專利名稱：一種材料力學(xué)實驗平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于教學(xué)實驗領(lǐng)域，尤其涉及一種材料力學(xué)實驗平臺。
背景技術(shù)：
工科高校中的材料力學(xué)實驗和結(jié)構(gòu)試驗中的各類實驗，都要配置相關(guān)的加載裝置以實現(xiàn)相應(yīng)工況，方能展開相關(guān)實驗與試驗，比如材料力學(xué)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(yīng)的加載裝置，但因其載荷方式、約束方式、截面形狀等過于單一，與材料力學(xué)理論課中學(xué)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(guān)內(nèi)容形成較大的落差，使教師和學(xué)生誤以為材料力學(xué)實驗只能實現(xiàn)材料力學(xué)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、不予以重視的后果。目前，工科高校材料力學(xué)設(shè)計型、創(chuàng)新型實驗中的真正反映材料力學(xué)基本面的實驗項目還很少，參與的學(xué)生也很少，這與各校較大的投入之間產(chǎn)生了較大的落差，因此，提高設(shè)計型、創(chuàng)新型實驗的受益面、普及率已成為基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)工作者共同面臨的一項重要課題；現(xiàn)有的加載裝置都是將單一集中載荷P直接作用于試件上的加載方式，不能實現(xiàn)各種復(fù)雜的實驗工況，這與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析理論課中學(xué)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，不利于拉近實驗與理論之間的距離，不利于激發(fā)學(xué)生主動參與設(shè)計、創(chuàng)新實驗的熱情，不利于工科高校創(chuàng)新實驗的普及化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用一種材料力學(xué)實驗平臺，旨在解決現(xiàn)有傳統(tǒng)材料力學(xué)非破壞性實驗中單一集中載荷P直接作用于試件上的加載方式、且約束方式、截面形狀及材料過于單一的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種材料力學(xué)實驗平臺，所述材料力學(xué)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(xiàn)裝置、各種約束方式的實現(xiàn)裝置、各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置和各種截面桿件的組合連接的實現(xiàn)裝置。進(jìn)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、蝸桿加載箱、加載手柄、絲桿、力傳感器、導(dǎo)桿、直線軸承、上導(dǎo)板、可調(diào)彈簧、彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條、預(yù)壓彈簧調(diào)節(jié)螺母、彈簧限位螺桿、下導(dǎo)板、彈性墊片、實驗梁體、多功能鉸支座、導(dǎo)桿法蘭支座、下橫梁框；所述上橫梁框設(shè)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(shè)置在所述上橫梁框的下側(cè)，蝸桿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(shè)置在所述蝸桿加載箱的一側(cè)，所述力傳感器設(shè)置在所述蝸桿加載箱的末端，所述導(dǎo)桿在所述任意分布載荷的加載裝置的兩側(cè)設(shè)置，所述直線軸承設(shè)置在所述上導(dǎo)板和下導(dǎo)板，所述可調(diào)彈簧設(shè)置在所述上導(dǎo)板和下導(dǎo)板之間，所述彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條設(shè)置在所述可調(diào)彈簧的下面，所述預(yù)壓彈簧調(diào)節(jié)螺母設(shè)置在所述所述彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條的下面，所述彈簧限位螺桿貫穿所述可調(diào)彈簧的中間，所述多功能鉸支座和導(dǎo)桿法蘭支座設(shè)置在所述下橫梁框上，所述實驗梁體設(shè)置在所述多功能鉸支座，所述彈性墊片設(shè)置在所述實驗梁體的表面。進(jìn)一步、所述可移動加載小車通過導(dǎo)軌與上橫梁框連接。進(jìn)一步、所述力傳感器通過絲杠連接蝸桿加載箱。進(jìn)一步、所述不同載荷方向的實現(xiàn)裝置包括承力扣環(huán)、可旋轉(zhuǎn)固定端支座、蝸桿加載箱、實驗梁體；所述承力扣環(huán)連接所述實驗梁體，所述實驗梁體連接所述可旋轉(zhuǎn)固定端支座，所述蝸桿加載箱連接所述承力扣環(huán)。進(jìn)一步、所述各種約束方式的實現(xiàn)裝置包括實驗梁體、圓鍵軸、球面旋轉(zhuǎn)套環(huán)。進(jìn)一步、所述各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置包括可調(diào)固緊螺栓和承力扣環(huán)；所述承力扣環(huán)上設(shè)置所述可調(diào)固緊螺栓。