一种测量杆件多种内力的多功能教学装置

1.本实用新型涉及一种电测法测量杆件内力的教学装置，尤其涉及一种测量杆件多种内力的多功能教学装置。


背景技术：

2.工科的学生学习材料力学、工程力学理论后，从理论上对杆件内力的计算有了比较清楚的了解，即杆件承受外力后，运用截面法求得内力。然而在实际工程中，外力是变化的、不确定的，如何通过实验方法测量杆件的各内力分量是个值得探讨的问题。
3.现有技术中，有薄壁筒的弯扭组合实验，该装置是测量弯矩和扭矩。然而杆件的内力分量不仅有弯矩、扭矩，还会涉及到剪力和轴力。
4.有鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供了一种测量杆件多种内力的多功能教学装置，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
6.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
7.本实用新型的测量杆件多种内力的多功能教学装置，包括空心圆轴杆件1，所述空心圆轴杆件1的一端有孔和连接板6，另一端通过螺钉2固定在立柱9上，所述立柱9固定在底座8上；
8.所述空心圆轴杆件1的一端设有以下a、b任一项或两项组装方案：
9.a、测量弯矩和扭矩的组装：
10.孔里插入一矩形截面杆件3，并通过螺钉2固定，所述矩形截面杆件3的另一端装有弹簧秤12和装载砝码5的挂钩4；
11.b、测量弯矩、剪力、扭矩和轴力的组装：
12.在a的基础上，再通过连接板6与斜杆10相连，所述斜杆10的另一端通过螺钉与立柱 9相连；
13.在所述空心圆轴杆件1、矩形截面杆件3及斜杆10上贴有电阻应变片11，电阻应变片11通过导线与静态应变仪7相连。
14.与现有技术相比，本实用新型所提供的测量杆件多种内力的多功能教学装置，通过简单的加载装置，可自由组合搭接3种结构，连接不同电测桥路，测量杆件内各个内力分量，可用于学生的创新实验中。
附图说明
15.图1为本实用新型实施例提供的测量杆件多种内力的多功能教学装置整体组装示意图；
16.图2为本实用新型实施例测量弯矩和扭矩的组装图；
17.图3为本实用新型实施例测量弯矩和轴力的组装图；
18.图4a、图4b、图4c分别为本实用新型实施例电阻应变片传感器粘贴的ⅰ截面、iii截面、iv截面示意图。
19.图中：
20.1——空心圆轴杆件；2——螺钉；3——矩形截面杆件；4——挂钩；5——砝码；6 ——连接板；7——静态应变仪；8——底座；9——立柱；10——斜杆；11——电阻应变片；12——弹簧秤。
具体实施方式
21.下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本实用新型的限制。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
22.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
23.术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，x和/或y表示既包括“x”或“y”的情况也包括“x和y”的三种情况。
24.术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
25.术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
26.除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
27.术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。
28.本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本实用新型实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本实用新型实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获
得的常规产品。
29.本实用新型的测量杆件多种内力的多功能教学装置，包括空心圆轴杆件1，所述空心圆轴杆件1的一端有孔和连接板6，另一端通过螺钉2固定在立柱9上，所述立柱9固定在底座8上；
30.所述空心圆轴杆件1的一端设有以下a、b任一项或两项组装方案：
31.a、测量弯矩和扭矩的组装：
32.孔里插入一矩形截面杆件3，并通过螺钉2固定，所述矩形截面杆件3的另一端装有弹簧秤12和装载砝码5的挂钩4；
33.b、测量弯矩和轴力的组装：
34.通过连接板6与斜杆10相连，所述斜杆10的另一端通过螺钉与立柱9相连；
35.在所述空心圆轴杆件1、矩形截面杆件3及斜杆10上贴有电阻应变片11，电阻应变片 11通过导线与静态应变仪7相连。
36.所述电阻应变片11搭建成以下任一项或多项测量桥路：
37.剪力测量全桥、扭矩测量全桥、弯矩测量全桥、轴力测量全桥。
38.通过本多功能教学装置，学生可搭建不同的电桥，测量杆件的弯矩、扭矩、剪力和轴力等内力分量，将理论知识运用到实践中，便于以后在工程实践中设计不同的力学传感器。克服了弯扭组合实验装置中只能测量弯矩和扭矩的限制，采用本实用新型教学装置，可以用于测量杆件内的轴力、剪力、弯矩和扭矩等多种内力，便于学生在此装置上进行创新实验。
39.为了更加清晰地展现出本实用新型所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本实用新型实施例进行详细描述。
40.实施例1
41.如图1至图4c所示：
42.本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：
43.如图1所示，空心圆轴杆件1的一端有孔，孔里可以插入一矩形截面杆件3，并通过螺钉2固定在空心圆轴1上，在杆3的另一端装有安装砝码的挂钩4，通过挂钩4下面的砝码5 施加竖向载荷，通过弹簧秤12可以施加横向载荷；空心圆轴杆件1的另一端通过两对螺钉螺母固定在立柱9上，形成插入端约束，另一端除了和杆3相连外，通过连接板6和斜杆10 相连。斜杆10的另一端通过螺钉与立柱9相连，立柱9固定在底座8上。在空心圆轴杆件 1、矩形杆件3及斜杆10上贴有电阻应变片11，电阻应变片11通过导线和静态应变仪7相连。
44.按图1安装时，通过搭接合适的桥路，可以测量空心圆杆1内的轴力、扭矩、弯矩和剪力，同时可以测量杆3上面某横截面上应力的分布，根据测量的应力获得矩形杆3上该横截面上的内力弯矩和剪力。通过斜杆10上的应变片，可以测量杆9的轴力。
45.按图2安装时，即在图1的基础上拆掉斜杆9，就可以用于薄壁圆筒的弯扭组合实验，测量空心圆杆1的弯矩和扭矩。
46.按图3安装时，即在图1的基础上拆掉矩形杆3，在空心圆轴1的一端加挂钩和砝码，可以用于测量压弯组合变形实验，测量弯矩、剪力和轴力。
47.如图1所示，本实用新型提供了测量杆件多种内力的多功能教学装置。空心圆轴1和杆3垂直，空心圆轴1和杆3构成的平面位于水平面，在杆3的一端加砝码，可以施加竖直方
向的力，通过弹簧秤可以施加横向的力，注意弹簧秤的拉力方向要沿杆3的轴线方向。此时对于轴而言，受到了两个方向的剪力q
y qz、两个方向的弯矩m
y mz、扭矩m
x
以及斜杆10给予的轴向力fn。
48.在ⅰ截面及ⅱ截面沿圆周方向均匀分布四个三向应变片传感器abcd，其直角应变片与母线成45度夹角，ⅰ截面的应变片示意如图4a所示，ⅱ截面的应变片示意与ⅰ相同所示。所述电阻应变片11搭建多项测量桥路，进行剪力、扭矩、弯矩、轴力的测量。
49.如图2所示装置，通过砝码施加竖向载荷，可以将该结构退化为弯扭组合装置，实现传统的弯扭组合实验。
50.如图3所示装置，可以测量空心圆轴1的弯矩和轴力。第ⅳ截面沿着斜支撑杆10的轴向方向贴单向应变片，采用1/4桥，可以获得斜支撑杆的轴力。
51.有益效果：
52.本实用新型提供了一种新型加载及测量各种内力的教学装置，能够实现圆轴内产生双向弯矩、双向剪力、轴力及扭矩；能对这些内力进行测量，学生在这个装置上搭建不同的桥路，测量不同的内力，实现对课本教学知识的具体应用。
53.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。