[实用新型]一种将位移法直观化的教学实验装置

摘要

本实用新型提供一种将位移直观化的教学实验装置，该装置包括刚架结构、蜗轮蜗杆加载装置、支撑及约束装置、转角约束及加载装置和测量设备。刚架结构由相互垂直的矩形薄壁杆件通过刚结点盘连接而成；蜗轮蜗杆加载装置实现对刚架结构的加载与卸载；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；转角约束及加载装置通过转角传感器测出角位移数值；测量设备包括力力传感器、应变片和转角传感器。该装置实验模型灵活可变；根据实验内容的需要，可组装不同的分部实验模型，进行多种方法的位移法实验，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

一种将位移法直观化的教学实验装置，其特征在于，包括刚架结构、蜗轮蜗杆加载装置、转角约束及加载装置、支撑及约束装置和测量设备；所述刚架结构由竖向矩形薄壁杆件（3a）、横向矩形薄壁杆件（3b）和刚结点盘（4a）组成；竖向矩形薄壁杆件（3a）一端与刚结点盘（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；横向矩形薄壁杆件（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连接；所述蜗轮蜗杆加载装置由蜗轮蜗杆升降机（6）、加载杆（9）、球铰（8）和杆件夹具（10）组成；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）及杆件夹具（10）依次通过螺纹连接；杆件夹具（10）实现加载装置与横向薄壁杆件（3b）或竖向薄壁杆件（3a）的连接，杆件夹具（10）包括销钉（23）、加载杆连接件（22）和杆件夹片（24），加载杆连接件（22）与杆件夹片（24）通过销钉（23）连接，矩形薄壁杆件（3a）垂直穿过杆件夹片（24）形成的凹槽并与杆件夹片（24）固定连接；手动控制蜗轮蜗杆加载装置对刚架结构施加拉力和压力，通过力传感器（7）在计算机上显示所加荷载；所述转角约束及加载装置由X‑Y向随动工作台（20）、扭矩传感器（18）和丝杠减速机（19）组成，X‑Y向随动工作台（20）由水平导轨（13d）、竖直导轨（13c）、小车平台（12f）和小车平台（12g）组成；扭矩传感器（18）一端与刚结点盘（4a）固定连接，另一端插入丝杠减速机（19）内；丝杠减速机（19）安装到小车平台（12f）上，小车平台（12f）与竖直导轨（13c）连接，竖直导轨（13c）与小车平台（12g）连接，小车平台（12g）与水平导轨（13d）连接，水平导轨（13d）与侧向反力架（21）平板中部连接；X‑Y向随动工作台（20）实现转角约束及加载装置沿水平导轨（13d）和竖直导轨（13c）自由运动，转角约束及加载装置通过对刚结点盘（4a）施加扭矩，在刚架结构在结点处产生角位移，通过转角传感器（17）测出角位移数值；所述支撑及约束装置由反力框架和刚架结构的约束支撑组成；所述反力框架由反力架（1）、侧向反力架（21）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；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；侧向反力架（21）由平板和立柱组成，立柱上下通过滑块与反力架1上下横梁相连，平板通过滑块与立柱相连，平板可以在立柱上上下滑动；侧向反力架（21）用于安装转角约束及加载装置；所述刚架结构的约束支撑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；转接板底端与小车平台（12b）连接，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；竖直支座传感器（11d）和水平支座传感器（11c）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）与铰支座竖向导轨（13b）连接；铰支座水平导轨（13a）安装在箱型平台（16）上，铰支座竖向导轨（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，可用于对刚架结构限制或施加水平位移，箱型平台（16）固定于反力架下横梁上；所述测量设备包括力传感器（7）、应变片、转角传感器（17）；应变片粘贴在矩形薄壁杆件（3a、3b）两侧不同位置，通过所测应变值计算杆件内力大小；力传感器（7）测得蜗轮蜗杆升降机（6）对刚架结构所施加的荷载值；转角传感器（17）固定于刚架结构的刚结点盘（4a）上，测刚结点盘（4a）处的转角；以上测量设备均连接于计算机，通过计算机对各项数据进行实时监测。