本實(shí)用新型涉及材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及測(cè)量?jī)?nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置及其標(biāo)定裝置。

背景技術(shù)：

目前，在力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，沒(méi)有一種能夠直接展示、測(cè)量梁的內(nèi)力的專(zhuān)用器材，有關(guān)梁內(nèi)力測(cè)量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)直觀性差，因此需要研制一種內(nèi)力測(cè)量傳感器及其標(biāo)定裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)一種能夠展示、測(cè)量?jī)?nèi)力的專(zhuān)用器材，提高梁的內(nèi)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)直觀性的儀器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：一種內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置，裝置設(shè)有基座和固定座，所述基座和固定座相向端各設(shè)有兩個(gè)連接耳，三根測(cè)量桿呈Z形通過(guò)銷(xiāo)軸鉸接在連接耳上，每個(gè)所述測(cè)量桿上固定有應(yīng)變片，所述應(yīng)變片輸出信號(hào)至電阻應(yīng)變儀，所述固定座另一端固定有施力梁，拉力傳感器一端通過(guò)連接件連接施力梁，另一端連接施力機(jī)構(gòu)。

所述施力機(jī)構(gòu)包括弧形的機(jī)架、沿機(jī)架滑動(dòng)的滑套、固定在滑套內(nèi)的絲桿、以及與絲桿一端連接的加載手輪，所述絲桿另一端通過(guò)軸承連接拉力傳感器，所述連接件通過(guò)轉(zhuǎn)軸固定在施力梁上，所述機(jī)架以轉(zhuǎn)軸為中心。

所述機(jī)架為半圓形，所述轉(zhuǎn)軸為半圓形機(jī)架的圓心，所述機(jī)架上設(shè)有角度刻度，所述機(jī)架通過(guò)螺栓連接固定在基座上。

所述滑套內(nèi)部設(shè)有與絲桿配合的內(nèi)螺紋，所述機(jī)架由兩片弧形板構(gòu)成，弧形板之間設(shè)有供滑套滑動(dòng)的滑槽，所述滑套一端設(shè)有支撐在機(jī)架一側(cè)的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，另一端設(shè)有位于機(jī)架另一側(cè)的外螺紋和外螺母，所述滑套通過(guò)凸臺(tái)和外螺母夾持固定在所述機(jī)架上。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于可以測(cè)量矩形截面梁橫截面上的內(nèi)力(軸力、剪力和彎矩)，還通過(guò)更換不同結(jié)構(gòu)形式連接組件，還可以測(cè)量具有不同截面形狀的各種梁的內(nèi)力，應(yīng)用與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)試驗(yàn)中桿件的內(nèi)力測(cè)定。此裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、標(biāo)定方法簡(jiǎn)單可行。

附圖說(shuō)明

下面對(duì)本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)中每幅附圖表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說(shuō)明：

圖1為內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置工作原理圖；

圖3為內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的內(nèi)部測(cè)力構(gòu)件示意圖；

圖4為圖3中內(nèi)部測(cè)力構(gòu)件工作原理圖；

上述圖中的標(biāo)記均為：1、測(cè)量桿；2、連接耳；3、銷(xiāo)軸；4、連接板；5、固定座；6、施力梁；7、機(jī)架；8、連接件；9、拉力傳感器；10、滑套；11、加載手輪；12、應(yīng)變片。

具體實(shí)施方式

如圖3所示，內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置設(shè)有基座和固定座5，基座和固定座5兩者分離，基座和固定座5相向端各設(shè)有兩個(gè)連接耳2，三根測(cè)量桿1呈Z形通過(guò)銷(xiāo)軸3鉸接在連接耳2上，即測(cè)量桿1的端部可以相對(duì)于連接耳2轉(zhuǎn)動(dòng)，三個(gè)測(cè)量桿1其中兩根相互平行，兩端分別連接在基座和固定座5上，另一個(gè)測(cè)量桿1傾斜連接在平行的測(cè)量桿1之間，上述用于固定的銷(xiāo)軸3的軸線與三根測(cè)量桿1所在平面垂直。

每根測(cè)量桿1上固定有應(yīng)變片12，優(yōu)選固定在每個(gè)測(cè)量桿1的中間，應(yīng)變片12輸出信號(hào)至電阻應(yīng)變儀，用于獲得每根測(cè)量桿1的受力狀況。

如圖1所示內(nèi)力測(cè)量標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)示意圖，固定座5另一端固定有施力梁6，施力梁6通過(guò)連接板4固定在固定座5上，拉力傳感器9一端通過(guò)連接件8連接施力梁6，另一端連接施力機(jī)構(gòu)。施力機(jī)構(gòu)包括弧形的機(jī)架7、沿機(jī)架7滑動(dòng)的滑套10、固定在滑套10內(nèi)的絲桿、以及與絲桿一端連接的加載手輪11，絲桿另一端通過(guò)軸承連接拉力傳感器9，連接件8通過(guò)轉(zhuǎn)軸固定在施力梁7上，絲桿、軸承、拉力傳感器9、連接件8在一條直線上，通過(guò)絲桿與滑套10的配合，對(duì)施力梁7施加拉力或壓力，從而使測(cè)量桿1上的應(yīng)變片12產(chǎn)生數(shù)值讀數(shù)。

