一种装配梁结构实验模型制造技术

本实用新型专利技术提供一种装配梁结构实验模型，该装配梁结构实验模型包括装配梁结构、蜗轮蜗杆加载装置、转角约束及加载装置、支承及约束装置和测量设备。装配梁结构分为静定结构和超静定结构两种基本结构，两种基本结构均通过杆件和结点连接而成；蜗轮蜗杆加载装置能够手动控制施加拉力和压力，实现加载与卸载，并通过力传感器在计算机上显示所加荷载大小；支承及约束装置包括反力框架和装配梁结构的约束支承；测量设备包括力传感器、应变片、转角传感器和百分表。本实用新型专利技术结构简单、可重复利用、测量结果准确，能够实现结构力学中静定和超静定结构内力分布实验、位移互等定理和力法等教学内容的实验化。

【技术实现步骤摘要】
一种装配梁结构实验模型
本技术属于土木工程专业实验结构力学的教学实践领域，涉及静定、超静定装配梁结构实验装置以及应用该装置进行的结构力学实验。
技术介绍
结构力学是高等院校土木工程专业必修学科，主要以梁、拱、桁架、刚架等杆件结构为主要研究对象，根据力学原理研究外力和其他外界因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性和动力反应，以及结构的组成规律和受力性能。目前高等院校结构力学的教学方法主要是理论教学，缺少对相关力学原理的实验验证，导致部分同学对相关理论理解不够深入，甚至对相关理论产生质疑。因此，在结构力学教学中引入实验环节是其教学发展的必然趋势。本技术多跨梁结构实验模型中的反力框架/第一种蜗轮蜗杆的加载方式与本课题组已经公开的中国专利(2015107123346一种将力法直观化的教学实验装置；2015107079593一种将位移法直观化的教学实验装置)中的内容相似，也是只起到支撑提供导轨和加载的作用，不为本技术的创新结构。在结构力学教学各个章节中，均以梁式结构为最基本研究对象，所以技术一种装配梁结构实验装置用以研究结构力学相关理论，尤为重要。
技术实现思路
为改变目前结构力学教学中缺乏相关实验环节的现状，技术一种装配梁结构实验装置，该装置结构简单、可重复利用、测量结果准确，能够实现结构力学中静定和超静定结构内力分布实验、位移互等定理和力法等教学内容的实验化。通过实验，使学生们更加准确理解结构力学相关理论和假设。本技术的技术方案如下：一种装配梁结构实验模型包括装配梁结构、蜗轮蜗杆加载装置、转角约束及加载装置、支承及约束装置和测量设备。所述装配梁结构分为静定结构和超静定结构两种基本结构，两种基本结构均通过杆件和结点连接而成。所述的静定结构包括矩形薄壁杆件1c、1d、变刚度杆件1b和三种结点夹具；所述的变刚度杆件1b根据刚度不同有空心方杆、实心方杆和实心矩形杆三种不同形式。所述的变刚度杆件1b一端通过螺丝与铰结点夹具A2a相连，铰结点夹具A2a通过销栓2f与铰结点夹具B2b相连，铰结点夹具B2b通过螺丝与支座3连接，形成固定铰支座；变刚度杆件1b另一端通过螺丝与刚结点夹具C2c连接，刚结点夹具C2c另一端通过螺丝与矩形薄壁杆件1c一端相连，实现变刚度杆件1b和矩形薄壁杆件1c之间的固接；刚结点夹具C2c中部通过销栓2f与铰结点夹具B2b相连，铰结点夹具B2b通过螺丝与支座3相连，形成活动铰支座。所述的矩形薄壁杆件1c另一端通过螺丝与铰结点夹具B2b连接，铰结点夹具B2b再通过销栓2f与铰结点夹具A2a连接，铰结点夹具A2a通过螺丝与矩形薄壁杆件1d一端连接，实现矩形薄壁杆件1c和矩形薄壁杆件1d之间铰接；所述的矩形薄壁杆件1d的另一端通过螺丝与铰结点夹具A2a连接，铰结点夹具A2a通过销栓2f与铰结点夹具B2b连接，铰结点夹具B2b通过螺丝与支座3相连，形成活动铰支座。所述的超静定结构包括矩形薄壁杆件1a、变刚度杆件1b和四种结点夹具2a、2b、2c、2d。所述的变刚度杆件1b一端、刚结点夹具D2d和支座3依次通过螺丝固定连接，实现固定支座；所述的变刚度杆件1b的另一端通过刚结点夹具C2c与矩形薄壁杆件1a的一端固定连接，刚结点夹具C2c中部通过销栓2f与铰结点夹具B2b相连，铰结点夹具B2b通过螺丝安装在支座3上部，实现活动铰支座。所述的矩形薄壁杆件1a另一端通过螺丝与铰结点夹具A2a连接，铰结点夹具A2a通过销栓2f与铰结点夹具B2b连接，铰结点夹具B2b通过螺丝安装在另一个支座3上，实现活动铰支座。