[發明專利]一種超靜定結構溫度場與應力場耦合作用機制實驗裝置

有效

• 申請號: 201310396320.9
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103489351A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 曹茂森;葉志才;王山山
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10;G01M99/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及結構力學課程實驗裝置，特別涉及超靜定結構溫度場與應力場耦合作用機制實驗裝置，屬于科學教學實驗儀器設備的技術領域。

背景技術

結構在運營過程中，會受到溫度變化的作用及荷載的作用。溫度和荷載的作用都會使結構發生裂縫等損傷情況。大量的工程實踐和理論研究都表明,結構內溫度場與應力場之間在一定程度上存在耦合作用。當溫度場發生變化時,與溫度有關的材料特性如導熱系數、比熱、導溫系數等熱物理參數也要發生變化。當應力場發生變化時,與固體變形有關的熱特性要發生變化,同時還存在固體內部耗散、力學能量轉換等。事實上,溫度場對應力場的影響還體現在溫度的變化將導致孔隙流體壓力較大的變化,而孔隙流體壓力的變化將引起力學應力應變,使應力場發生改變。因此溫度場與應力場耦合作用使結構更容易發生破壞，同時其作用機制更加復雜。且現有技術無法通過裝置直觀觀察出溫度應力與荷載應力共同作用下結構耦合應力的變化情況，未能直接得到溫度場與應力場耦合作用的機制，且操作復雜。為更好地保持結構的安全性，需對溫度場與應力場耦合作用機制做更深入地研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種超靜定結構受到溫度應力與荷載應力共同作用時能夠測量結構耦合應力變化的實驗裝置，針對超靜定結構，測量由于溫度場與應力場共同變化時引起的結構應力，可為深入認識超靜定結構的特點和溫度場與應力場耦合作用機制提供依據。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種超靜定結構溫度場與應力場耦合作用機制實驗裝置，包括：超靜定結構，用于構成結構接受加熱與荷載；加溫與測溫系統，用于對所述超靜定結構進行加溫和測量所述超靜定結構的溫度變化量；加載與荷載測量系統，用于對所述超靜定結構施加荷載和測量所述超靜定結構的荷載變化；數據采集與顯示系統，用于采集溫度與荷載共同作用情況下應力的變化情況，并進行分析處理得到超結構的耦合作用應力。

作為本發明的一種優選技術方案：所述超靜定結構包括框架和結構體，其中所述框架包括上下架體，以及位于上下架體之間且與上下架體的垂直的直桿；所述加溫與測溫系統包括溫度計和電阻絲，所述加載與荷載測量系統包括加載手輪、力傳感器和力顯示器，所述數據采集與顯示系統包括電阻應變片與數據采集與分析儀；其中所述結構體固定連接在框架的上下架體之間且與所述直桿平行形成超靜定結構；所述電阻應變片連接在所述結構體的一側；所述電阻絲連接在所述結構體的另一側；所述溫度計與所述結構體連接用于測量溫度變化量；所述加載手輪穿過直桿與所述結構體的另一側連接；所述力傳感器連接在所述加載手輪上，所述力顯示器與力傳感器連接用于顯示施加的荷載量；所述數據采集與分析儀與電阻應變片連接用于放大和分析處理。

作為本發明的一種優選技術方案：所述電阻應變片的數量至少為一個。

作為本發明的一種優選技術方案：所述溫度計為非接觸式溫度計。

本發明采用上述技術方案，能產生如下技術效果：

本發明由加溫與測溫系統對超靜定結構加溫，使其產生溫度的變化，從而引起超靜定結構不同部位應力的不同變化。由溫度計測量超靜定結構的溫度變化量，由應變力傳感器記錄超結構的應力變化值。由加載與荷載測量系統對超靜定結構施加荷載，超靜定結構的荷載變化由力傳感器和力顯示器測量，由于加載而產生的超靜定結構的應變由應變片感知。數據采集與分析儀對傳感器記錄的信號進行放大、處理，并給出超靜定結構的荷載應力。實驗裝置還可實現測試溫度與荷載共同作用情況下應力的變化情況，從而可得到溫度場與應力場耦合作用的機制。本發明操作簡單，維修方便，并將傳統的測試方法和現代測試技術定量化的特點相結合，可定量地給出超結構當溫度和荷載變化時引起的應力變化值，給出溫度場與應力場耦合作用的機制。實驗裝置可為深入認識超靜定結構的特點及為超靜定結構多場耦合應力數值仿真提供依據。進一步可為采取合理有效的措施控制結構裂縫、提高結構耐久性和安全性提供科學依據。

附圖說明

圖1為本發明超靜定結構溫度場與應力場耦合作用機制實驗裝置的剖視圖。

其中：1-框架；2-溫度計；3-加載手輪；4-力傳感器；5-力顯示器；6-電阻絲；7-結構體；8-電阻應變片；9-數據采集與分析儀，10-直桿。

圖2為超靜定結構在確定溫度與不同荷載耦合作用下產生的應力圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明的實施方式進行描述。