操作時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)滑套10在機(jī)架7上的位置，連接件8會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，機(jī)架7優(yōu)選為半圓形，機(jī)架7所在平面與三根測(cè)量桿1所在平面平行，機(jī)架7可通過(guò)螺栓連接固定在基座上，轉(zhuǎn)軸為半圓形機(jī)架7的圓心，并在機(jī)架7上設(shè)有角度刻度，則可精確的控制施力角度。

為方便調(diào)節(jié)滑套10滑動(dòng)，滑套10內(nèi)部設(shè)有與絲桿配合的內(nèi)螺紋，機(jī)架7由兩片弧形板構(gòu)成，弧形板之間設(shè)有供滑套10滑動(dòng)的滑槽，滑套10一端設(shè)有支撐在機(jī)架7一側(cè)的凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，另一端設(shè)有位于機(jī)架7另一側(cè)的外螺紋和外螺母，滑套10通過(guò)凸臺(tái)和外螺母夾持固定在機(jī)架7上，這樣的結(jié)構(gòu)既能方便調(diào)節(jié)滑套10，也能可靠的固定滑套10，保證轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪11時(shí)滑套10不會(huì)發(fā)生位移，使施力角度不會(huì)發(fā)生變化。

如圖4所示，內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的工作原理。根據(jù)靜力平衡條件，可得截面內(nèi)力與內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置測(cè)量桿1軸力之間的關(guān)系為:

式中：F_N,F_S,M分別為傳感器測(cè)量的軸力、剪力和彎矩，X₁,X₂,X₃分別為內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置三個(gè)測(cè)量桿1的軸力?？梢酝ㄟ^(guò)在測(cè)量桿1上貼上電阻應(yīng)變片12測(cè)得各桿軸力，再根據(jù)式(1)計(jì)算測(cè)量截面的內(nèi)力。

分別在三根測(cè)量桿1的中部貼上電阻應(yīng)變片12，可采用半橋解法，通過(guò)測(cè)量電阻應(yīng)變片12的應(yīng)變，可按照公式X_i＝Eε_iA_i(i＝1,2,3)計(jì)算各桿軸力，式中X_i,ε_i,A_i分別為第i桿的軸力、測(cè)量應(yīng)變和截面面積，E為測(cè)量桿1件的彈性模量。

如圖2所示，標(biāo)定方法的工作原理。應(yīng)用一個(gè)拉力傳感器9通過(guò)改變其安放角度就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)拉力傳感器9水平放置時(shí)即α＝0°，此時(shí)拉力傳感器9的讀數(shù)就是內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的所測(cè)軸力。當(dāng)拉力傳感器9豎直放置時(shí)即α＝90°，此時(shí)拉力傳感器9的讀數(shù)就是內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的所測(cè)剪力。當(dāng)拉力傳感器9處于任意位置時(shí)α，此時(shí)拉力傳感器9的讀數(shù)與內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的所測(cè)內(nèi)力關(guān)系為：

式中：P為拉力傳感器9的讀數(shù)，d0為固定座5連接耳2轉(zhuǎn)軸的中心距。

通過(guò)比較測(cè)量并由式(1)計(jì)算出的內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的內(nèi)力值和由式(2)計(jì)算出的內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的內(nèi)力值對(duì)內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置進(jìn)行標(biāo)定。

基于上述內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法：將內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置固定在工作臺(tái)上，安裝好拉力傳感器9，將貼在三根測(cè)量桿1上的應(yīng)變片12連接上電阻應(yīng)變儀的測(cè)量電橋。轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪11，記錄拉力傳感器9初始讀數(shù)并將電阻應(yīng)變儀置0。

2)軸力標(biāo)定

將拉力傳感器9調(diào)置水平即α＝0°，采用等量逐級(jí)加載法加載，分別記錄拉力傳感器9讀數(shù)和電阻應(yīng)變儀讀數(shù)，分別按照式(1)和式(2)計(jì)算內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的軸力測(cè)量值和標(biāo)定值，計(jì)算誤差。

3)剪力標(biāo)定

將拉力傳感器9調(diào)置水平即α＝90°，采用等量逐級(jí)加載法加載，分別記錄拉力傳感器9讀數(shù)和電阻應(yīng)變儀讀數(shù)，分別按照式(1)和式(2)計(jì)算內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的剪力測(cè)量值和標(biāo)定值，計(jì)算誤差。

4)軸力剪力和彎矩的標(biāo)定

將拉力傳感器9調(diào)置任意位置并記錄α，采用等量逐級(jí)加載法加載，分別記錄拉力傳感器9讀數(shù)和電阻應(yīng)變儀讀數(shù)，分別按照式(1)和式(2)計(jì)算內(nèi)力測(cè)量及其標(biāo)定裝置的剪力、軸力和彎矩的測(cè)量值和標(biāo)定值，計(jì)算誤差。

上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本實(shí)用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。