[發明專利]懸臂梁受沖擊荷載作用時求解動荷因數的實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201910104518.2
• 申請日: 2019-02-01
• 公開（公告）號: CN109870373A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 藺海曉;馮鑫;潘求余;藺鈺珂;王欽亭;張勃陽;曹正正;楊大方;岳高偉
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N3/303
• 分類號: G01N3/303;G01N3/04;G01N3/06;G09B23/10
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

懸臂梁受沖擊荷載作用時求解動荷因數的實驗裝置及方法，包括懸臂梁、吊鉤、應變片、左實驗臺和右實驗臺，右實驗臺上垂直設置有刻度尺和支撐桿，吊鉤上設置在懸臂梁底部，應變片設置在懸臂梁頂部，吊鉤上通過吊繩掛接有鉛球，吊繩在鉛球自重的牽拉下，吊繩與刻度尺前后對應且平行，支撐桿下部設置有用于夾持鉛球的第一夾持器，支撐桿上部設置有用于夾持懸臂梁右端使懸臂梁靜止的第二夾持器。本發明集實驗模型、夾持裝置、測量設備于一體，較好的滿足關于構件受沖擊荷載作用時的動應力計算簡化算法的假設，實驗方便、測試數值精確度高，可重復利用；本發明實現教學內容的實驗化，使學生更容易接受枯燥的力學課堂聽課。

技術領域

本發明屬于材料力學教學技術領域，具體涉及一種懸臂梁受沖擊荷載作用時求解動荷因數的實驗裝置及方法。

背景技術

要精確地分析被沖擊物的沖擊應力和變形，應考慮彈性體內應力波的傳播，其計算較為復雜。在工程中，通常采用一種較為粗略但偏于安全的簡化計算方法，作為被沖擊物內沖擊應力的估算，求解動荷因數，精確度較低。另外，關于這方面的教學主要是理論教學，關于實驗測試懸臂梁受沖擊荷載作用時求解動荷因數則比較少，理論不能與實踐結合，在課堂授課時就難以讓學生更好地直觀理解消化相關知識內容。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種原理科學、結構簡單、便于操作、安全可靠、測試數值精度高的懸臂梁受沖擊荷載作用時求解動荷因數的實驗裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：懸臂梁受沖擊荷載作用時求解動荷因數的實驗裝置，包括懸臂梁、吊鉤、應變片、左實驗臺和位于左實驗臺右側的右實驗臺，懸臂梁左端固定設置在左實驗臺上，懸臂梁水平設置，懸臂梁右側部位于右實驗臺上方，右實驗臺上垂直設置有位于懸臂梁后側的刻度尺和位于懸臂梁右端部右側的支撐桿，吊鉤上端固定連接在懸臂梁底部并與刻度尺前后對應，應變片設置在吊鉤與懸臂梁固定點的正上方的懸臂梁頂部，吊鉤上通過吊繩掛接有鉛球，吊繩在鉛球自重的牽拉下，吊繩與刻度尺前后對應且平行，支撐桿下部設置有用于夾持鉛球的第一夾持器，支撐桿上部設置有用于夾持懸臂梁右端使懸臂梁靜止的第二夾持器。

支撐桿采用矩形管制成，支撐桿左側沿垂直方向開設有導向孔，第一夾持器包括滑動連接在支撐桿內部的升降桿，升降桿左側固定連接有穿設在導向孔內的水平桿，水平桿左端設置有用于夾持鉛球的機械抓手，支撐桿左側下部設置有用于驅動升降桿升降的蝸輪蝸桿機構。

第二夾持器右側固定連接在支撐桿上部左側，第二夾持器左側敞口，懸臂梁的右端伸入到第二夾持器內，第二夾持器上設置有用于監測懸臂梁右端部上下位移的雷達測距儀。

懸臂梁受沖擊荷載作用時求解動荷因數的實驗裝置的實驗方法，包括以下步驟，

（1）、檢查實驗裝置，確認實驗裝置運行良好，將拴好的鉛球的吊繩掛在掛鉤處，將應變片、雷達測距儀、第一夾持器和第二夾持器通過控制電纜分別與計算機連接，調試實驗裝置，計算機對各項數據進行實時監測和測量；

（2）、記錄吊鉤距離左實驗臺的水平距離，即鉛球對懸臂梁的沖擊力的力臂長度記為L，鉛球在靜止時吊繩處于剛拉伸狀態此時的鉛球距離右實驗臺上表面的距離記為h₁；

（3）鉛球作為靜載荷通過吊繩作用在懸臂梁上，計算機記錄應變片的輸出值；

（4）啟動第一夾持器，機械抓手夾住重量為P的鉛球，再啟動蝸輪蝸桿機構，驅動升降桿沿支撐桿向上移動到在吊繩長度范圍內的任意一個位置，記錄鉛球距離右實驗臺上表面的距離記為h₂；

（5）機械抓手松開鉛球，鉛球開始做自由落體運動，當吊繩拉緊時豎直沖擊荷載開始作用在懸臂梁上，實驗結束后計算機記錄應變片輸出的應變值；

（6）重復至少三次步驟（3）、（4）和（5）；