一種多功能組合式力學測試方法
2023-07-15 16:12:46 1
專利名稱：一種多功能組合式力學測試方法
技術領域：
本發明屬於基礎力學實驗教學領域。
背景技術：
實驗教學是高等教育的重要組成部分，對培養具有較高綜合素質的人才起著其他環節無法替代的作用。實驗教學改革的目標就是使得學生能更好的掌握實驗研究的基本方法和技能，具有獨立開展實驗研究的能力，具備向相關領域拓展的基本素質。因此，綜合性設計性實驗的開發和推廣是必然趨勢。由學生根據問題的性質綜合運用所學知識，自行設計測試方案，擬定測試方案的具體步驟，包括與測試相關的硬體和軟體的設計。通過實驗研究自然界中不易直接觀察到的力學現象，進ー步掌握力學概念和力學理論，使得學生可以在實驗中學習，在實驗中研究。
發明內容
本發明的目的是針對開展綜合性設計性研究性基礎力學實驗的裝置提出ー種能夠通過自主設計、組合實現多種基礎力學實驗的綜合性測試方法。本發明為實現上述目的，採用如下技術方案:
ー種多功能組合式力學測試方法，包括:ー個矩形框架式實驗臺、一套機械式手輪加載裝置、一套カ傳感器及測カ儀、ー套砝碼槓桿加載裝置、ー組用於改變加載方向的定滑輪、一套可組合各類剛架結構的構件、ー套用於連接各構件的連接件、一套模擬典型約束形式的支座、一套可組合成不同桁架結構的杆件、ー套可用於單向拉伸實驗的拉頭及試件，包括以下步驟:
(A)在進行剛架的力學參數測試實驗時，學生可根據自身設計的實驗方案需要，首先選擇結構所需的構件，然後用連接件將構件組合成所需的剛架結構，之後再根據實驗約束形式的設計選擇支座，將組合好的剛架和支座一起固定到實驗臺上，最後根據實驗設計的加載方案選擇加載點，加載方式及載荷大小，一切準備就緒之後即可開始實驗；
(B)在進行桁架靜カ測試實驗吋，首先學生可根據實驗設計需要選擇桁架結構所需的杆件，然後用接頭將各杆件組合成所需的桁架結構，之後將組合好的桁架結構和桁架支座一起固定到實驗臺上，最後根據實驗設計的加載方案選擇加載點和加載方式，一切準備就緒之後即可進行實驗；
(C)在進行單向拉伸測試實驗時，首先需要將上下拉頭和試件連接起來，然後將上拉頭連接實驗臺頂梁上的機械式手輪加載裝置，下拉頭連接實驗臺底梁上的底座，其中下拉頭部分還包括一個萬向節裝置，以保證拉伸的對心，之後即可根據實驗加載方案進行實驗。有益效果:本測試方法操作簡單、靈巧美觀、可組合性強，突出綜合性、自主性、設計性等特點，比現有的測試方法功能多祥，能夠促使學生充分發揮自主開發設計實驗的能力，能滿足當前高校開展研究性實驗教學的需求。
圖1為剛架形式的總體布置圖。圖2為桁架形式的總體布置圖。圖3為拉伸形式的總體布置圖。具體實施例方式 ー種多功能組合式力學測試方法，需要提供的基礎性可選擇部件包括:ー個矩形框架式實驗臺、一套機械式手輪加載裝置、一套カ傳感器及測カ儀、ー套砝碼槓桿加載裝置、一組用於改變加載方向的定滑輪、一套可組合各類剛架結構的構件、一套用於連接各構件的連接件、一套模擬典型約束形式的支座、一套可組合成不同桁架結構的杆件、ー套可用於單向拉伸實驗的拉頭及試件，本發明的測試方法可以有以下幾種:
