[發明專利]一種可驗證溫度應力理論的框架教學模型

有效

• 申請號: 201810598967.2
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108766138B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 鄭雅蓮;李嘉明;李禹;來家玉;阮善發;強晟
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 成立珍

本發明公開了一種可驗證溫度應力理論的平面框架教學實驗模型，包括平面框架結構、實心圓柱加熱棒、溫度變形驗證裝置和溫度應變測量裝置，實心圓柱加熱棒置于平面框架結構的空心圓柱桿件內；所述溫度變形驗證裝置置于平面框架結構上部；溫度應變測量裝置為分布于平面框架結構表面的多點粘貼式電阻應變片、振弦式應變計及多通道電阻式動態應變采集儀與JM3850A無線振弦多通道自動采集系統。本發明可用于材料力學課程教學中對比測量溫度變形、驗證溫度應力理論，讓學生在不同溫度參數下進行實驗；框架結構制作簡單，適合高校開展相關教學實驗及進一步設計拓展。

技術領域

本發明屬于土木工程專業材料力學實驗教學領域，涉及一種平面框架教學實驗模型，可用于材料力學課程教學中對比測量溫度變形、驗證溫度應力理論的力學模型。

背景技術

材料力學是高等院校土木工程專業必修的學科，本平面框架是驗證溫度應力理論重要教學模型。在材料力學課程中，溫度應力理論有如下內容：當線彈性體的溫度變化時，其體積將趨于膨脹和收縮，若無變形協調要求，其可發生自由變形；若外部的約束或內部的變形協調要求而使膨脹或收縮不能自由發生時，結構中就會出現附加的應力，這種因溫度變化而引起的應力稱為熱應力或溫度應力。而此模型涉及的兩類問題：靜定結構溫度變形計算、超靜定結構溫度應力計算也均為材料力學溫度應力理論經典教學的典型例題。

在靜定結構中，當溫度均勻變化時，由于構件可自由變形，因而不會引起構件的內力，故不會在截面上體現出應力。在靜定結構溫度變形計算時，假設溫度沿桿件長度均勻分布，當靜定桿件發生溫度發生變化時，桿件可自由變形，但不產生內力，設線脹系數為ɑ，則由溫度變化引起變形為：△Lt＝ɑ×△t×L＝ε×L。

在超靜定結構中，當溫度變化時，便會引起內力，內力的存在必在截面上體現應力，這種應力即為溫度應力。因此，需進行超靜定結構溫度應力計算，超靜定結構在計算上不同于靜定結構，超靜定結構的內力不能單獨從靜力平衡條件求出，必須同時考慮變形協調條件。當超靜定桿件受到兩端固定端約束時，考慮約束為理想約束，則運用平衡條件有：△Lt＝△LFn。

目前高等院校材料力學關于溫度應力部分的教學方法主要是理論教學，由于缺乏相關的實驗驗證，難免會導致部分同學對相關理論的理解不夠深入，甚至對相關理論產生懷疑。由于這種情況普遍存在，因此在材料力學課程的日常教學中引入更多的實驗教學不僅是同學課程學習所需，也是力學課程教學發展的必然趨勢。

在本發明的框架教學實驗模型中運用實心圓柱加熱棒實現對桿件溫度的加載與卸載，結合布置有加勁肋的組合框架實現對桿件的約束，進而得出靜定桿件與超靜定桿件對比驗證溫度應力理論的方法，可用于材料力學課程教學中對比測量溫度變形、驗證溫度應力理論；同時，發明中應變計與應變片兩種測量溫度應變方法的同步應用對應變計及應變片所測溫度應變有相互校核作用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種可對比驗證溫度應力理論的平面框架教學實驗模型，使其能用于材料力學課程教學中對比測量溫度變形、驗證溫度應力理論。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現：

一種可驗證溫度應力理論的框架教學模型，包括平面框架結構、實心圓柱加熱棒、溫度變形驗證裝置和溫度應變測量裝置，所述實心圓柱加熱棒置于平面框架結構的空心圓柱桿件內；所述溫度變形驗證裝置置于平面框架結構上部；溫度應變測量裝置為分布于平面框架結構表面的多點粘貼式電阻應變片、振弦式應變計及多通道電阻式動態應變采集儀與JMA3850A無線振弦多通道自動采集系統右側固定件；

所述空心圓柱桿件包括靜定桿件和超靜定桿件。

進一步改進，所述平面框架結構為焊接鋼梁式組合框架；框架包括豎向約束梁中的左側固定件、右側固定件、水平約束梁，及連接在所述左側固定件與右側固定件之間的兩個靜定桿件、一個超靜定桿件；超靜定桿件位于兩個靜定桿件之間。