一種材料力學實驗平臺的製作方法
2023-07-30 11:35:46
專利名稱：一種材料力學實驗平臺的製作方法
技術領域：
本發明屬於教學實驗領域，尤其涉及一種材料力學實驗平臺。
背景技術：
工科高校中的材料力學實驗和結構試驗中的各類實驗，都要配置相關的加載裝置以實現相應工況，方能展開相關實驗與試驗，比如材料力學實驗中的純彎曲實驗、彎扭實驗、偏心拉壓實驗等，就要配置相應的加載裝置，但因其載荷方式、約束方式、截面形狀等過於單一，與材料力學理論課中學生所接觸到的形式多樣的各種載荷、各種約束、各種截面形狀的相關內容形成較大的落差，使教師和學生誤以為材料力學實驗只能實現材料力學理論課中的極少部分最簡單的情形，造成師生都對此缺乏興趣、不予以重視的後果。目前，工科高校材料力學設計型、創新型實驗中的真正反映材料力學基本面的實驗項目還很少，參與的學生也很少，這與各校較大的投入之間產生了較大的落差，因此，提高設計型、創新型實驗的受益面、普及率已成為基礎力學教學工作者共同面臨的一項重要課題；現有的加載裝置都是將單一集中載荷P直接作用於試件上的加載方式，不能實現各種複雜的實驗工況，這與材料力學、結構分析理論課中學生所接觸到的的多樣的載荷工況(集中載荷、分布載荷、集中力偶載荷)之間形成較大的落差，不利於拉近實驗與理論之間的距離，不利於激發學生主動參與設計、創新實驗的熱情，不利於工科高校創新實驗的普及化。
發明內容
本發明的目的在於利用一種材料力學實驗平臺，旨在解決現有傳統材料力學非破壞性實驗中單一集中載荷P直接作用於試件上的加載方式、且約束方式、截面形狀及材料過於單一的問題。本發明的目的在於提供一種材料力學實驗平臺，所述材料力學實驗平臺包括:任意分布載荷的加載裝置、不同載荷方向的實現裝置、各種約束方式的實現裝置、各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置和各種截面杆件的組合連接的實現裝置。進一步、所述任意分布載荷的加載裝置包括:上橫框梁、可移動加載小車、蝸杆加載箱、加載手柄、絲杆、力傳感器、導杆、直線軸承、上導板、可調彈簧、彈簧預壓量標度樣條、預壓彈簧調節螺母、彈簧限位螺杆、下導板、彈性墊片、實驗梁體、多功能鉸支座、導杆法蘭支座、下橫梁框；所述上橫梁框設置在所述任意分布載荷的加載裝置的最上端，所述可移動加載小車連接所述上橫梁框，設置在所述上橫梁框的下側，蝸杆加載箱安裝在所述可移動加載小車的下方，所述加載手柄設置在所述蝸杆加載箱的一側，所述力傳感器設置在所述蝸杆加載箱的末端，所述導杆在所述任意分布載荷的加載裝置的兩側設置，所述直線軸承設置在所述上導板和下導板，所述可調彈簧設置在所述上導板和下導板之間，所述彈簧預壓量標度樣條設置在所述可調彈簧的下面，所述預壓彈簧調節螺母設置在所述所述彈簧預壓量標度樣條的下面，所述彈簧限位螺杆貫穿所述可調彈簧的中間，所述多功能鉸支座和導杆法蘭支座設置在所述下橫梁框上，所述實驗梁體設置在所述多功能鉸支座，所述彈性墊片設置在所述實驗梁體的表面。進一步、所述可移動加載小車通過導軌與上橫梁框連接。進一步、所述力傳感器通過絲槓連接蝸杆加載箱。進一步、所述不同載荷方向的實現裝置包括承力扣環、可旋轉固定端支座、蝸杆加載箱、實驗梁體；所述承力扣環連接所述實驗梁體，所述實驗梁體連接所述可旋轉固定端支座，所述蝸杆加載箱連接所述承力扣環。進一步、所述各種約束方式的實現裝置包括實驗梁體、圓鍵軸、球面旋轉套環。進一步、所述各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置包括可調固緊螺栓和承力扣環；所述承力扣環上設置所述可調固緊螺栓。進一步、所述各種截面杆件的組合連接的實現裝置包括剛接頭、圓筒旋轉套圈；所述圓筒旋轉套圈設置在所述剛接頭的接口處。