[實用新型]框架結構應力分析模型

有效

• 申請號: 201220435294.7
• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN202771691U
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 李治淼;齊林宇;馮戈;鄒鴻;孫永強
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 張海霞

技術領域

本實用新型涉及工程力學中對框架結構進行應力分析的模型。

背景技術

近年來，由于框架結構、桁架結構具有獨特的充分利用材料的強度、減輕結構自重和增大剛度的優點以及相貫節點的研究日益成熟，因而被大量的運用到工程實踐中，適用于較大跨度的承重結構和高聳結構，如井架、屋蓋、橋梁等。因此，近年的大學生結構創新設計競賽的賽題也多以框架結構、桁架結構為主，學生運用理論力學、材料力學、結構力學的知識進行結構的設計、制作、試驗，從而獲得輕質高強的作品；然而在結構設計過程中，由于制作材料多以紙張、桐木或竹皮為主，因材料自身特性，學生在加載過程中不易進行電測試驗，因而不能得到實際的力學數據，且結構模型容易破壞，一旦加載失敗或對結構部分構件進行優化設計，只能重新制作，限于手工工藝，模型的制作周期較長，因此學生需要耗費大量時間進行制作、試驗，從而通過結構的試驗品性進行結構設計優化。

結構設計競賽主要考察學生的力學分析能力與創新設計能力，力學實驗分析主要任務是根據力學原理研究在外力和其他外界因素作用下結構的內力和變形，結構的強度、剛度、穩定性，以及結構的組成規律。目前力學分析主要研究對象為梁、柱等桿件結構，桿件結構由桿件、結點、支座等組成。理論分析時，桿件簡化為有一定剛度的軸線，可承受彎矩、軸力、剪力；結點和支座簡化成只有功能而無尺寸的連接點，根據功能的不同，結點分為鉸結點、剛結點；框結構架、桁架組合結構都是桿件結構的典型形式，然而在桿件結構設計中，現有的理論分析以及計算機輔助計算結果并不能完全反應結構實際的應力狀態，理想的結點是只有功能而沒有尺寸的結構單元，桿件的長度是節點間的距離，而實際結點是有一定尺寸的實體，導致桿件在理論長度內非等剛度；實際工程中由于摩擦力等原因的存在使得鉸結點不僅能承受一定彎矩，而且往往隨著軸力的增大其可承受的彎矩也隨之增大。基于以上原因，學生在結構設計時單純的理論計算分析數值模擬，和模型制作后進行簡單加載實驗，并不能進行科學系統地了解結構的應力分析數據。

發明內容

本實用新型針對目前對框架結構進行結構設計、應力分析等缺乏實驗模型的不足，提供一種成本低、可拆卸，可進行各種工程結構模擬的框架結構應力分析模型。

?為實現上述發明目的，本申請的框架結構應力分析模型，包括若干桿件及若干節點連接件，所述桿件的橫截面為圓形、方形、工字形或T形，在桿件的特征部位粘貼有電阻應變片；所述節點連接件，或由相交于一點且相互垂直的實心柱體組成，或是以上述結構的節點連接件為基體，在其中任意兩實心柱體所在平面上，另設從同一交點出發的斜柱體，該斜柱體與兩實心柱體間夾角均為45°，其中的實心柱體或斜柱體采用圓柱或方柱，柱體的末端卡口為圓形、方形、T型或工字型；上述節點連接件與桿件端部均設有螺栓孔，其中桿件上的螺栓孔為通孔，連接件上的螺栓孔設有絲扣，桿件與連接件采用插接輔以螺栓定位的方式，實現連接件與桿件之間的固結或鉸接。?

本實用新型的有益效果：

1、可供學生模擬多種工程結構并對其進行力學實驗分析和結構創新設計，能夠實現力學模型的建立與加載試驗，輔以電測技術進行實時動態監測、能夠直觀展現結構失穩的動態過程，為相關人員進行自主設計、綜合研究實驗提供一個基礎實驗模型；

2、可為大學生結構設計競賽提供訓練工具，學生可預先利用大型有限元軟件ANSYS進行結構預分析和數值模擬，然后通過組合模型進行實驗驗證，便于學生系統地了解框架結構，并搭配各種框架結構進行測試、優化設計，以提高學生的工程實踐能力，激發學生的創造力和想象力；

3、該模型可將多種材料力學實驗集中于本裝置，使用時稍加變動，即可進行教學大綱規定內容的多項實驗，在保留了原有的基礎實驗上增加了由多根桿件插接的平面桁架結構、空間桁架結構，以及縱向壓桿和多種截面梁組合的框架結構，為基礎力學創新實驗提供實驗裝置。

附圖說明

圖1是截面為T型的桿件的結構示意圖。

圖2是截面為圓形的桿件的結構示意圖。

圖3是截面為方形的桿件的結構示意圖。

圖4是截面為工字型的桿件的結構示意圖。

圖5是一種節點連接件的結構示意圖。

圖6是另一種節點連接件的結構示意圖。

圖7是桿件與連接件的連接狀態示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本申請作進一步的說明：