剪切應力分布規律驗證性實驗裝置的製作方法

2023-05-12 02:41:21

專利名稱：剪切應力分布規律驗證性實驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種剪切應力分布規律驗證性實驗裝置，屬於力學實驗技術領域。
背景技術：
高等教育是關係到社會主義建設和科學技術發展的重要的不可或缺的環節，不斷研究新的教學方法和新的教學設備，努力提高教學質量，是高等院校和教育工作者們普遍的共識。現有的材料力學實驗教學中，驗證性試驗主要有金屬材料的力學性能實驗和純彎曲梁正應力分布規律驗證實驗，目前還沒有開設剪切應力分布規律驗證性試驗的，但理論教學中卻有相當的內容是關於剪切應力方面的敘述，缺少的就是通過實驗加以驗證的環節。

實用新型內容本實用新型的主要內容在於提供一種剪切應力分布規律驗證性實驗裝置，利用帶曲柄的懸臂梁在橫向集中力作用下，懸臂梁上位於集中力作用線處截面上合成彎矩為零， 而只有橫向剪切內力作用的特點，完成只有剪切力作用的條件從而進行剪切應力分布規律測定實驗。一種剪切應力分布規律驗證性實驗裝置，其特徵在於包括框架、曲柄懸臂實驗梁、加力裝置、力傳感器，上述曲柄懸臂實驗梁由懸臂段和曲柄段組成；上述曲柄懸臂實驗梁和加力裝置均安裝於框架上；上述加力裝置的加力點位於曲柄懸臂實驗梁的曲柄段上， 加力方向與曲柄段垂直；在上述曲柄懸臂實驗梁的懸臂段上，對應加力作用線的截面上，與懸臂段軸線呈45度方向粘貼有一組電阻應變片。一種上述剪切應力分布規律驗證性實驗裝置的實驗方法，其特徵在於包括以下步驟(1)、將曲柄懸臂實驗梁上的電阻應變片，分別組成單臂半橋測量電路；(2)、利用加力裝置施加初載Ptl ； (3)、在初載作用下，將各個電阻應變電橋調零；(4)、給加力裝置施加作用力增量Δ F ；(5)、讀取各個電阻應變電橋的讀數電阻應變量ε ；(6)、將測量得到的電阻應變量ε代入公式Γ= 2飽中，計算出各點的剪切應力τ，其中G表示材料的剪切彈性模量；(7)、按懸臂段的幾何位置，連接各點應力值，得到應力分布規律，使理論結果在實驗中得到驗證。考慮到粘貼電阻應變片的方便程度，以及測試截面不被其他內力幹擾，一般上述曲柄懸臂實驗梁的截面選擇矩形截面較為方便。一般推薦上述加力作用線位於懸臂段的中垂線上，這樣有利於結構設計的對稱性和美觀。本實用新型特徵在於1.利用帶曲柄的純剪切實驗梁構件，在載荷作用下實驗梁上存在一個只有剪切內力而無其他內力存在的截面。2.利用在該截面上不同高度處沿45度方向粘貼的電阻應變片的測量結果(與軸線成45度方向的線應變k )計算出剪切應力，
由此驗證理論教學內容。通過實驗學生可以更加深刻的理解剪切應力的存在，以及剪切應力的分布規律。3.本實用新型所述的驗證性實驗及實驗裝置，顯著特點在於實驗裝置新穎、 內容表現直觀，使理論教學內容得到很好的驗證。

圖1是純剪切試驗的實驗裝置圖；圖2是帶曲柄的純剪切實驗梁實驗段內的內力分析圖；圖1中標號名稱1、加力手輪，2、框架，3、力傳感器，4、加力絲杆，5、曲柄懸臂實驗梁，6、底座，7、電阻應變片。
具體實施方式
如圖1所示，純剪切梁剪切應力分布規律驗證實驗，是利用本實用新型設計的帶曲柄的純剪切實驗梁，以及與之相配套的實驗加力裝置來完成的實驗。其中加力裝置由加力絲杆4和加力手輪1組成。實驗操作步驟如下1.將實驗梁上的電阻應變片，分別組成單臂半橋測量電路。2.轉動手輪給實驗梁加上向下的初始作用力Ptl (初載)。3.在初載作用下，將各個應變電橋調零。4.再給實驗梁施加向下的作用力增量△ F。5.讀取各個應變電橋的讀數應變(在沒有系統誤差的條件下，可以認為讀數應變就是實驗梁上的各點應變值)。6.將測量得到的應變值代入公式(·Γ=2&)中，計算出各點的剪切應力值。7.按實驗梁上的幾何位置，連接各點應力值，得到應力分布規律，使理論結果在實驗中得到驗證。這一新的驗證性實驗的實驗原理是，當力作用在實驗梁的曲柄上時，它所造成的在懸臂梁上實驗段上的載荷由三部分組成，一是集中力P向梁的C端簡化平移後的等效的彎矩Μ1，二為平移後的集中力對懸臂梁所造成的沿軸線成線性變化的彎矩Μ2，三為平移後的集中力對懸臂梁造成的垂直於懸臂梁軸線的恆定剪切力P。而Ml和Μ2在梁的中部的作用力P的作用線截面處的合成彎矩為零，因此在這個截面上的內力只有恆定的剪切力P的作用，因而在該截面上可以進行驗證性實驗。
權利要求1.一種剪切應力分布規律驗證性實驗裝置，其特徵在於包括框架(2)、曲柄懸臂實驗梁(5)、加力裝置、力傳感器(3)，上述曲柄懸臂實驗梁(5) 由懸臂段和曲柄段組成；上述曲柄懸臂實驗梁(5 )和加力裝置均安裝於框架(2 )上；上述加力裝置的加力點位於曲柄懸臂實驗梁(5)的曲柄段上，加力方向與曲柄段垂直；在上述曲柄懸臂實驗梁(5)的懸臂段上，對應加力作用線的截面上，與懸臂段軸線呈 45度方向粘貼有一組電阻應變片。
2.根據權利要求1所述的剪切應力分布規律驗證性實驗裝置，其特徵在於上述加力裝置由加力絲杆(4)和加力手輪(1)組成。
3.根據權利要求1所述的剪切應力分布規律驗證性實驗裝置，其特徵在於上述曲柄懸臂實驗梁(5)的截面為矩形。
4.根據權利要求1所述的剪切應力分布規律驗證性實驗裝置，其特徵在於上述加力作用線位於懸臂段的中垂線上。
專利摘要本實用新型涉及一種剪切應力分布規律驗證性實驗裝置，屬於力學實驗技術領域。該裝置包括包括框架(2)、曲柄懸臂實驗梁(5)、加力裝置、力傳感器(3)，上述曲柄懸臂實驗梁(5)由懸臂段和曲柄段組成；上述曲柄懸臂實驗梁(5)和加力裝置均安裝於框架(2)上；上述加力裝置的加力點位於曲柄懸臂實驗梁(5)的曲柄段上，加力方向與曲柄段垂直；在上述曲柄懸臂實驗梁(5)的懸臂段上，對應加力作用線的截面上，與懸臂段軸線呈45度方向粘貼有一組電阻應變片。本實用新型利用只產生純剪切內力而沒有其他內力存在的懸臂梁，進行剪切應力分布規律測定實驗。
文檔編號G09B23/10GK202171885SQ201120153908
公開日2012年3月21日 申請日期2011年5月16日 優先權日2010年11月30日
發明者徐鹿麟 申請人:南京航空航天大學