所述的铰结点夹具A2a、铰结点夹具B2b具有与矩形薄壁杆件1a、1c、1d相同的刚度，刚结点夹具C2c、刚结点夹具D2d具有与变刚度杆件1b中实心矩形杆相同的刚度。所述的蜗轮蜗杆加载装置有两种，蜗轮蜗杆加载装置能够手动控制施加拉力和压力，实现加载与卸载，并通过力传感器5在计算机上显示所加荷载大小。第一种蜗轮蜗杆加载装置用于对杆件进行加载或卸载，包括蜗轮蜗杆升降机4、力传感器5、球铰6、加载杆7和杆件夹具A8。蜗轮蜗杆升降机4一端安装在小车平台10上，小车平台10通过底部的四块滑块安装到反力框架11导轨上，小车平台10能够沿反力框架11导轨水平移动。所述的蜗轮蜗杆升降机4另一端、力传感器5、球铰6、加载杆7和杆件夹具A8的一端依次通过螺纹连接，蜗轮蜗杆升降机4通过旋转手轮对装配梁结构施加荷载，球铰6通过其自身的自由转动避免加载装置对刚架结构产生弯矩的影响，杆件夹具A8用于将杆件夹持固定，杆件夹具A8另一端与矩形薄壁杆件1a、1c、1d或变刚度杆件1b连接，实现对杆件的加载与卸载，同时杆件夹具A8的插销连接方式避免弯矩传递。所述的杆件夹具A8包括连接件A8a、圆柱形插销8b、H形杆件夹片8c和矩形杆件夹片8d；连接件A8a一端通过螺纹与加载杆6相连，另一端通过销孔与圆柱形插销8b相连；圆柱形插销8b再与带有销孔的H形杆件夹片8c一端相连；H形杆件夹片8c另一端通过螺丝与矩形杆件夹片8d相连，用于将杆件夹持固定。第二种蜗轮蜗杆加载装置用于对结点位置进行加载或卸载，包括蜗轮蜗杆升降机4、力传感器5、球铰6、加载杆7和杆件夹具B9；所述的蜗轮蜗杆升降机4、力传感器5、球铰6以及加载杆7依次相连。杆件夹具B9一端通过螺纹与加载杆7相连，另一端通过螺丝与铰结点夹具B2b相连，铰结点夹具B2b通过销栓2f能够与不同结点相连。所述的转角约束及加载装置12包括丝杠升降机12a、扭矩传感器12b、随动圆盘12c和连接件B12d。所述的丝杠升降机12a底部通过螺丝固定在矩形空心垫块12e上，矩形空心垫块12e通过螺丝固定在小车平台10上，矩形空心垫块12e保证丝杠升降机12a和杆件1a、1b、1c、1d高度一致，实现固定丝杠升降机12a的位置的作用。所述的扭矩传感器12b一端通过螺丝固定随动圆盘12c，另一端将其轴承插入丝杠升降机12a中。所述的连接件B12d一端通过其自身花键与随动圆盘12c相连；中间部分插入刚结点夹具E2e的锯齿状孔中，中间部分同时插入铰结点夹具B2b的圆孔中；另一端通过螺纹连接转角传感器，用于测量转角大小。所述的转角约束及加载装置12能够用于约束装配梁结点处的转动，通过扭矩传感器12b测出结点处产生的弯矩；所述的转角约束及加载装置12还能够通过对结点施加弯矩，使结点处产生角位移，通过转角传感器可测出角位移数值。所述的支承及约束装置包括反力框架11和装配梁结构的约束支承。所述反力框架11为门形刚架形式，包括反力架11a和两个底座11b，底座11b用于支撑整个装置。所述的反力架11a包括内置导轨的上下两个横梁和内置导轨的左右两个立柱，上横梁导轨安装小车平台10，小车平台10通过螺丝连接蜗轮蜗杆加载装置，下横梁导轨固定小车平台10，小车平台10通过螺栓固定矩形方墩13。所述的矩形方墩13上方通过螺丝固定圆柱体垫块14或固定滑道15，当矩形方墩13上方固定圆柱体垫块14时，圆柱体垫块14上方通过螺丝连接支座3，支座3上方连接铰结点夹具B2b或刚结点夹具D2d，实现固定铰支座或固定支座；当矩形方墩13上方固定滑道15时，滑道15上方通过螺丝连接铰结点夹具B2b，实现活动铰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装配梁结构实验模型，其特征在于，该装配梁结构实验模型包括装配梁结构、蜗轮蜗杆加载装置、转角约束及加载装置、支承及约束装置和测量设备；所述的装配梁结构分为静定结构和超静定结构两种基本结构，两种基本结构均通过杆件和结点连接而成；所述的静定结构包括矩形薄壁杆件(1c、1d)、变刚度杆件(1b)和三种结点夹具；所述的变刚度杆件(1b)的一端、铰结点夹具A(2a)和铰结点夹具B(2b)依次相连，铰结点夹具B(2b)安装