УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ТЕОРИИ УПРУГОСТИ Российский патент 1994 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к учебным и демонстрационным приборам и может быть использовано для проведения лабораторных работ по курсу "теория упругости и пластичности" при регулировании усилий и деформаций в пластинах при поперечном изгибе, а также для развития у обучаемых инженерной интуиции.

Известна лабораторная установка (Беляев Н. М. Лабораторные работы по сопротивлению материалов. М. : ГИИТЛ, 1956, с. 172-177), представляющая собой силовой стол с тремя опорными стойками, передняя из которых является общей для двух однопролетных балок. Однопролетные балки нагружаются заданной нагрузкой, а в средней опоре загружаются через специальные приспособления парой сил, величина которой устанавливается экспериментально из условия равенства углов поворота опорных поперечных сечений.

Недостатками этой установки являются низкие дидактические свойства, отсутствие возможности выполнения оценки и регулирования напряжение-деформированного состояния (НДС) пластин.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является учебная установка для проведения лабораторных работ по строительной механике (авт. св. N 1730657), включающая силовую раму с опорными стойками регулируемой высоты и установленную на них испытуемую многопролетную балку. Опорные стойки закреплены в пазу нижней плоскости с возможностью перемещения вдоль балки и выполнены из основания и соединенной с ним винтовой передачей втулки с оголовком, крепящимся к ней винтами-фиксаторами с запрессованным в нем подшипником качения, во внутреннюю обойму которого запрессована ось, соединенная с опорным приспособлением в виде разъемных призм. Измерение параметров напряженного и деформированного состояния испытуемой балки осуществляется с помощью наклеенных на нее тензодатчиков сопротивления, соединенных с измерительной системой попарно по полумостовой схеме и связанной через интерфейс с микроЭВМ. Для обеспечения возможности регулирования усилий перераспределением нагрузки установка снабжена дополнительными однопролетными балочками, опирающимися на испытуемую балку. Для измерения прогибов в любой точке испытуемой балки на задней панели силовой рамы выполнен паз для крепления приборов с возможностью их перемещения вдоль балки. Испытание балки при жестком опирании осуществляется с помощью дополнительных опорных приспособлений в виде уголков, прикрепленных к боковым панелям силовой рамы.

Недостатками этой установки являются отсутствие возможности выполнения оценки и регулирования НДС пластины, невозможность закрепления края пластины в опорных устройствах подобного типа.

Цель изобретения - расширение дидактических возможностей и повышение наглядности путем активного воздействия регулирующими параметрами на НДС пластины при поперечном изгибе.

Для этого учебная установка имеет силовую опорную раму с опорными стойками регулируемой высоты, причем силовая рама выполнена в виде двухэтажного пространственного каркаса, на верхнем этаже каркаса установлены опорные стойки с винтовым механизмом вертикального смещения опор, позволяющие закрепить испытуемую пластину, а на нижнем - измерительные приборы с удлинительными штангами. Опорная стойка представляет собой вилку, имеющую сквозные резьбовые отверстия под шпильку и крепежные болты, причем концы шпильки закреплены на каркасе и обеспечивают свободное вращение шпильки за счет запрессованного в ней рычага, а резьбовая часть крепежных болтов заканчивается конусом, что позволяет имитировать дискретное шарнирное закрепление краев пластины. Для измерения прогибов пластины применяются индикаторы часового типа. Нагружение пластины поперечной нагрузкой осуществляется набором грузов. Для смещения дискретных опор пластины по вертикали используется винтовой механизм вертикального перемещения опор.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая установка отличается наличием опорного устройства, позволяющего шарнирно закрепить край пластины по всему ее контуру и осуществить вертикальные смещения опорного контура. Прототип позволяет изучать конструкции только с одномерным НДС, а предлагаемая установка позволяет демонстрировать работу конструкции с двумерным НДС. Таким образом, предлагаемая установка соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями позволяет сделать вывод, что данная установка обеспечивает исследование НДС пластин при поперечном изгибе и возможность регулирования НДС за счет перераспределения внешней нагрузки и смещения опор по контуру. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлен общий вид учебной установки; на фиг. 2 - опорный узел крепления пластины к силовой раме.