(A)剛架力學參數測試實驗在進行剛架的力學參數測試實驗時，學生可根據自身實驗設計方案需要，首先選擇結構所需的構件，然後用連接件將構件組合成所需的剛架結構，之後再根據實驗約束形式的設計選擇支座，將組合好的剛架結構和支座一起固定到實驗臺上，最後根據實驗設計的加載方案選擇加載點，加載方式及載荷大小，一切準備就緒之後即可開始實驗。對於剛架結構本身，可以根據具體實驗設計要求，通過選取不同構件和支座組合成不同結構形式、不同約束形式的剛架結構，加載方式亦可根據實驗需求選擇對稱加載或反對稱加載、水平加載或垂直加載、單點加載或多點加載等。如附圖1所示，實現這種剛架力學參數測試方法的裝置可以是這樣的ー種組合式剛架力學參數實驗裝置，包括矩形框架式實驗臺、機械式手輪加載裝置3、力傳感器及測カ儀4、壓頭5、砝碼槓桿加載裝置、剛架構件6、連接角件7、模擬不同約束形式的支座8，所述剛架構件6、連接角件7根據實驗設計需要組成剛架結構，選取所需支座8固定在矩形框架式實驗臺的底梁I上，所述機械式手輪加載裝置3固定在矩形框架式實驗臺的頂梁2上，所述機械式手輪加載裝置3的下端安裝有力傳感器及測カ儀4，力傳感器及測カ儀4下部與壓頭5連接，通過壓頭5對剛架結構接觸並施加載荷。砝碼槓桿加載裝置包括用於改變加載方向的定滑輪9、鋼絲繩10、槓桿11、吊鉤12、砝碼13，所述鋼絲繩10—端與剛架結構6連接、另一端通過定滑輪9與槓桿11連接，在槓桿不同位置的孔上連接吊鉤12，砝碼13放在吊鉤底端的託盤上，吊鉤掛載在槓桿不同位置的孔上可以調節載荷的放大倍數。通過增減砝碼數目即可實現對結構加載。這種設計的特點在於:學生可以根據自身需要獨立設計實驗方案，然後利用本實驗裝置提供的構件自主組合結構形式、約束形式以實現多種不同約束形式、不同加載方式的剛架力學參數測試實驗。(B)桁架靜カ測試實驗在進行桁架靜カ測試實驗時，首先學生可根據實驗設計需要選擇桁架結構所需的杆件，然後用接頭將各杆件組合成所需的桁架結構，之後將組合好的桁架結構和桁架支座組裝起來固定到矩形框架實驗臺上，選擇加載點和加載方式即可進行實驗。實現桁架測試時的實驗裝置加載與剛架結構相同，但載荷須施加在節點上。兩端通過處在相同水平高度的桁架支座及兩個滾軸模擬兩端鉸支約束。如附圖2所示，實現這種桁架測試方法的裝置可以是這樣的ー種組合式桁架力學實驗裝置，設置有一矩形框架式實驗臺、機械式手輪加載裝置3、力傳感器及測カ儀4、壓頭
5、桁架構件6-1、接頭7-1、桁架支座8-1，桁架構件6-1、接頭7-1、根據實驗需要組成桁架結構，並且通過桁架支座8-1固定在矩形框架式實驗臺上，機械式手輪加載裝置3固定在矩形框架式實驗臺的頂梁2上，機械式手輪加載裝置3的下端安裝有力傳感器及測カ儀4，カ傳感器及測カ儀4下部與壓頭5連接，通過壓頭5對桁架結構接觸並施加載荷於節點上。本發明中的桁架支座8-1固定於矩形框架式實驗臺的兩側壁上，桁架結構的兩端通過處在相同水平高度的桁架支座8-1及兩個滾軸模擬兩端鉸支約束。(C)單向拉伸實驗在進行單向拉伸實驗時，首先需要將上下拉頭和試件連接起來，然後通過上拉頭連接實驗臺頂梁上的機械式手輪加載裝置，下拉頭連接實驗臺底梁上的底座，其中下拉頭部分還包括一個萬向節裝置，以保證拉伸的對心，之後即可根據實驗加載方案進行實驗。如附圖2所示，實現這種拉伸測試方法的裝置可以是這樣的ー種組合式拉伸實驗裝置，設置有ー個矩形框架式實驗臺、機械式手輪加載裝置3、力傳感器及測カ儀4、上拉頭5-1、下拉頭5-2、試件6、萬向節裝置7、機械式手輪加載裝置3設置在矩形框架式實驗臺的頂梁2上，機械式手輪加載裝置3的下方連接有力傳感器及測カ儀4，上拉頭5-1分別與力傳感器及測カ儀4與試件6連接，下拉頭5-2分別與試件6和萬向節裝置7連接，萬向節裝置7固定於矩形框架式實驗臺的底梁I上。