[發明專利]測定一端固定一端自由壓桿臨界力的雙桿對稱加載方法

無效

• 申請號: 200710070788.3
• 申請日: 2007-08-14
• 公開（公告）號: CN101118204A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 魯陽;張秋華;趙樹山
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及測定壓桿臨界力的實驗方法，尤其是通過雙桿對稱加載測定一端固定一端自由壓桿臨界力的實驗方法，屬工程力學測試技術領域。

背景技術

受壓桿件的穩定性(壓桿穩定)是決定機械、建筑等工程結構安全性的基本因素之一，也是工程力學研究的基本問題之一，而實驗是分析、解決壓桿穩定問題一個基本方法。壓桿穩定實驗方法可以分為靜態和動態兩種。靜態方法是對壓桿施加軸向壓力，測定壓力與壓桿撓曲變形的關系曲線，并由此曲線確定壓桿的臨界力。靜態方法對各種支座形式的壓桿都適用，但是只能對桿件施加壓力。動態方法又稱為振動法或頻率法(《工程力學實驗》，范欽珊等編著，高等教育出版社，2006年5月)。其基本實驗過程是對壓桿施加軸向壓力或拉力，并測定壓桿在若干級載荷下的振動頻率，然后由力與頻率平方的擬合曲線確定壓桿的臨界力。振動法既可以對壓桿件對施加壓力，又可以對壓桿件對施加拉力，而且測得的臨界力往往比靜態方法測得的結果更接近于理論值。但是，對于一端固定、一端自由的壓桿，振動法卻難以應用。因為現有實驗技術采用的壓力加載方式是加載壓頭與壓桿的自由端滑動接觸，以保證對壓桿施加軸向壓力時，自由端能夠作橫向位移，然而加載壓頭與壓桿自由端的滑動接觸特性使得壓桿無法產生振動法所要求的橫向自由振動。如果采用拉力加載方式，則必然會使自由端的橫向位移受到加載連接部件的作用，這樣自由端的約束性質就完全改變了，壓桿不再是一端固定、一端自由的壓桿，振動法自然也就不能應用。

發明內容

本發明的目的，是為測定壓桿臨界力提供一種雙桿對稱加載實驗方法，以使振動法能夠有效地用于測定一端固定一端自由壓桿的臨界力。

本發明的測定一端固定一端自由壓桿臨界力的雙桿對稱加載方法，其特征是采用兩根材質、截面和長度相同的壓桿，并使兩根壓桿處在共軸位置上，將第一根壓桿的一端固定在框架一側的支座上，第二根壓桿的一端安裝在框架相對一側支座的滑動導軌中，使之能夠沿壓桿軸線方向移動，第一根壓桿的另一端和第二根壓桿的另一端分別為自由端，將兩根壓桿的自由端用鉸鏈結構聯接，通過第二根壓桿對兩根壓桿施加軸向載荷，采用動態試驗法或靜態試驗法測定壓桿的臨界力。

上述的動態試驗法是通過第二根壓桿上端對兩根壓桿分級施加軸向壓力或拉力F，在各級壓力或拉力下，對壓桿作用一適當大小的橫向瞬態力，使二根壓桿產生同步橫向振動，并用振動位移測量系統或動應變測量系統測定壓桿在各級壓力或拉力下的振動頻率ω，然后用頻率法確定壓桿的臨界力F_cr。

上述的靜態試驗法是靜態試驗法是通過第二根壓桿上端對兩根壓桿逐級施加軸向壓力F，利用測量壓力F與壓桿撓度或彎曲應變關系曲線的方法確定壓桿的臨界力F_cr。

本發明的測量原理是：因為兩根壓桿的幾何形狀、尺寸及材質完全相同，所以二者具有相同的諧振頻率；當通過上桿對兩根壓桿施加軸向載荷(壓力或拉力)時，兩根壓桿的自由端由于剛球或鉸鏈的約束作用，不能相互分離，但能夠且只能夠發生完全相同的橫向位移；又因為壓桿系統的結構和受力都是對稱的，所以自由端的這種同步橫向位移等效于單根桿受到軸向載荷時發生的橫向自由位移；如果在軸向受力狀態下對壓桿另外作用一個瞬態橫向干擾力，則兩根壓桿必然產生協調一致的橫向自由振動；測定壓桿系統在若干不同軸向載荷作用下的振動頻率ω，就可以根據振動法測定壓桿臨界力的理論，用最小二乘法作出載荷F與頻率平方ω²的擬合曲線，并由擬合曲線確定壓桿的臨界力F_cr(《工程力學實驗》，范欽珊等編著，高等教育出版社，2006年5月)。

本發明的有益效果在于：

與現有的壓桿穩定性實驗技術相比，本發明的主要特點是：1、通過雙桿對稱加載，使兩根一端固定、另一端自由的壓桿在同時承受軸向載荷的狀態下，其中每一根壓桿不僅能夠發生與單根壓桿條件下等效的橫向自由位移，而且能夠產生與單根壓桿條件下等效的橫向自由振動，從而為運用振動法測定一端固定另一端自由壓桿的臨界力創造了充分條件。2、將振動法用于雙桿對稱加載結構進行一端固定另一端自由壓桿的穩定性實驗，對壓桿施加的軸向載荷既可以是拉力，也可以是壓力。因此，本發明使振動法能夠有效地應用于一端固定另一端自由壓桿的穩定性實驗。

附圖說明

圖1是用雙桿對稱加載法測定壓桿臨界力的基本實驗裝置的結構示意圖，其中圖a表示兩根壓桿的自由端以第一種聯接形式構成光滑鉸接，圖b表示兩根壓桿的自由端以第二種聯接形式構成光滑鉸接；

圖2是雙桿對稱加載方法使兩根壓桿產生同步橫向自由振動的示意圖。

具體實施方式