Учебная установка содержит основание 1, опорную раму 2 и испытываемую пластину 3. Основание выполнено в виде прямоугольной массивной плиты, к которой крепится опорная рама. Опорная рама представляет собой пространственный двухэтажный каркас, собранный из уголковых профилей, на первом этаже которого установлены измерительные приборы 4, а на втором - опорные стойки 5 для пластины. Удлинительные штанги 6 предназначены для соединения измерительных приборов с пластиной. Опорная стойка 5 для пластины состоит из вилки 7, резьбовой шпильки 8, рычага 9 и крепежных болтов 10. Вилка имеет сквозные резьбовые отверстия под шпильку и крепежные болты. Концы шпильки закреплены на каркасе и обеспечивают свободное вращение шпильки. В шпильке 8 имеется сквозное радиальное отверстие, в котором запрессован рычаг 9, предназначенный для вращения шпильки. Крепежные болты используются для фиксации пластины в опорной вилке. Для имитации шарнирного закрепления пластины резьбовая часть болтов заканчивается конусом.

Установка работает следующим образом.

Выбранную для испытания пластину 3 монтируют на опорную раму 2. Для этого сначала устанавливают вращением рычагов 9 все опорные стойки 5 горизонтально на одном уровне. Затем укладывают пластину 3 на вилки 7 и фиксируют крепежными болтами 10. Устанавливают и фиксируют в крепежных устройствах измерительные приборы 4. Закрепляют удлинительные штанги 6 приборов. Фиксируют начальные показания приборов. Прикладывают внешнюю нагрузку. Она может представлять собой либо поперечную нагрузку на пластину в виде одной или нескольких сосредоточенных сил, либо вертикальное смещение одной или нескольких дискретных опор. Поперечную нагрузку создают укладываемыми на пластину сверху грузами. Вертикальное смещение опоры создают вращением шпильки 8 посредством рычага 9, контролируя величину смещения по шкале измерительного прибора 4. Фиксируют показания приборов при действии нагрузки.

Разности показаний приборов являются величинами прогибов пластины под нагрузкой в местах установки измерительных приборов. Для уменьшения влияния случайных факторов опыт повторяют несколько раз. Для обеспечения равномерной загрузки пластины внешнюю нагрузку прикладывают в несколько этапов. Затем вычисляют средние значения прогибов пластины. Вычисление значений изгибающих моментов выполняют по формулам численного дифференцирования с учетом физико-механических и геометрических параметров пластины.

Изобретение относится к учебным и демонстрационным приборам и может быть использовано для проведения лабораторных работ по курсу "Теория упругости и пластичности". Установка содержит силовую опорную раму с опорными стойками регулируемой высоты, причем силовая рама выполнена в виде двухярусного пространственного каркаса. На верхнем ярусе каркаса установлены опорные стойки с винтовым механизмом вертикального смещения опор, позволяющие закрепить испытуемую пластину, а на нижнем - измерительные приборы с удлинительными штангами. Опорная стойка представляет собой вилку, имеющую сквозные резьбовые отверстия под шпильку и крепежные болты, причем концы шпильки закреплены на каркасе и обеспечивают свободное вращение шпильки за счет запрессованного в ней рычага, а резьбовая часть крепежных болтов заканчивается конусом, что позволяет имитировать шарнирное закрепление краев пластины. Для измерения прогибов пластины применяются индикаторы часового типа. Нагружение пластины поперечной нагрузкой осуществляется набором грузов. Для смещения дискретных опор пластины по вертикали используется винтовой механизм вертикального перемещения опор. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ТЕОРИИ УПРУГОСТИ, включающая силовую раму с опорными стойками регулируемой высоты и исследуемый объект, отличающаяся тем, что силовая рама выполнена в виде двухярусного пространственного каркаса, на верхнем ярусе которого установлены опорные стойки с винтовым механизмом вертикального смещения опор, а на нижнем - измерительные приборы с удлинительными штангами, при этом исследуемый объект выполнен в виде пластины, закрепленной краями в опорах. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что опорная стойка представляет собой вилку со сквозными резьбовыми отверстиями под шпильку и крепежные болты, причем шпилька закреплена концами на каркасе и имеет запрессованный в радиальном отверстии на одном конце рычаг, а конец резьбовой части крепежных болтов выполнен в виде конуса. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что двухярусный пространственный каркас имеет произвольные очертания в плане, соответствующие форме пластины. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что пластина имеет отверстия, прорези и подкрепляющие элементы.