[发明专利]一种将力法直观化的教学实验装置

摘要

本发明提供一种将力法直观化的教学实验装置,该装置包括刚架结构、加载装置、支撑及约束装置和测量设备。刚架结构由横向和竖向两根相互垂直的空心方杆通过刚结点盘连接而成；加载装置包括蜗轮蜗杆加载装置和砝码加载装置，实现对刚架结构的加载；支承及约束装置包括刚架结构的约束支承和反力框架，刚架结构的约束支撑包括固定支座和铰支座，反力框架反力架和底座组成；测量设备包括力传感器、应变片和拉线位移传感器。该装置集结构力学实验模型、加载装置和测量装置于一体，实验模型灵活可变；根据实验内容的需要，可组装不同的分部实验模型，进行多种方法的力法实验，各种方法所得结果便于相互对比和与理论结果对比。

主权项

一种将力法直观化的教学实验装置，其特征在于，包括刚架结构、加载装置、支撑及约束装置和测量设备；所述刚架结构由竖向空心方杆(3a)、横向空心方杆(3b)和刚结点盘(4a)组成；竖向空心方杆(3a)一端刚结点盘(4a)固定连接，另一端与刚结点盘(4b)固定连接，实现刚架结构与固定支座的连接；横向空心方杆(3b)一端与刚结点盘(4a)固定连接，另一端与铰结点盘(5)固定连接，实现刚架结构与铰支座的固定连接；所述加载装置由蜗轮蜗杆加载装置和砝码加载装置组成；所述蜗轮蜗杆加载装置包括蜗轮蜗杆升降机(6)、加载杆(9)、球铰(8)和杆件夹具(10)；蜗轮蜗杆升降机(6)一端与小车平台(12a)固定连接，小车平台(12a)安装到反力架(1)导轨上，小车平台(12a)可沿反力架(1)导轨调整高度，蜗轮蜗杆升降机(6)另一端与力传感器(7)连接，蜗轮蜗杆升降机(6)通过旋转手轮对刚架结构施加荷载；力传感器(7)、球铰(8)、加载杆(9)和杆件夹具(10)依次连接；杆件夹具(10)实现加载装置与横向空心方杆(3b)或竖向空心方杆(3a)连接，杆件夹具(10)包括销钉(21)、加载杆连接件(20)和杆件夹片(22)，加载杆连接件(20)和杆件夹片(22)通过销钉(21)连接；竖向空心方杆(3a)垂直穿过杆件夹片(22)形成的凹槽并与杆件夹片(22)固定连接；通过蜗轮蜗杆加载装置，实现对刚架结构的加载与卸载；所述砝码加载装置由砝码、托盘(18)、高度可调节定滑轮(19)组成，砝码加载装置固定在铰结点盘(5)上，通过砝码加载装置，对刚架结构施加竖向荷载和水平荷载；所述支承及约束装置由反力框架和刚架结构的约束支承组成；所述反力框架由反力架(1)和底座(2)组成；底座(2)固定于反力架(1)的下横梁下部，用于支撑整个装置；所述反力架(1)由内置导轨的上下两个横梁和内置导轨的左右两个立柱组成，每个横梁或立柱可固定蜗轮蜗杆升降机(6)及小车平台；所述刚架结构的约束支承包括固定支座和固定铰支座；固定支座由水平支座传感器(11a)、竖直支座传感器(11b)和刚结点盘(4b)组成，两个支座传感器固定于反力架(1)上；转接板底端与小车平台(12b)相连，转接板一侧与水平支座传感器(11a)连接；水平支座传感器(11a)与刚结点盘(4b)连接；竖直支座传感器(11b)上端与刚结点盘(4b)连接，下端与小车平台(12b)连接，小车平台(12b)固定于反力架(1)下横梁上；固定铰支座由水平支座传感器(11c)、竖直支座传感器(11d)、铰结点盘(5)、铰支座水平导轨(13a)和铰支座竖向导轨(13b)组成；水平支座传感器(11c)和竖直支座传感器(11d)一端与铰结点盘(5)连接，竖直支座传感器(11d)另一端通过小车平台(12d)与铰支座水平导轨(13a)连接，水平支座传感器(11c)另一端通过小车平台(12c)与铰支座竖直导轨(13b)连接；铰支座水平导轨(13a)安装在箱型平台(16)上，铰支座竖直导轨(13b)安装在转接板一侧，转接板另一侧与连接件(14)连接，转接板底端通过小车平台(12e)连接在铰支座水平导轨(13a)上；丝杠升降机(15)安装在箱型平台(16)一侧，通过连接件(14)与转接板相连，对刚架结构施加水平位移，箱型平台(16)固定于反力架(1)下横梁上；测量设备包括力传感器(7)、应变片、水平拉线位移传感器(17a)和竖向拉线位移传感器(17b)；力传感器(7)测得蜗轮蜗杆升降机(6)对刚架结构施加的荷载值；应变片粘贴在竖向空心方杆(3a)和横向空心方杆(3b)两侧不同位置，通过测得的应变值计算杆件内力大小；拉线位移传感器测水平和竖向位移；以上测量设备通过数据采集分析系统与计算机连接，通过计算机对各项数据进行实时监测。