一種用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)器材的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型揭示了一種用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)器材，包括實(shí)驗(yàn)梁、立柱、底座、砝碼支承桿、砝碼塊和電阻應(yīng)變片，所述實(shí)驗(yàn)梁一端安裝有用于放置砝碼塊的砝碼支承桿，另一端固定在立柱上，所述實(shí)驗(yàn)梁側(cè)面開有雙孔平行腰形孔，所述雙孔平行腰形孔兩端的實(shí)驗(yàn)梁上下表面均貼有電阻應(yīng)變片，所述電阻應(yīng)變片與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀連接。本實(shí)用新型所公開的教學(xué)器材能夠綜合利用電阻應(yīng)變測(cè)量、傳感器技術(shù)和材料力學(xué)理論、有限元分析技術(shù)，可用于材料力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也可用于傳感器原理、有限元分析等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
【專利說明】一種用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)器材

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及教學(xué)器材，尤其涉及一種應(yīng)用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)器材。

【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)驗(yàn)梁的工作點(diǎn)(電阻應(yīng)變片的貼片處)處的應(yīng)力計(jì)算，材料力學(xué)方法得到的計(jì)算公式與實(shí)測(cè)的應(yīng)力相差很大，甚至出現(xiàn)應(yīng)力符號(hào)的錯(cuò)誤，而有限單元法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較一致。實(shí)驗(yàn)梁工作點(diǎn)的應(yīng)力大小與加載力的作用點(diǎn)位置密切相關(guān)，但用實(shí)驗(yàn)梁原理做出的傳感器的輸出與加載力的作用點(diǎn)位置無關(guān)。原因何在？本實(shí)用新型通過自行設(shè)計(jì)的具有特殊幾何形狀的實(shí)驗(yàn)梁，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)方案，可以直觀的解釋該現(xiàn)象，說明其內(nèi)在原因。本實(shí)用新型所提出的實(shí)驗(yàn)器材以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，還可以用作材料力學(xué)課程的一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，也可以用于傳感器技術(shù)、有限元法的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)一種可以用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的器材。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)器材，包括實(shí)驗(yàn)梁、立柱、底座、砝碼支承桿、砝碼塊和電阻應(yīng)變片，所述實(shí)驗(yàn)梁一端安裝有用于放置砝碼塊的砝碼支承桿，另一端固定在立柱上，所述實(shí)驗(yàn)梁側(cè)面開有雙孔平行腰形孔，所述雙孔平行腰形孔兩端的實(shí)驗(yàn)梁上下表面均貼有電阻應(yīng)變片，所述電阻應(yīng)變片與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀連接。
[0005]所述的實(shí)驗(yàn)梁一端設(shè)有十字槽用于固定砝碼支承桿，所述砝碼支承桿安裝在十字槽內(nèi)。
[0006]所述實(shí)驗(yàn)梁的雙孔平行腰形孔由兩個(gè)側(cè)向貫通且相互連通的孔構(gòu)成。
[0007]本實(shí)用新型所公開的教學(xué)器材能夠綜合利用電阻應(yīng)變測(cè)量、傳感器技術(shù)和材料力學(xué)理論、有限元分析技術(shù)，可用于材料力學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也可用于傳感器原理、有限元分析等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本實(shí)驗(yàn)裝置可以說明:對(duì)于雙孔平行梁上工作點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算，材料力學(xué)計(jì)算方法的局限性和有限元分析法的正確性。并可以用實(shí)驗(yàn)的方法，直觀地揭示雙孔平行梁式傳感器的輸出與加載力的作用點(diǎn)位置無關(guān)的現(xiàn)象并解釋其原因。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面對(duì)本實(shí)用新型說明書中每幅附圖表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說明:
[0009]圖1為實(shí)驗(yàn)器材結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2、3為圖1中實(shí)驗(yàn)梁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖4(a)單臂半橋接法示意圖；
[0012]圖4(b)全橋接法示意圖；
[0013]上述圖中的標(biāo)記均為:1、實(shí)驗(yàn)梁；11、安裝孔；12、十字槽；13、雙孔平行腰形孔；2、立柱；3、底座；4、砝碼支承桿；5、砝碼塊；6、電阻應(yīng)變片。