在支座(3)上，形成固定铰支座；所述的变刚度杆件(1b)另一端、刚结点夹具C(2c)、矩形薄壁杆件(1c)一端依次相连，实现变刚度杆件(1b)和矩形薄壁杆件(1c)之间的固接；所述的刚结点夹具C(2c)中部与铰结点夹具B(2b)相连，铰结点夹具B(2b)安装在支座(3)上，形成活动铰支座；所述的矩形薄壁杆件(1c)另一端、铰结点夹具B(2b)、铰结点夹具A(2a)与矩形薄壁杆件(1d)一端依次相连，实现矩形薄壁杆件(1c)和矩形薄壁杆件(1d)之间铰接；所述的矩形薄壁杆件(1d)的另一端、铰结点夹具A(2a)与铰结点夹具B(2b)依次相连，铰结点夹具B(2b)安装在支座(3)上，形成活动铰支座；所述的超静定结构包括矩形薄壁杆件(1a)、变刚度杆件(1b)和四种结点夹具(2a、2b、2c、2d)；所述的变刚度杆件(1b)一端、刚结点夹具D(2d)和支座(3)依次固定连接，形成固定支座；所述的变刚度杆件(1b)的另一端通过刚结点夹具C(2c)与矩形薄壁杆件(1a)的一端固定连接，刚结点夹具C(2c)中部通过销栓(2f)与铰结点夹具B(2b)相连，铰结点夹具B(2b)安装在支座(3)上部，形成活动铰支座；所述的矩形薄壁杆件(1a)另一端与铰结点夹具A(2a)连接，铰结点夹具A(2a)通过销栓(2f)与铰结点夹具B(2b)连接，铰结点夹具B(2b)安装在另一个支座(3)上，形成活动铰支座；所述的蜗轮蜗杆加载装置有两种，蜗轮蜗杆加载装置手动控制施加拉力和压力，并通过力传感器(5)在计算机上显示所加荷载大小；第一种蜗轮蜗杆加载装置用于对杆件进行加载或卸载，包括蜗轮蜗杆升降机(4)、力传感器(5)、球铰(6)、加载杆(7)和杆件夹具A(8)；所述的杆件夹具A(8)用于将杆件夹持固定，杆件夹具A(8)另一端与矩形薄壁杆件(1a、1c、1d)或变刚度杆件(1b)连接，实现对杆件的加载与卸载；另一种蜗轮蜗杆加载装置用于对结点位置进行加载或卸载，包括蜗轮蜗杆升降机(4)、力传感器(5)、球铰(6)、加载杆(7)和杆件夹具B(9)；所述的蜗轮蜗杆升降机(4)、力传感器(5)、球铰(6)以及加载杆(7)依次相连；杆件夹具B(9)一端与加载杆(7)相连，另一端与铰结点夹具B(2b)相连，铰结点夹具B(2b)与不同结点相连；所述的转角约束及加载装置(12)包括丝杠升降机(12a)、扭矩传感器(12b)、随动圆盘(12c)和连接件B(12d)；所述的丝杠升降机(12a)底部固定在矩形空心垫块(12e)上，矩形空心垫块(12e)固定在小车平台(10)上，矩形空心垫块(12e)保证丝杠升降机(12a)和杆件(1a、1b、1c、1d)高度一致；所述的扭矩传感器(12b)一端固定在随动圆盘(12c)上，另一端将其轴承插入丝杠升降机(12a)中；所述的连接件B(12d)一端通过其自身花键与随动圆盘(12c)相连；中间部分同时插入刚结点夹具E(2e)的锯齿状孔中和铰结点夹具B(2b)的圆孔中；另一端连接转角传感器；所述的支承及约束装置包括反力框架(11)和装配梁结构的约束支承；所述反力框架(11)为门形刚架形式，包括反力架(11a)和两个底座(11b)；底座(11b)用于支撑整个装置；反力架(11a)包括内置导轨的上下两个横梁和内置导轨的左右两个立柱；上下横梁导轨安装小车平台(10)，下横梁上的小车平台(10)固定矩形方墩(13)；所述的矩形方墩(13)上方固定圆柱体垫块(14)或固定滑道(15)，当矩形方墩(13)上方固定圆柱体垫块(14)时，圆柱体垫块(14)上方连接支座(3)，支座(3)上方连接铰结点夹具B(2b)或刚结点夹具D(2d)，实现固定铰支座或固定支座；当矩形方墩(13)上方固定滑道(15)时，滑道(15)上方连接铰结点夹具B(2b)，实现活动铰支座；上述固定支座、固定铰支座和活动铰支座构成支承结构；所述的测量设备包括力传感器(5)、应变片、转角传感器(12b)和百分表；所述的百分表固定在反力框架(11)上，用于测量矩形薄片杆件(1a、1c和1d)和变刚度杆件(1b)不同位置的位移；所述的应变片粘贴在矩形薄片杆件(1a、1c和1d)和变刚度杆件(1b)上、下两侧不同位置；所述的力传感器(5)测量外力对装配梁结构所施加的荷载值；所述的转角传感器(1...

