí)心柱體間夾角均為45°，其中的實(shí)心柱體或斜柱體采用圓柱或方柱，柱體的末端卡口為圓形、方形、T型或工字型；上述節(jié)點(diǎn)連接件與桿件端部均設(shè)有螺栓孔，其中桿件上的螺栓孔為通孔，連接件上的螺栓孔設(shè)有絲扣，桿件與連接件采用插接輔以螺栓定位
3的方式，實(shí)現(xiàn)連接件與桿件之間的固結(jié)或鉸接。本實(shí)用新型的有益效果I、可供學(xué)生模擬多種工程結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)力學(xué)模型的建立與加載試驗(yàn)，輔以電測(cè)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、能夠直觀(guān)展現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，為相關(guān)人員進(jìn)行自主設(shè)計(jì)、綜合研究實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?、可為大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽提供訓(xùn)練工具，學(xué)生可預(yù)先利用大型有限元軟件ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)分析和數(shù)值模擬，然后通過(guò)組合模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，便于學(xué)生系統(tǒng)地了解框架結(jié)構(gòu)，并搭配各種框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試、優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力；3、該模型可將多種材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)集中于本裝置，使用時(shí)稍加變動(dòng)，即可進(jìn)行教學(xué)大綱規(guī)定內(nèi)容的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，在保留了原有的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)上增加了由多根桿件插接的平面桁架結(jié)構(gòu)、空間桁架結(jié)構(gòu)，以及縱向壓桿和多種截面梁組合的框架結(jié)構(gòu)，為基礎(chǔ)力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提
供實(shí)驗(yàn)裝置。


[0010]圖I是截面為T(mén)型的桿件的結(jié)構(gòu)示意圖。[0011]圖2是截面為圓形的桿件的結(jié)構(gòu)示意圖。[0012]圖3是截面為方形的桿件的結(jié)構(gòu)示意圖。[0013]圖4是截面為工字型的桿件的結(jié)構(gòu)示意圖。[0014]圖5是一種節(jié)點(diǎn)連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。[0015]圖6是另一種節(jié)點(diǎn)連接件的結(jié)構(gòu)示意圖。[0016]圖7是桿件與連接件的連接狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步的說(shuō)明[0018]由圖1、2、3、4、5、6結(jié)合圖7所示本申請(qǐng)的框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析模型，包括若干桿件
I及若干節(jié)點(diǎn)連接件3，所述桿件I的橫截面為圓形、方形、工字形或T形，在桿件I的特征部位粘貼有電阻應(yīng)變片6 ;所述節(jié)點(diǎn)連接件3，或由相交于一點(diǎn)且相互垂直的實(shí)心柱體4組成，或是以上述結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接件為基體，在其中任意兩實(shí)心柱體4所在平面上，另設(shè)從同一交點(diǎn)出發(fā)的斜柱體5，該斜柱體5與兩實(shí)心柱體4間夾角均為45°，其中的實(shí)心柱體4或斜柱體5采用圓柱或方柱，柱體的末端卡口為圓形、方形、T型或工字型；上述節(jié)點(diǎn)連接件3與桿件2端部均設(shè)有螺栓孔2，其中桿件I上的螺栓孔2為通孔，連接件3上的螺栓孔2設(shè)有絲扣，桿件I與連接件3采用插接輔以螺栓定位的方式，實(shí)現(xiàn)連接件3與桿件I之間的固結(jié)或鉸接。該模型具有結(jié)構(gòu)樣式可任意組合、力學(xué)邊界多種、測(cè)試方案多樣、組橋形式多變，還有設(shè)計(jì)新穎合理、結(jié)構(gòu)緊湊小巧、操作使用方便等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際工況或數(shù)值計(jì)算仿真模擬結(jié)果進(jìn)行自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，針對(duì)每一個(gè)測(cè)試工況，設(shè)計(jì)合理的電測(cè)實(shí)驗(yàn)方案，組接合理的全橋或半橋，測(cè)定對(duì)應(yīng)工況下框架結(jié)構(gòu)整個(gè)加載過(guò)程各桿件載荷的變化規(guī)律，觀(guān)察結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)現(xiàn)象，從而對(duì)結(jié)構(gòu)受力擁有更深刻的理解，從而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)模型，學(xué)生還可對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)稍加改造，進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，同時(shí)與傳統(tǒng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，增進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。
權(quán)利要求1.一種框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析模型，包括若干桿件及若干節(jié)點(diǎn)連接件，其特征在于所述桿件的橫截面為圓形、方形、工字形或T形，在桿件的特征部位粘貼有電阻應(yīng)變片；所述節(jié)點(diǎn)連接件，或由相交于一點(diǎn)且相互垂直的實(shí)心柱體組成，或是以上述結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接件為基體，在其中任意兩實(shí)心柱體所在平面上，另設(shè)從同一交點(diǎn)出發(fā)的斜柱體，該斜柱體與兩實(shí)心柱體間夾角均為45°，其中的實(shí)心柱體或斜柱體采用圓柱或方柱，柱體的末端卡口為圓形、方形、T型或工字型；上述節(jié)點(diǎn)連接件與桿件端部均設(shè)有螺栓孔，其中桿件上的螺栓孔為通孔，連接件上的螺栓孔設(shè)有絲扣，桿件與連接件采用插接輔以螺栓定位的方式，實(shí)現(xiàn)連接件與桿件之間的固結(jié)或鉸接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種框架結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析模型，解決了目前對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力分析等缺乏實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟蛔悖辉撃Ｐ桶ㄈ舾蓷U件及若干節(jié)點(diǎn)連接件，其中的節(jié)點(diǎn)連接件，或由相交于一點(diǎn)且相互垂直的實(shí)心柱體組成，或是以上述結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接件為基體，在其中任意兩實(shí)心柱體所在平面上，另設(shè)從同一交點(diǎn)出發(fā)的斜柱體，該斜柱體與兩實(shí)心柱體間夾角均為45°，實(shí)心柱體或斜柱體的末端卡口為圓形、方形、T型或工字型；上述桿件與連接件采用插接輔以螺栓定位的方式，實(shí)現(xiàn)連接件與桿件之間的固結(jié)或鉸接。該模型具有結(jié)構(gòu)樣式可任意組合、力學(xué)邊界多種、測(cè)試方案多樣、組橋形式多變，結(jié)構(gòu)緊湊小巧、操作使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B23/10GK202771691SQ20122043529
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者李治淼, 齊林宇, 馮戈, 鄒鴻, 孫永強(qiáng) 申請(qǐng)人:東北石油大學(xué)