進(jìn)一步、所述各種截面桿件的組合連接的實現(xiàn)裝置包括剛接頭、圓筒旋轉(zhuǎn)套圈；所述圓筒旋轉(zhuǎn)套圈設(shè)置在所述剛接頭的接口處。進(jìn)一步、所述剛接頭可以通過所述圓筒旋轉(zhuǎn)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(fā)明提供的材料力學(xué)實驗平臺，可完成材料力學(xué)理論教材和作業(yè)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(xiàn)；這使得學(xué)生在材料料力學(xué)理論的學(xué)習(xí)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(xiàn)、去驗證、去設(shè)計、去深入研究，進(jìn)入“邊學(xué)習(xí)、邊實踐、邊研究”的良性循環(huán)的新模式，從而打破了傳統(tǒng)規(guī)定動作式的實驗?zāi)Ｊ?，激發(fā)了學(xué)生自主設(shè)計、主動參與創(chuàng)新實驗的熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力；拉近理論與實驗之間的距離的同時，也就促進(jìn)的材料力學(xué)理論與實驗二者間的融合與統(tǒng)一；因此，在國內(nèi)外工科高校的力學(xué)創(chuàng)新實驗教學(xué)中有很大的推廣空間和實用推廣價值。


圖1是本發(fā)明實施例提供的材料力學(xué)實驗平臺的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的任意分布載荷的加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例提供的不同載荷方向的實現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的多功能球面鉸支座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實施例提供的多功能球面鉸支座的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例提供的各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實施例提供的帶圓筒旋轉(zhuǎn)套圈的旋轉(zhuǎn)剛接頭連接的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明實施例提供的十字形四通剛接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明實施例提供的圓形四通剛接頭的結(jié)構(gòu)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、蝸桿加載箱；14、加載手柄；15、絲桿；16、力傳感器；17、導(dǎo)桿；18、直線軸承；19、上導(dǎo)板；110、可調(diào)彈簧；111、彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條；112、預(yù)壓彈簧調(diào)節(jié)螺母；113、彈簧限位螺桿；114、下導(dǎo)板；115、彈性墊片；116、實驗梁體；117、多功能鉸支座；118、導(dǎo)桿法蘭支座；119、下橫梁框；
2、不同載荷方向的實現(xiàn)裝置；21、承力扣環(huán)；22、可旋轉(zhuǎn)固定端支座；3、各種約束方式的實現(xiàn)裝置；31、實驗梁體；32、圓鍵軸；33、球面旋轉(zhuǎn)套環(huán)；4、各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置；41、可調(diào)固緊螺栓；5、各種截面桿件的組合連接的實現(xiàn)裝置；51、剛接頭；52、圓筒旋轉(zhuǎn)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(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實施例提供了一種材料力學(xué)實驗平臺，該材料力學(xué)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(xiàn)裝置、各種約束方式的實現(xiàn)裝置、各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置和各種截面桿件的組合連接的實現(xiàn)裝置。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)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、蝸桿加載箱、加載手柄、絲桿、力傳感器、導(dǎo)桿、直線軸承、上導(dǎo)板、可調(diào)彈簧、彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條、預(yù)壓彈簧調(diào)節(jié)螺母、彈簧限位螺桿、下導(dǎo)板、彈性墊片、實驗梁體、多功能鉸支座、導(dǎo)桿法蘭支座、下橫梁框；上橫梁框設(shè)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(shè)置在上橫梁框的下側(cè)，蝸桿加載箱安裝在可移動加載小車的下方，加載手柄設(shè)置在蝸桿加載箱的一側(cè)，力傳感器設(shè)置在蝸桿加載箱的末端，導(dǎo)桿在任意分布載荷的加載裝置的兩側(cè)設(shè)置，直線軸承設(shè)置在上導(dǎo)板和下導(dǎo)板，可調(diào)彈簧設(shè)置在上導(dǎo)板和下導(dǎo)板之間，彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條設(shè)置可調(diào)彈簧的下面，預(yù)壓彈簧調(diào)節(jié)螺母設(shè)置在所述所述彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條的下面，彈簧限位螺桿貫穿所述可調(diào)彈簧的中間，多功能鉸支座和導(dǎo)桿法蘭支座設(shè)置在下橫梁框上，實驗梁體設(shè)置在多功能鉸支座，彈性墊片設(shè)置在實驗梁體的表面。