[發明專利]用于結構力學幾何組成分析的六邊形教具及分析方法

在審

• 申請號: 201810341619.7
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108320634A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 陳廷國;王祖能;段迪;王夢曦;陳璨;謝鵬;勾國勇;任珵嬌
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 劉斌

用于結構力學幾何組成分析的六邊形教具及分析方法，屬于土木工程領域，為解決結構力學幾何組成分析教學內容的直觀性問題，要點是由五根邊薄鋼片和展示底座圍接而成六邊形，六邊形內部通過連線薄鋼片維持體系穩定，相鄰邊薄鋼片間以端部鉸接于六邊形頂點，連線薄鋼片的一個端部與六邊形一頂點鉸接，該連線薄鋼片另一個端部與該頂點的正相對頂點鉸接，兩個單獨端部與底部展示座鉸接，效果是使得結構力學幾何組成分析教學內容更直觀性。

技術領域

本發明屬于土木工程領域，涉及一種結構力學實驗教學的教具。

背景技術

結構力學是高等院校土木工程專業的必修學科，理論教學一直以來是高等院校結構力學的主要教學方法，但隨著高等教育對實驗教學的重視，開展結構力學實驗也成為一種勢在必行的趨勢。

結構力學以桿件結構為主要研究對象，桿件結構是由眾多桿件組成的，幾何組成分析作為結構力學課程的開篇章節，從幾何構造的角度討論桿件結構的合理組成規律。

幾何組成分析中，桿件體系可分為兩類：幾何可變體系、幾何不變體系；其中，幾何可變體系又可以分為幾何常變體系和幾何瞬變體系。但學生僅僅通過書本上的學習，難以體會不同體系在荷載作用下的受力特性及位移特性，而由于現階段實驗室條件，不可能滿足所有學生的實驗要求。

在平面體系的幾何組成分析中，最基本的規律是鉸接兩剛片規則和三剛片規則。三剛片規則中表明，三個剛片用三個鉸兩兩相連，且三個鉸不在一條直線上，則組成幾何不變的整體，且沒有多余約束；對于三個鉸共線則為瞬變體系。射影幾何中關于無窮遠點和無窮遠線的結論中認為，各個無窮遠點都在同一直線上，此直線為無窮遠線。本發明針對三剛片規則中較難理解的六邊形體系，提供了一種用于結構力學幾何組成分析教學的六邊形教具，可通過手動施加任意荷載，以目測的方法看出結構的位移量變化，以桿件的失穩變形量作為衡量桿件受力的指標，實現了直觀分析上述體系的幾何組成，并拓展為普通六邊形體系的幾何組成分析，為結構力學幾何組成分析教學的順利進行奠定了基礎。

發明內容

為解決結構力學幾何組成分析教學內容的直觀性問題，對三剛片規則中較難理解的六邊形體系以實現直觀分析，本發明提供一種用于結構力學幾何組成分析教學的六邊形教具。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：一種用于結構力學幾何組成分析的六邊形教具，由五根邊薄鋼片和展示底座圍接而成六邊形，六邊形內部通過連線薄鋼片維持體系穩定。六邊形的頂點以邊薄鋼片的端部鉸接構成，邊薄鋼片的端部分為兩種，其一是兩個相鄰邊薄鋼片鉸接形成的端部，其二是與展示支座鉸接的單獨端部，該端部沒有相鄰的邊薄鋼片與其鉸接。由邊薄鋼片圍接而成的六邊形各頂點中，任一頂點與該頂點的正相對頂點間以連線薄鋼片連接，且連線薄鋼片的一個端部與一頂點鉸接，該連線薄鋼片另一個端部與該頂點的正相對頂點鉸接，兩個單獨端部與展示底座鉸接，也就是說6個頂點中，4個頂點是相鄰兩個邊薄鋼片間鉸接而形成，剩余2個頂點，由于無相鄰的邊薄鋼片鉸接而形成頂點，因而是單獨端部，該單獨端部與展示支座鉸接而形成頂點。

作為技術方案的補充，以端部鉸接的邊薄鋼片之間的鉸接結構為：于邊薄鋼片端部制作圓孔，并由結點軸與圓孔配合形成鉸接。

作為技術方案的補充，頂點與連線薄鋼片之間的鉸接結構為：于邊薄鋼片端部、連線薄鋼片端部均制作圓孔，并由結點軸與圓孔配合形成鉸接。

作為技術方案的補充，所述的結點軸包括結點軸中間盤、結點軸一層螺母、結點軸二層螺母，結點軸一層螺母與結點軸二層螺母均主要由中心螺紋釘與具有螺紋孔的鋁合金本體組成，結點軸中間盤主要由具有螺紋孔的鋁合金本體組成，由結點軸二層螺母的中心螺紋釘穿過邊薄鋼片并擰入結點軸一層螺母的螺紋孔，結點軸一層螺母的中心螺紋釘穿過連線薄鋼片擰入結點軸中間盤的螺紋孔。