【具體實(shí)施方式】
[0014]本專利所提出的雙孔平行梁式傳感器實(shí)驗(yàn)裝置以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，不僅涉及材料力學(xué)理論，還涉及傳感器技術(shù)、有限元分析技術(shù)等多種課程中的理論知識(shí)。雙孔平行梁式傳感器敏感元件的工作點(diǎn)(電阻應(yīng)變片6的貼片處)處的應(yīng)力計(jì)算，材料力學(xué)方法得到的計(jì)算公式與實(shí)測(cè)的應(yīng)力相差很大，甚至出現(xiàn)應(yīng)力符號(hào)的錯(cuò)誤，而有限單元法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較一致。雙孔平行梁式傳感器工作點(diǎn)的應(yīng)力與加載力的作用點(diǎn)位置密切相關(guān)，但雙孔平行梁式傳感器的輸出與加載力的作用點(diǎn)位置無關(guān)。原因何在？本實(shí)驗(yàn)裝置通過自行設(shè)計(jì)的具有特殊幾何形狀的雙孔平行實(shí)驗(yàn)梁1，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，可以直觀的解釋該現(xiàn)象，說明其內(nèi)在原因。
[0015]參見圖1可知，本實(shí)用新型綜合實(shí)驗(yàn)器材，包括實(shí)驗(yàn)梁1、立柱2、底座3、砝碼支承桿4、砝碼塊5和電阻應(yīng)變片6，其中底座3用于支撐整個(gè)器材，立柱2豎直固定在底座3上，立柱2的上端水平固定有實(shí)驗(yàn)梁1，該實(shí)驗(yàn)梁I結(jié)構(gòu)如圖2、3所示，其一端固定在立柱2上，可以在該端預(yù)設(shè)若干安裝孔11，通過螺釘將其固定在立柱2頂端，另一端安裝有用于放置砝碼塊5的砝碼支承桿4，可以在該端設(shè)置十字槽12，將砝碼支承桿4安裝在十字槽12內(nèi)，這樣不僅可以通過調(diào)節(jié)砝碼塊5重量，來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)負(fù)載調(diào)節(jié)，也可以調(diào)整砝碼支承桿4位于十字槽12內(nèi)的位置，來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0016]實(shí)驗(yàn)梁I側(cè)面開有雙孔平行腰形孔13，該雙孔平行腰形孔13由兩個(gè)側(cè)向貫通且相互連通的孔構(gòu)成，雙孔平行腰形孔13兩端的實(shí)驗(yàn)梁I上下表面均貼有電阻應(yīng)變片6，這四個(gè)電阻應(yīng)變片6用于應(yīng)變測(cè)量，其通過連接靜態(tài)電阻應(yīng)變儀，就構(gòu)成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。
[0017]四個(gè)電阻應(yīng)變片6可以連接成電阻橋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)方案與步驟如下:
[0018]I)分別將A，B, C，D處的應(yīng)變片作為工作片，接入應(yīng)變儀的測(cè)量電橋，采用單臂半橋接法，即一個(gè)橋臂分別接入A，B, C，D處的電阻應(yīng)變片6作為工作片，另一個(gè)橋臂連接溫度補(bǔ)償片，如圖4(a)所示。采用等量逐級(jí)加載法測(cè)量A，B，C，D處的應(yīng)變，按照公式σ =Ee計(jì)算工作點(diǎn)的應(yīng)力，分別與材料力學(xué)和有限元法計(jì)算的結(jié)果相比較，計(jì)算相對(duì)誤差，驗(yàn)證這兩種計(jì)算方法的正確性。
[0019]2)采用單臂半橋接法，在載荷不變的條件下，移動(dòng)載荷作用位置，觀察工作點(diǎn)Α, B, C，D處的應(yīng)變輸出有無變化。
[0020]3)采用全橋接法，將Α，B，C，D處的電阻應(yīng)變片6作為工作片，接入測(cè)量電橋的R1，R2，R3，R4，如圖4(b)所示。在載荷不變的條件下，移動(dòng)載荷作用位置，觀察應(yīng)變儀的讀數(shù)有無變化；固定載荷作用位置，采用逐級(jí)加載法加載，觀察應(yīng)變儀的讀數(shù)是否與載荷呈線性變化。
[0021]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于:包括實(shí)驗(yàn)梁、立柱、底座、砝碼支承桿、砝碼塊和電阻應(yīng)變片，所述實(shí)驗(yàn)梁一端安裝有用于放置砝碼塊的砝碼支承桿，另一端固定在立柱上，所述實(shí)驗(yàn)梁側(cè)面開有雙孔平行腰形孔，所述雙孔平行腰形孔兩端的實(shí)驗(yàn)梁上下表面均貼有電阻應(yīng)變片，所述電阻應(yīng)變片與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于:所述的實(shí)驗(yàn)梁一端設(shè)有十字槽用于固定砝碼支承桿，所述砝碼支承桿安裝在十字槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)器材，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)梁的雙孔平行腰形孔由兩個(gè)側(cè)向貫通且相互連通的孔構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G09B23/08GK204029218SQ201420409266
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】何芝仙, 鐘幸宏 申請(qǐng)人:安徽工程大學(xué)