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，可移動加載小車通過導(dǎo)軌與上橫梁框連接。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，力傳感器通過絲杠連接蝸桿加載箱。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，不同載荷方向的實現(xiàn)裝置包括承力扣環(huán)、可旋轉(zhuǎn)固定端支座、蝸桿加載箱、實驗梁體；承力扣環(huán)連接實驗梁體，實驗梁體連接可旋轉(zhuǎn)固定端支座，蝸桿加載箱連接承力扣環(huán)。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，各種約束方式的實現(xiàn)裝置包括實驗梁體、圓鍵軸、球面旋轉(zhuǎn)套環(huán)。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置包括可調(diào)固緊螺栓和承力扣環(huán)；承力扣環(huán)上設(shè)置可調(diào)固緊螺栓。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，各種截面桿件的組合連接的實現(xiàn)裝置包括剛接頭、圓筒旋轉(zhuǎn)套圈；圓筒旋轉(zhuǎn)套圈設(shè)置在剛接頭的接口處。作為本發(fā)明實施例的一優(yōu)化方案，剛接頭可以通過所述圓筒旋轉(zhuǎn)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(fā)明實施例材料力學(xué)實驗平臺作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明實施例的材料力學(xué)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(xiàn)裝置2、各種約束方式的實現(xiàn)裝置3、各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置4和各種截面桿件的組合連接的實現(xiàn)裝置5組成，提高了教學(xué)的效果。
如圖2所示，是本發(fā)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、蝸桿加載箱13、加載手柄14、絲桿15、力傳感器16、導(dǎo)桿17、直線軸承18、上導(dǎo)板19、可調(diào)彈簧110、彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條111、預(yù)壓彈簧調(diào)節(jié)螺母112、彈簧限位螺桿113、下導(dǎo)板114、彈性墊片115、實驗梁體116、多功能鉸支座117、導(dǎo)桿法蘭支座118、下橫梁框119組成；設(shè)計了一個可獨立裝卸的可調(diào)彈簧組盒，力傳感器16傳遞的集中載荷可以根據(jù)具體實驗項目換算得到，集中載荷作用在平行移動上導(dǎo)板19上，而上導(dǎo)板19作平行移動，又因材料力學(xué)非破壞性實驗中桿件的變形量和上導(dǎo)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(jù)具體的實驗項目來計算調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)[每根(或每組)彈簧110的剛度、每根彈簧110的預(yù)壓縮變形量、彈簧110的數(shù)量、彈簧110的密度、彈簧110的分布區(qū)域]，即可實現(xiàn)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(yù)壓縮變形量和再壓縮變形量有關(guān)，故只需通過彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條111和預(yù)壓彈簧調(diào)節(jié)螺母112來調(diào)節(jié)彈簧組盒中的每根(或每組)彈簧110的預(yù)壓縮變形量即可實現(xiàn)分布載荷的各種情形。如圖3所示，本發(fā)明實施例的不同載荷方向的實現(xiàn)裝置主要由承力扣環(huán)21、可旋轉(zhuǎn)固定端支座22組成；可旋轉(zhuǎn)固定端支座22內(nèi)的圓筒旋轉(zhuǎn)套箍23可以帶動實驗梁體31轉(zhuǎn)動，再由蝸桿加載箱13、力傳感器16和承力扣環(huán)21實現(xiàn)不同載荷方向的加載。如圖4和圖5所示，圓鍵軸32設(shè)置在多功能鉸支座118上，在兩個或兩個以上圓鍵軸32上設(shè)置實驗梁體31，也可以圓鍵軸32由球面旋轉(zhuǎn)套環(huán)33代替，實現(xiàn)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(huán)21上設(shè)置可調(diào)固緊螺栓41，實現(xiàn)實驗梁體31的旋轉(zhuǎn)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(shè)置圓筒旋轉(zhuǎn)套圈52，實現(xiàn)梁體31的旋轉(zhuǎn)，可將多個實驗梁體31的通過剛接頭51對接，并配合可旋轉(zhuǎn)固定端支座22和多功能鉸支座118來形成各種剛架結(jié)構(gòu)。