專(zhuān)利名稱(chēng)：靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝裝置，特別是涉及一種靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特 性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置。
二背景技術(shù)：
現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性實(shí)驗(yàn)裝置大多都是針對(duì)靜定結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的。而在結(jié)構(gòu)力 學(xué)中，對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性的認(rèn)識(shí)是非常重要的。目前即使有超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力 特性實(shí)驗(yàn)裝置，也只是針對(duì)單個(gè)超靜定結(jié)構(gòu)，沒(méi)有將靜定結(jié)構(gòu)與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力 特性進(jìn)行對(duì)比，不能更好說(shuō)明超靜定結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及內(nèi)力特性。
三
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為將靜定與超靜定結(jié)構(gòu)包含在一個(gè)內(nèi)力特 性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置中，直觀地將靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力特性同時(shí)進(jìn)行比較和 檢測(cè)。
技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明包括試件、加載裝置、應(yīng)力傳感器 和數(shù)據(jù)采集裝置；試件包括同材料、同幾何尺寸的兩個(gè)結(jié)構(gòu)；其中一個(gè)結(jié)構(gòu)的 一端為鉸支座，另一端為第一輥軸支座，構(gòu)成靜定結(jié)構(gòu)；另一結(jié)構(gòu)一端為固定支 座，另一端為第二輥軸支座，構(gòu)成超靜定結(jié)構(gòu)，靜定與超靜定結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是 靜定結(jié)構(gòu)的一支座為鉸支座，超靜定結(jié)構(gòu)的一支座為固定支座。靜定結(jié)構(gòu)和超靜 定結(jié)構(gòu)處于同一平面上，鉸支座和固定支座連接固定平面上，輥軸支座之間用水 平連桿連接，加載裝置與水平連桿連接，實(shí)現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)在輥軸支座 處的上下同步移動(dòng)，輥軸支座移動(dòng)的大小及方向由鄰近輥軸支座的標(biāo)尺讀出，靜 定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)在支座移動(dòng)情況下的內(nèi)力值由在靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)的 相同位置的應(yīng)力傳感器感知，應(yīng)力傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置連接，由數(shù)據(jù)采集裝置 采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集裝置顯示部分以數(shù)字讀數(shù)的方式給出結(jié)構(gòu)中具體內(nèi)力數(shù)值， 同時(shí)以水柱顯示的方式形象表示結(jié)構(gòu)中內(nèi)力的大小。加載裝置為加載手輪和連桿 或千斤頂。加載裝置與水平連桿中部垂直連接。所述的結(jié)構(gòu)為剛架、梁或拱結(jié)構(gòu)。有益效果本發(fā)明可用于比較靜定與超靜定結(jié)構(gòu)在加載裝置(如加載手輪和 連桿或千斤頂)的作用下在輥軸支座處上下同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，靜定結(jié)構(gòu)與超靜定結(jié)構(gòu) 的不同部位應(yīng)變與內(nèi)力。當(dāng)輥軸支座移動(dòng)時(shí)，靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力始終為零，而超靜 定結(jié)構(gòu)不同部位的內(nèi)力在支座移動(dòng)時(shí)各不相同，但每處的內(nèi)力隨支座移動(dòng)量的增 大都成比例增大，由此可說(shuō)明靜定與超靜定結(jié)構(gòu)在支座移動(dòng)的情況下具有不同的 內(nèi)力特性。本發(fā)明應(yīng)力傳感器可以連接靜定和超靜定結(jié)構(gòu)上位置相同任意一個(gè)點(diǎn) 上，可以方便的檢測(cè)靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)任意點(diǎn)的應(yīng)力值變化，由于本發(fā)明置 自帶電源，還可用作演示設(shè)備。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，維修方便，并將傳 統(tǒng)的形象化的特點(diǎn)和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)定量化的特點(diǎn)相結(jié)合，不僅直觀而且還可定量 地體現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)與超靜定結(jié)構(gòu)的特性。本發(fā)明可引導(dǎo)學(xué)生積極思考，強(qiáng)化基于基 本概念的直觀判斷，達(dá)到使學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣、提高動(dòng)手能力、牢固掌握基本概 念和基本理論的目的。實(shí)驗(yàn)裝置可廣泛應(yīng)用于高等工科學(xué)校的實(shí)驗(yàn)及演示設(shè)備。
本發(fā)明所述
結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)力學(xué)中結(jié)構(gòu)的概念，為建筑物或構(gòu)筑物中起骨架作用并承受荷載
的部分。本案的結(jié)構(gòu)包括剛架、梁、拱三種典型結(jié)構(gòu)。
