[發明專利]一種靜力學綜合實驗平臺及實驗方法

有效

• 申請號: 201810921613.7
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN108806422B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 張亞紅;劉書靜;武彤暉;劉睫;黃鶯
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種靜力學綜合實驗平臺及實驗方法，該實驗平臺包括帶滑槽的臺架，安裝在臺架前后兩端的平面框架結構以及平面三鉸拱結構，安裝在臺架中部位置可調的加載立柱，設置在加載立柱上方位可調且能夠上下移動的水平桿，設置在水平桿端部的滑輪；平面框架結構與臺架之間的連接可采用兩端固定鉸接的方式或者采用一端固定鉸接另一端可動鉸接的方式，平面框架結構與平面三鉸拱結構桿件材料可采用不同與彈性模量的材料，平面框架結構及平面三鉸拱結構在實驗過程中采用不同的加載位置，對比力的可傳性在不同結構上對約束力及內力的影響，位置高度以及方位均可調節的加載裝置除了可以方便的對平面框架和三鉸拱加載，還能夠獨立完成摩擦系數的測定實驗。

技術領域

本發明涉及力學實驗領域，特別涉及一種靜力學綜合實驗平臺及實驗方法。

背景技術

現有的基礎力學實驗平臺，大部分是針對材料力學課程中的知識點，理論力學課程中相關知識點的實驗平臺有限，實驗項目陳舊。缺乏綜合性實驗平臺支撐學生將理論力學和材料力學課程中的知識點結合起來，開展綜合性實驗，進一步認識力學模型及相關原理的適用性。

發明內容

為了克服上述問題，本發明的目的在于提出一種靜力學綜合實驗平臺及實驗方法，實現平面靜定、超靜定結構約束力、內力測量以及摩擦系數測量。實驗包含不同彈性模量的桿件構成的靜定、超靜定多種力學模型、分不同點加載，對比力的可傳性對于靜定、超靜定結構約束力以及內力的影響，深入理解力的可傳性的應用條件及其影響規律，加載裝置可獨立開展摩擦系數測量，驗證歐拉摩擦公式。該綜合實驗對于加強學生綜合實踐能力培養，激發學生深入理解力的可傳性性質、靜定超靜定模型差異、靜滑動摩擦等具有積極重要的意義。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種靜力學綜合實驗平臺，包括帶滑槽的臺架1，臺架1前后兩端分別安裝有平面三鉸拱結構2和平面框架結構3，臺架1的中部安裝有位置可調的加載立柱4，加載立柱4上設置有方位可調且能夠在加載立柱4上上下移動的水平桿5，水平桿5端部設置有滑輪6；所述平面三鉸拱結構2和平面框架結構3均有兩個加載點，優選兩個加載點均在平面三鉸拱結構2和平面框架結構3的豎直桿上，且必須位于同一水平線上；平面三鉸拱結構2和平面框架結構3還設置有與應變測試儀連接的測量在兩個加載點上加載時桿件應變的應變片。

所述平面框架結構3和平面三鉸拱結構2的桿件能夠更換為截面形狀及尺寸相同材料彈性模量不同的桿件。

所述滑輪6在平面框架和三鉸拱加載實驗中采用動滑輪，在摩擦實驗中采用靜滑輪。

所述平面框架結構3與臺架1的連接方式采用兩端固定鉸接形成超靜定結構，或者一端固定鉸接另一端可動鉸接形成靜定結構，兩種連接方式下結構形狀和尺寸完全相同。

所述平面三鉸拱結構2為由兩個直角桿通過鉸鏈11鉸接而成的靜定三鉸拱。

所述的靜力學綜合實驗平臺的實驗方法，

將平面框架結構3兩端通過固定鉸支座連接在臺架1上形成超靜定結構，調節滑輪6的方位，使滑輪半徑所在平面與平面框架結構3共面，柔索一端系在平面框架結構3的加載點上，另一端跨過滑輪6懸掛砝碼，分別在平面框架結構3的豎直桿上兩個加載點上沿水平方向加載，通過應變片測量不同加載位置時桿件的應變，應變片的信號接入放置在實驗裝置旁邊的應變測試儀，按照惠斯通電橋輸出特性和內力測試原理接線，測試桿件的軸力和彎矩，測試結果反映了力在超靜定結構中沿其作用線平移對約束力和內力產生的影響；將平面框架結構3一端的固定鉸支座更換成可動鉸支座，平面框架結構3成為靜定結構，分別在兩個加載點水平加載，測量應變，計算約束力和內力；測量結果反映力在靜定結構上沿作用線平移對約束力和內力的影響。