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(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種材料力學(xué)實驗平臺，其特征在于，所述材料力學(xué)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(xiàn)裝置、各種約束方式的實現(xiàn)裝置、各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置和各種截面桿件的組合連接的實現(xiàn)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的材料力學(xué)實驗平臺，其特征在于，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、蝸桿加載箱、加載手柄、絲桿、力傳感器、導(dǎo)桿、直線軸承、上導(dǎo)板、可調(diào)彈簧、彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條、預(yù)壓彈簧調(diào)節(jié)螺母、彈簧限位螺桿、下導(dǎo)板、彈性墊片、實驗梁體、多功能鉸支座、導(dǎo)桿法蘭支座、下橫梁框； 所述上橫梁框設(shè)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(shè)置在所述上橫梁框的下側(cè)，蝸桿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(shè)置在所述蝸桿加載箱的一側(cè)，所述力傳感器設(shè)置在所述蝸桿加載箱的末端，所述導(dǎo)桿在所述任意分布載荷的加載裝置的兩側(cè)設(shè)置，所述直線軸承設(shè)置在所述上導(dǎo)板和下導(dǎo)板，所述可調(diào)彈簧設(shè)置在所述上導(dǎo)板和下導(dǎo)板之間，所述彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條設(shè)置在所述可調(diào)彈簧的下面，所述預(yù)壓彈簧調(diào)節(jié)螺母設(shè)置在所述所述彈簧預(yù)壓量標(biāo)度樣條的下面，所述彈簧限位螺桿貫穿所述可調(diào)彈簧的中間，所述多功能鉸支座和導(dǎo)桿法蘭支座設(shè)置在所述下橫梁框上，所述實驗梁體設(shè)置在所述多功能鉸支座，所述彈性墊片設(shè)置在所述實驗梁體的表面。
3.如權(quán)利要求2所述的材料力學(xué)實驗平臺，其特征在于，所述可移動加載小車通過導(dǎo)軌與上橫梁框連接。
4.如權(quán)利要求2所述的材料力學(xué)實驗平臺，其特征在于，所述力傳感器通過絲杠連接蝸桿加載箱。
5.如權(quán)利要求1所述的材料力學(xué)實驗平臺，其特征在于，所述不同載荷方向的實現(xiàn)裝置包括可旋轉(zhuǎn)固定端支座、承力扣環(huán)； 所述實驗梁體插入所述可旋轉(zhuǎn)固定端支座，所述承力扣環(huán)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(huán)上。所述可旋轉(zhuǎn)固定端支座內(nèi)設(shè)置圓筒旋轉(zhuǎn)套箍。
6.如權(quán)利要求1所述的材料力學(xué)實驗平臺，其特征在于，所述各種約束方式的實現(xiàn)裝置包括可旋轉(zhuǎn)固定端支座、多功能鉸支座、圓鍵軸、球面旋轉(zhuǎn)套環(huán)。
7.如權(quán)利要求1所述的材料力學(xué)實驗平臺，其特征在于，所述各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置包括承力扣環(huán)和可調(diào)固緊螺栓；所述承力扣環(huán)上設(shè)置所述可調(diào)固緊螺栓。
8.如權(quán)利要求1所述的材料力學(xué)實驗平臺，其特征在于，所述各種截面桿件的組合連接的實現(xiàn)裝置包括剛接頭、圓筒旋轉(zhuǎn)套圈； 所述圓筒旋轉(zhuǎn)套圈設(shè)置在所述剛接頭的接口處。
9.如權(quán)利要求8所述的材料力學(xué)實驗平臺，其特征在于，所述剛接頭可以通過所述圓筒旋轉(zhuǎn)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(fā)明公開了一種材料力學(xué)實驗平臺，所述材料力學(xué)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(xiàn)裝置、各種約束方式的實現(xiàn)裝置、各種截面形狀桿件的旋轉(zhuǎn)加載承力裝置和各種截面桿件的組合連接的實現(xiàn)裝置；本發(fā)明可完成材料力學(xué)理論教材和作業(yè)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(xiàn)；這使得學(xué)生在材料力學(xué)理論的學(xué)習(xí)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(xiàn)、增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力；拉近理論與實驗之間的距離。因此，在國內(nèi)外工科高校的力學(xué)創(chuàng)新實驗教學(xué)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(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者古濱, 張衛(wèi)東, 彭俊文 申請人:西華大學(xué)