鉸支座可以限制任何方向的移動(dòng)，但允許結(jié)構(gòu)繞鉸中心自由地轉(zhuǎn)動(dòng)。 本發(fā)明中所述的固定平面是本領(lǐng)域技術(shù)人員所常用的平面或平臺(tái)，起支撐整
個(gè)裝置的作用。
輥軸支座為提供一個(gè)自由度的裝置，具體為輥軸下面的固定平面應(yīng)挖空，錕 軸由兩個(gè)剛質(zhì)圓或半圓構(gòu)成，兩個(gè)鋼質(zhì)的圓或半圓之間用連桿連接，錕軸的上圓 或上半圓與發(fā)明中所述的結(jié)構(gòu)用銷(xiāo)釘連接，下圓或下半圓與水平連桿連接，水平 連桿與加載裝置連接，實(shí)現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)在輥軸支座處的上下同步移 動(dòng)。
四

圖1為本發(fā)明靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置第一種實(shí)施方式的 示意圖。
圖2為錕軸支座局部放大圖。 圖3為靜定與超靜定結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為加載手輪的示意圖
圖5為本發(fā)明靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置第二種實(shí)施方式的 示意圖
圖6為本發(fā)明靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置第三種實(shí)施方式的 示意圖
4圖7為本發(fā)明靜定結(jié)構(gòu)移動(dòng)示意圖
其中l(wèi)-試件；2-靜定結(jié)構(gòu)；3-超靜定結(jié)構(gòu)；4_鉸支座；5-固定支座；6_ 第一輥軸支座；7-第二輥軸支座；8-標(biāo)尺；9-水平連桿；lO-應(yīng)力感應(yīng)器；11-
數(shù)據(jù)采集裝置；12-加載裝置；121-加載手輪；13-連桿；14-導(dǎo)向裝置；A-指示 錕軸支座；15-移動(dòng)距離；16-移動(dòng)前狀態(tài)；17-移動(dòng)后狀態(tài)。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
圖1所示試件1為同材料、同幾何尺寸的兩個(gè)剛架結(jié)構(gòu)；靜定結(jié)構(gòu)2和超靜 定結(jié)構(gòu)3處于同一平面上，鉸支座4和固定支座5固定在平面上，第一，第二輥 軸支座6， 7之間用水平連桿連接，加載手輪12與水平連桿9中部垂直連接，實(shí) 現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié)構(gòu)3在輥軸支座6， 7處的上下同步移動(dòng)，輥軸支座6， 7移動(dòng)的大小及方向由固定在支座旁的標(biāo)尺8讀出，靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié)構(gòu)3 在支座移動(dòng)情況下的應(yīng)力值由在靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié)構(gòu)3相同位置的應(yīng)力傳感 器10感知，應(yīng)力傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置11連接，由數(shù)據(jù)采集裝置11采集數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)采集裝置11顯示部分以數(shù)字顯示和水柱顯示兩種方法表達(dá)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力， 不僅可形象地表達(dá)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力，而且還可給出具體的數(shù)值。本實(shí)施例中應(yīng)力 傳感器10為中航電測(cè)儀器公司生產(chǎn)的帶溫度自補(bǔ)償BE-120-3AA型高精度電阻應(yīng) 變片；數(shù)據(jù)采集裝置11為江蘇東華公司為本發(fā)明特制的DH5653靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系 統(tǒng)。
實(shí)施例2
圖5所示試件1為同材料、同幾何尺寸的兩個(gè)梁結(jié)構(gòu)；靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定 結(jié)構(gòu)3處于同一平面上，鉸支座4和固定支座5固定在平面上，第一，第二輥軸 輥軸支座6， 7之間用水平連桿連接，加載手輪12與水平連桿9中部垂直連接， 實(shí)現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié)構(gòu)3在輥軸支座6， 7處的上下同步移動(dòng)，輥軸支座 6， 7移動(dòng)的大小及方向由固定在支座旁的標(biāo)尺8讀出，靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié) 構(gòu)3在支座移動(dòng)情況下的應(yīng)力值由在靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié)構(gòu)3相同位置的應(yīng)力 傳感器10感知，應(yīng)力傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置11連接，由數(shù)據(jù)采集裝置ll采集 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集裝置11顯示部分以數(shù)字顯示和水柱顯示兩種方法表達(dá)結(jié)構(gòu)中的 內(nèi)力，不僅可形象地表達(dá)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力，而且還可給出具體的數(shù)值。本實(shí)施例中 應(yīng)力傳感器10為中航電測(cè)儀器公司生產(chǎn)的帶溫度自補(bǔ)償BE-120-3AA型高精度電 阻應(yīng)變片；數(shù)據(jù)采集裝置11為江蘇東華公司為本發(fā)明特制的DH5653靜態(tài)應(yīng)變測(cè) 試系統(tǒng)。。 實(shí)施例3