進一步、所述剛接頭可以通過所述圓筒旋轉套圈插入所述實驗梁體，所述實驗梁體的截面形狀可以是方形、圓形、T形、工字形、槽形等各種形狀。本發明提供的材料力學實驗平臺，可完成材料力學理論教材和作業中所涉及到大部分情形(形式多樣的載荷方式、約束方式、截面形狀及材料種類)的實驗重現；這使得學生在材料料力學理論的學習過程中，可隨時把自已感興趣的題目或思考的問題拿到實驗室去重現、去驗證、去設計、去深入研究，進入「邊學習、邊實踐、邊研究」的良性循環的新模式，從而打破了傳統規定動作式的實驗模式，激發了學生自主設計、主動參與創新實驗的熱情，增強了學生的創新精神和創新能力；拉近理論與實驗之間的距離的同時，也就促進的材料力學理論與實驗二者間的融合與統一；因此，在國內外工科高校的力學創新實驗教學中有很大的推廣空間和實用推廣價值。
圖1是本發明實施例提供的材料力學實驗平臺的結構框圖；圖2是本發明實施例提供的任意分布載荷的加載裝置的結構示意圖；圖3是本發明實施例提供的不同載荷方向的實現裝置的結構示意圖；圖4是本發明實施例提供的多功能球面鉸支座的結構示意圖；圖5是本發明實施例提供的多功能球面鉸支座的另一種結構示意圖；圖6是本發明實施例提供的各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置的結構示意圖；圖7是本發明實施例提供的帶圓筒旋轉套圈的旋轉剛接頭連接的結構示意圖；圖8是本發明實施例提供的十字形四通剛接頭的結構示意圖；圖9是本發明實施例提供的圓形四通剛接頭的結構示意圖。圖中:1、任意分布載荷的加載裝置；11、上橫框梁；12、可移動加載小車；13、蝸杆加載箱；14、加載手柄；15、絲杆；16、力傳感器；17、導杆；18、直線軸承；19、上導板；110、可調彈簧；111、彈簧預壓量標度樣條；112、預壓彈簧調節螺母；113、彈簧限位螺杆；114、下導板；115、彈性墊片；116、實驗梁體；117、多功能鉸支座；118、導杆法蘭支座；119、下橫梁框；
2、不同載荷方向的實現裝置；21、承力扣環；22、可旋轉固定端支座；3、各種約束方式的實現裝置；31、實驗梁體；32、圓鍵軸；33、球面旋轉套環；4、各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置；41、可調固緊螺栓；5、各種截面杆件的組合連接的實現裝置；51、剛接頭；52、圓筒旋轉套圈；53、十字形剛接頭；54、圓形剛接頭。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。本發明實施例提供了一種材料力學實驗平臺，該材料力學實驗平臺包括:任意分布載荷的加載裝置、不同載荷方向的實現裝置、各種約束方式的實現裝置、各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置和各種截面杆件的組合連接的實現裝置。作為本發明實施例的一優化方案，任意分布載荷的加載裝置包括:上橫框梁、可移動加載小車、蝸杆加載箱、加載手柄、絲杆、力傳感器、導杆、直線軸承、上導板、可調彈簧、彈簧預壓量標度樣條、預壓彈簧調節螺母、彈簧限位螺杆、下導板、彈性墊片、實驗梁體、多功能鉸支座、導杆法蘭支座、下橫梁框；上橫梁框設置在任意分布載荷的加載裝置的最上端，可移動加載小車連接上橫梁框，設置在上橫梁框的下側，蝸杆加載箱安裝在可移動加載小車的下方，加載手柄設置在蝸杆加載箱的一側，力傳感器設置在蝸杆加載箱的末端，導杆在任意分布載荷的加載裝置的兩側設置，直線軸承設置在上導板和下導板，可調彈簧設置在上導板和下導板之間，彈簧預壓量標度樣條設置可調彈簧的下面，預壓彈簧調節螺母設置在所述所述彈簧預壓量標度樣條的下面，彈簧限位螺杆貫穿所述可調彈簧的中間，多功能鉸支座和導杆法蘭支座設置在下橫梁框上，實驗梁體設置在多功能鉸支座，彈性墊片設置在實驗梁體的表面。