【技术特征摘要】
1.一种装配梁结构实验模型，其特征在于，该装配梁结构实验模型包括装配梁结构、蜗轮蜗杆加载装置、转角约束及加载装置、支承及约束装置和测量设备；所述的装配梁结构分为静定结构和超静定结构两种基本结构，两种基本结构均通过杆件和结点连接而成；所述的静定结构包括矩形薄壁杆件(1c、1d)、变刚度杆件(1b)和三种结点夹具；所述的变刚度杆件(1b)的一端、铰结点夹具A(2a)和铰结点夹具B(2b)依次相连，铰结点夹具B(2b)安装在支座(3)上，形成固定铰支座；所述的变刚度杆件(1b)另一端、刚结点夹具C(2c)、矩形薄壁杆件(1c)一端依次相连，实现变刚度杆件(1b)和矩形薄壁杆件(1c)之间的固接；所述的刚结点夹具C(2c)中部与铰结点夹具B(2b)相连，铰结点夹具B(2b)安装在支座(3)上，形成活动铰支座；所述的矩形薄壁杆件(1c)另一端、铰结点夹具B(2b)、铰结点夹具A(2a)与矩形薄壁杆件(1d)一端依次相连，实现矩形薄壁杆件(1c)和矩形薄壁杆件(1d)之间铰接；所述的矩形薄壁杆件(1d)的另一端、铰结点夹具A(2a)与铰结点夹具B(2b)依次相连，铰结点夹具B(2b)安装在支座(3)上，形成活动铰支座；所述的超静定结构包括矩形薄壁杆件(1a)、变刚度杆件(1b)和四种结点夹具(2a、2b、2c、2d)；所述的变刚度杆件(1b)一端、刚结点夹具D(2d)和支座(3)依次固定连接，形成固定支座；所述的变刚度杆件(1b)的另一端通过刚结点夹具C(2c)与矩形薄壁杆件(1a)的一端固定连接，刚结点夹具C(2c)中部通过销栓(2f)与铰结点夹具B(2b)相连，铰结点夹具B(2b)安装在支座(3)上部，形成活动铰支座；所述的矩形薄壁杆件(1a)另一端与铰结点夹具A(2a)连接，铰结点夹具A(2a)通过销栓(2f)与铰结点夹具B(2b)连接，铰结点夹具B(2b)安装在另一个支座(3)上，形成活动铰支座；所述的蜗轮蜗杆加载装置有两种，蜗轮蜗杆加载装置手动控制施加拉力和压力，并通过力传感器(5)在计算机上显示所加荷载大小；第一种蜗轮蜗杆加载装置用于对杆件进行加载或卸载，包括蜗轮蜗杆升降机(4)、力传感器(5)、球铰(6)、加载杆(7)和杆件夹具A(8)；所述的杆件夹具A(8)用于将杆件夹持固定，杆件夹具A(8)另一端与矩形薄壁杆件(1a、1c、1d)或变刚度杆件(1b)连接，实现对杆件的加载与卸载；另一种蜗轮蜗杆加载装置用于对结点位置进行加载或卸载，包括蜗轮蜗杆升降机(4)、力传感器(5)、球铰(6)、加载杆(7)和杆件夹具B(9)；所述的蜗轮蜗杆升降机(4)、力传感器(5)、球铰(6)以及加载杆(7)依次相连；杆件夹具B(9)一端与加载杆(7)相连，另一端与铰结点夹具B(2b)相连，铰结点夹具B(2b)与不同结点相连；所述的转角约束及加载装置(12)包括丝杠升降机(12a)、扭矩传感器(12b)、随动圆盘(12c)和连接件B(12d)；所述的丝杠升降机(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈廷国，李映雪，胡乔元，谢鹏，勾国勇，任珵娇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21