圖6所示試件1為同材料、同幾何尺寸的兩個(gè)拱結(jié)構(gòu)；靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié)構(gòu)3處于同一平面上，鉸支座4和固定支座5固定在平面上，第一，第二輥軸 輥軸支座6， 7之間用水平連桿連接，加載手輪12與水平連桿9中部垂直連接， 實(shí)現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié)構(gòu)3在輥軸支座6， 7處的上下同步移動(dòng)，輥軸支座 6， 7移動(dòng)的大小及方向由固定在支座旁的標(biāo)尺8讀出，靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié) 構(gòu)3在支座移動(dòng)情況下的應(yīng)力值由在靜定結(jié)構(gòu)2和超靜定結(jié)構(gòu)3的相同位置的應(yīng) 力傳感器10感知，應(yīng)力傳感器與數(shù)據(jù)采集裝置ll連接，由數(shù)據(jù)采集裝置ll采 集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集裝置11顯示部分以數(shù)字顯示和水柱顯示兩種方法表達(dá)結(jié)構(gòu)中 的內(nèi)力，不僅可形象地表達(dá)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力，而且還可給出具體的數(shù)值。本實(shí)施例 中應(yīng)力傳感器10為中航電測(cè)儀器公司生產(chǎn)的帶溫度自補(bǔ)償BE-120-3AA型高精 度電阻應(yīng)變片；數(shù)據(jù)采集裝置11為江蘇東華公司為本發(fā)明特制的DH5653靜態(tài)應(yīng) 變測(cè)試系統(tǒng)。 實(shí)施例4
圖3、圖4、圖7所示加載手輪可使靜定結(jié)構(gòu)與超靜定結(jié)構(gòu)在輥軸支座處上 下同步移動(dòng)，支座移動(dòng)的大小及方向由固定在支座旁的標(biāo)尺讀出。現(xiàn)將靜定與超 靜定結(jié)構(gòu)輥軸支座分別同時(shí)移動(dòng)0咖、2腿、5mra、 10mm、 15mm。由數(shù)據(jù)采集與顯
示系統(tǒng)可讀出通過(guò)電阻應(yīng)變傳感器轉(zhuǎn)換而來(lái)的靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力大小。靜定 結(jié)構(gòu)內(nèi)力在各種輥軸支座移動(dòng)情況下均為0 MPa。超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力在各種輥軸支 座移動(dòng)情況下分別為0MPa 、 1.52MPa、 3. 06 MPa 、 7. 20MPa 、 10. 70MPa。實(shí)驗(yàn) 結(jié)果可明確表示靜定與超靜定結(jié)構(gòu)在支座移動(dòng)時(shí)內(nèi)力特性，即靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力在支 座移動(dòng)情況下始終為0，而超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力隨支座移動(dòng)的大小成比例增大。
權(quán)利要求
1. 一種靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置包括試件(1)、加載裝置(12)、應(yīng)力傳感器(10)、數(shù)據(jù)采集裝置(11)；試件(1)包括同材料、同幾何尺寸的兩個(gè)結(jié)構(gòu)；其中一個(gè)結(jié)構(gòu)的一端為鉸支座(4)，另一端為第一輥軸支座(6)，構(gòu)成靜定結(jié)構(gòu)(2)；另一結(jié)構(gòu)一端為固定支座(5)，另一端為第二輥軸支座(7)，構(gòu)成超靜定結(jié)構(gòu)(3)，其特征在于所述的靜定結(jié)構(gòu)(2)的鉸支座(4)和超靜定結(jié)構(gòu)(3)的固定支座(5)固定在同一平面上，第一，第二輥軸支座(6，7)之間用水平連桿連接，加載裝置(12)與水平連桿(9)連接，實(shí)現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)(2)和超靜定結(jié)構(gòu)(3)在輥軸支座(6，7)處的上下同步運(yùn)動(dòng)，鄰近輥軸支座(6，7)各設(shè)有標(biāo)尺(8)，應(yīng)力傳感器(10)與靜定結(jié)構(gòu)(2)和超靜定結(jié)構(gòu)(3)的相同位置連接，應(yīng)力傳感器(10)與數(shù)據(jù)采集裝置(11)連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在 于所述的加載裝置(12)為加載手輪和連桿或千斤頂。
3. 按照權(quán)利要求1所述的靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置，其特征 在于所述的試件(1)為剛架、梁或拱結(jié)構(gòu)。
4. 按照權(quán)利要求1、 2、 3所述的靜定與超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置， 其特征在于加載裝置(12)與水平連桿(9)中部垂直連接。
全文摘要
發(fā)明涉及力學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為將靜定與超靜定結(jié)構(gòu)包含在一個(gè)內(nèi)力特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置中，直觀地將靜定結(jié)構(gòu)和超靜定結(jié)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行比較和檢測(cè)。靜定結(jié)構(gòu)(2)的鉸支座(4)和超靜定結(jié)構(gòu)(3)的固定支座(5)固定在同一平面上，輥軸支座(6，7)之間用水平連桿連接，加載裝置(12)與水平連桿(9)連接，實(shí)現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)(2)和超靜定結(jié)構(gòu)(3)在輥軸支座(6，7)處的上下同步移動(dòng)，標(biāo)尺(8)固定在輥軸支座旁，應(yīng)力傳感器(10)在兩個(gè)結(jié)構(gòu)上相同位置，應(yīng)力傳感器(10)與數(shù)據(jù)采集裝置(11)連接。本發(fā)明直觀而且還可定量地體現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)與超靜定結(jié)構(gòu)的特性，可廣泛應(yīng)用于高等工科學(xué)校的實(shí)驗(yàn)及演示設(shè)備。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101520375SQ20091002999
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者孫立國(guó), 煒 徐, 楊海霞, 王山山, 玲 邱 申請(qǐng)人:河海大學(xué)