作為本發明實施例的一優化方案，可移動加載小車通過導軌與上橫梁框連接。作為本發明實施例的一優化方案，力傳感器通過絲槓連接蝸杆加載箱。作為本發明實施例的一優化方案，不同載荷方向的實現裝置包括承力扣環、可旋轉固定端支座、蝸杆加載箱、實驗梁體；承力扣環連接實驗梁體，實驗梁體連接可旋轉固定端支座，蝸杆加載箱連接承力扣環。作為本發明實施例的一優化方案，各種約束方式的實現裝置包括實驗梁體、圓鍵軸、球面旋轉套環。作為本發明實施例的一優化方案，各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置包括可調固緊螺栓和承力扣環；承力扣環上設置可調固緊螺栓。作為本發明實施例的一優化方案，各種截面杆件的組合連接的實現裝置包括剛接頭、圓筒旋轉套圈；圓筒旋轉套圈設置在剛接頭的接口處。作為本發明實施例的一優化方案，剛接頭可以通過所述圓筒旋轉套圈插入所述實驗梁體，所述實驗梁體的截面形狀可以是方形、圓形、T形、工字形、槽形等各種形狀。以下參照附圖，對本發明實施例材料力學實驗平臺作進一步詳細描述。如圖1所示，本發明實施例的材料力學實驗平臺主要由任意分布載荷的加載裝置
1、不同載荷方向的實現裝置2、各種約束方式的實現裝置3、各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置4和各種截面杆件的組合連接的實現裝置5組成，提高了教學的效果。
如圖2所示，是本發明實施例的任意分布載荷的加載裝置主要由上橫框梁11、可移動加載小車12、蝸杆加載箱13、加載手柄14、絲杆15、力傳感器16、導杆17、直線軸承18、上導板19、可調彈簧110、彈簧預壓量標度樣條111、預壓彈簧調節螺母112、彈簧限位螺杆113、下導板114、彈性墊片115、實驗梁體116、多功能鉸支座117、導杆法蘭支座118、下橫梁框119組成；設計了一個可獨立裝卸的可調彈簧組盒，力傳感器16傳遞的集中載荷可以根據具體實驗項目換算得到，集中載荷作用在平行移動上導板19上，而上導板19作平行移動，又因材料力學非破壞性實驗中杆件的變形量和上導板19變形量都很小，因此所有彈簧110的再壓縮變形量都是相同的。因此，只要根據具體的實驗項目來計算調節相關參數[每根(或每組)彈簧110的剛度、每根彈簧110的預壓縮變形量、彈簧110的數量、彈簧110的密度、彈簧110的分布區域]，即可實現分布載荷的各種情形。例如:若每根(或每組)彈簧110的剛度都相同時，則每根彈簧110的彈力只與每根彈簧110的預壓縮變形量和再壓縮變形量有關，故只需通過彈簧預壓量標度樣條111和預壓彈簧調節螺母112來調節彈簧組盒中的每根(或每組)彈簧110的預壓縮變形量即可實現分布載荷的各種情形。如圖3所示，本發明實施例的不同載荷方向的實現裝置主要由承力扣環21、可旋轉固定端支座22組成；可旋轉固定端支座22內的圓筒旋轉套箍23可以帶動實驗梁體31轉動，再由蝸杆加載箱13、力傳感器16和承力扣環21實現不同載荷方向的加載。如圖4和圖5所示，圓鍵軸32設置在多功能鉸支座118上，在兩個或兩個以上圓鍵軸32上設置實驗梁體31，也可以圓鍵軸32由球面旋轉套環33代替，實現靜定梁或超靜定梁以及不同方向加載的功能。如圖6所示，將承力扣環21上設置可調固緊螺栓41，實現實驗梁體31的旋轉到不同方向加載的功能。如圖7、圖8和圖9所示，剛接頭51接口處設置圓筒旋轉套圈52，實現梁體31的旋轉，可將多個實驗梁體31的通過剛接頭51對接，並配合可旋轉固定端支座22和多功能鉸支座118來形成各種剛架結構。剛接頭51還可以為十字形剛接頭53或圓形剛接頭54。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種材料力學實驗平臺，其特徵在於，所述材料力學實驗平臺包括:任意分布載荷的加載裝置、不同載荷方向的實現裝置、各種約束方式的實現裝置、各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置和各種截面杆件的組合連接的實現裝置。