本發明中的上拉頭5-1分別通過銷釘與力傳感器及測カ儀4與試件6連接，下拉頭5-2也分別通過銷釘與試件6和萬向節裝置7連接。本多功能組合式力學測試方法以及實現多種測試方法的各種實驗裝置，是為開展綜合性設計性的材料力學實驗而研製的臺式多功能組合實驗裝置。該裝置可進行多種不同結構形式、不同約束形式的剛架綜合性設計性實驗、桁架的靜カ試驗以及單向拉伸實驗，可以實現用可裝配構件自主搭建多種形式的剛架和桁架、利用多種支座組成不同形式的約束、同時可以實現在不同加載點上施加單個或多個載荷，並且可以實現對稱加載和反對稱加載，學生在實驗中可靈活設計、自主實施，可以培養學生的自主創新和實踐動手能力。目前國內大多數基礎力學實驗裝置基本上都是單一功能的，在一個實驗裝置上只能實現ー種實驗。也有部分組合實驗裝置，是將幾種固定的基本實驗共同組裝在ー個裝置上。而本多功能組合式力學實驗裝置最大的不同之處就在於它的可組合性和多變性，學生可以根據自主設計實驗的需要，選擇所需的杆件、接頭、約束支座以及加載方式進行自主組合多種實驗，這樣就很方便的實現了裝置的多功能性，同時還可以加深學生對力學實驗的理解，鞏固和提高所學的力學知識。通過設計綜合性實驗激發創新思維，有效的提高理論和實踐的結合運用能力，並掌握將理論知識運用在實踐當中的技巧。
權利要求
1.ー種多功能組合式力學測試方法，包括:ー個矩形框架式實驗臺、一套機械式手輪加載裝置、一套カ傳感器及測カ儀、ー套砝碼槓桿加載裝置、ー組用於改變加載方向的定滑輪、一套可組合各類剛架結構的構件、ー套用於連接各構件的連接件、一套模擬典型約束形式的支座、一套可組合成不同桁架結構的杆件、ー套可用於單向拉伸實驗的拉頭及試件，其特徵在於: (A)在進行剛架的力學參數測試實驗時，學生可根據自身設計的實驗方案需要，首先選擇結構所需的構件，然後用連接件將構件組合成所需的剛架結構，之後再根據實驗約束形式的設計選擇支座，將組合好的剛架和支座一起固定到實驗臺上，最後根據實驗設計的加載方案選擇加載點，加載方式及載荷大小，一切準備就緒之後即可開始實驗； (B)在進行桁架靜カ測試實驗吋，首先學生可根據實驗設計需要選擇桁架結構所需的杆件，然後用接頭將各杆件組合成所需的桁架結構，之後將組合好的桁架結構和桁架支座一起固定到實驗臺上，最後根據實驗設計的加載方案選擇加載點和加載方式，一切準備就緒之後即可進行實驗； (C)在進行單向拉伸測試實驗時，首先需要將上下拉頭和試件連接起來，然後將上拉頭連接實驗臺頂梁上的機械式手輪加載裝置，下拉頭連接實驗臺底梁上的底座，其中下拉頭部分還包括一個萬向節裝置，以保證拉伸的對心，之後即可根據實驗加載方案進行實驗。
全文摘要
一種多功能組合式力學測試方法，包括一個矩形框架式實驗臺、一套機械式手輪加載裝置、一套力傳感器及測力儀、一套砝碼槓桿加載裝置、一組用於改變加載方向的定滑輪、一套可組合各類剛架結構的構件、一套用於連接各構件的連接件、一套模擬典型約束形式的支座、一套可組合成不同桁架結構的杆件和一套可用於單向拉伸實驗的拉頭及試件,可組合實現剛架的力學參數測試實驗、桁架靜力測試實驗及拉伸測試實驗等。本測試方法操作簡單，可組合性強，比現有的測試方法功能多樣、靈巧美觀、節省材料。
文檔編號G09B23/10GK103136992SQ20111038283
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者鄧宗白, 陶陽, 楊賀, 閆景玉, 楊婷, 單珂 申請人:南京航空航天大學