2.如權利要求1所述的材料力學實驗平臺，其特徵在於，所述任意分布載荷的加載裝置包括:上橫框梁、可移動加載小車、蝸杆加載箱、加載手柄、絲杆、力傳感器、導杆、直線軸承、上導板、可調彈簧、彈簧預壓量標度樣條、預壓彈簧調節螺母、彈簧限位螺杆、下導板、彈性墊片、實驗梁體、多功能鉸支座、導杆法蘭支座、下橫梁框； 所述上橫梁框設置在所述任意分布載荷的加載裝置的最上端，所述可移動加載小車連接所述上橫梁框，設置在所述上橫梁框的下側，蝸杆加載箱安裝在所述可移動加載小車的下方，所述加載手柄設置在所述蝸杆加載箱的一側，所述力傳感器設置在所述蝸杆加載箱的末端，所述導杆在所述任意分布載荷的加載裝置的兩側設置，所述直線軸承設置在所述上導板和下導板，所述可調彈簧設置在所述上導板和下導板之間，所述彈簧預壓量標度樣條設置在所述可調彈簧的下面，所述預壓彈簧調節螺母設置在所述所述彈簧預壓量標度樣條的下面，所述彈簧限位螺杆貫穿所述可調彈簧的中間，所述多功能鉸支座和導杆法蘭支座設置在所述下橫梁框上，所述實驗梁體設置在所述多功能鉸支座，所述彈性墊片設置在所述實驗梁體的表面。
3.如權利要求2所述的材料力學實驗平臺，其特徵在於，所述可移動加載小車通過導軌與上橫梁框連接。
4.如權利要求2所述的材料力學實驗平臺，其特徵在於，所述力傳感器通過絲槓連接蝸杆加載箱。
5.如權利要求1所述的材料力學實驗平臺，其特徵在於，所述不同載荷方向的實現裝置包括可旋轉固定端支座、承力扣環； 所述實驗梁體插入所述可旋轉固定端支座，所述承力扣環套在所述實驗梁體上，所述力傳感器直接壓在所述承力扣環上。所述可旋轉固定端支座內設置圓筒旋轉套箍。
6.如權利要求1所述的材料力學實驗平臺，其特徵在於，所述各種約束方式的實現裝置包括可旋轉固定端支座、多功能鉸支座、圓鍵軸、球面旋轉套環。
7.如權利要求1所述的材料力學實驗平臺，其特徵在於，所述各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置包括承力扣環和可調固緊螺栓；所述承力扣環上設置所述可調固緊螺栓。
8.如權利要求1所述的材料力學實驗平臺，其特徵在於，所述各種截面杆件的組合連接的實現裝置包括剛接頭、圓筒旋轉套圈； 所述圓筒旋轉套圈設置在所述剛接頭的接口處。
9.如權利要求8所述的材料力學實驗平臺，其特徵在於，所述剛接頭可以通過所述圓筒旋轉套圈插入所述實驗梁體，所述實驗梁體的截面形狀可以是方形、圓形、T形、工字形、槽形等形狀。
全文摘要
本發明公開了一種材料力學實驗平臺，所述材料力學實驗平臺包括任意分布載荷的加載裝置、不同載荷方向的實現裝置、各種約束方式的實現裝置、各種截面形狀杆件的旋轉加載承力裝置和各種截面杆件的組合連接的實現裝置；本發明可完成材料力學理論教材和作業中所涉及到大部分情形(形式多樣的載荷方式、約束方式、截面形狀及材料種類)的實驗重現；這使得學生在材料力學理論的學習過程中，可隨時把自已感興趣的題目或思考的問題拿到實驗室去重現、增強了學生的創新精神和創新能力；拉近理論與實驗之間的距離。因此，在國內外工科高校的力學創新實驗教學中有很大的推廣空間和實用推廣價值。
文檔編號G09B23/10GK103149077SQ201310057708
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月22日 優先權日2013年2月22日
發明者古濱, 張衛東, 彭俊文 申請人:西華大學