Учебный прибор по сопротивлению материалов Советский патент 1989 года по МПК G09B23/06 

77

цзиг.г

315

сторонах куба шарпирно установлены валы 11, концы которых связаны посредством рычагов 12 с поворотными планками 13, стрелочные указатели установлены на валах 11, а свободные КО1ЩЫ гибких тяг 10 закреплены на рычагах 12. Кроме того, на новерх-- иости куба имеется изображение схемы нагрузкения стерлсня и ориентации в нем элементарного объема, а вращение куба осуществляется посредством ручки 14, закрепленной на оси 4. Расположив куб под углом 45° к оси стержня демонстрируются состояние, при котором на элементарньш объем действуют только нормальные напряжения, о шм свидетельствует расположение стрелочных указателей перпендикулярно граням куба, причем на противоположных сторонах кубгг стрелочные yKasaTejHi направлены навстречу друг другу (сжатие) , на двух других -- в разные стороны (растяжение). Вращая за ручку 14 куб, поворачивают последний .на угол 45 , нри котором на

4

элементарньш объем действуют только касательные напряжения (состояние чистого сдвига), о чем свидетельствует направление стрелочных указателей на противолежащих гранях куба в противоположные стороны. При вращении куба гибкие тяги 10, воздействуя на рычаги 12, поворачивают их, последние, в свою очередь воздействуя на валы 11, таюке поворачивают их вместе с укре нленными на них стрелочными указателями. Плавньш переход стрелочных указателей из положения,

перпендикулярного граням куба, в положение, при котором они располагаются вдоль граней куба, обеспечивается подбором длин тяг 10 средства синхронизации. Регистрация углов новорота куба и стрелочных указателей в диапазоне ух лов от О до 45° осуществляется по шкале стрелочньм указателем 8. По окончании демонстрации куб и стрелочные указатели возвраща-

ются в исходное Состояние путем поворота ручки 14. 17 ил.

Изобретение относится к демонстрационным приборам и позволяет изучать, например, в курсе сопротивления материалов характер изменения напряжений, возникающих внутри круглого закручиваемого стержня в зависимости от ориентации в нем элементарного объема. Прибор содержит установленную на основании вертикальную стойку с втулкой 3, в которой размещена горизонтальная ось 4 вращения, на которой установлена модель элементарного объема круглого закручиваемого стержня, выполненная в виде куба, перпендикулярно боковым граням которого установлены поворотные стрелочные указатели напряжений, средство регистрации угла поворота куба, состоящее из закрепленной на втулке 3 градусной шкалы 7 и связанного с осью 4 стрелочного указателя 8, и средство синхронизации изменения угла наклона стрелочных указателей и вращения куба, состоящее из неподвижно установленного на втулке 3 диска и гибких тяг 10, шарнирно закрепленных одним концом на диске, при этом на параллельных сторонах куба шарнирно установлены валы 11, концы которых связаны посредством рычагов 12 с поворотными планками 13, стрелочные указатели установлены на валах 11, а свободные концы гибких тяг 10 закреплены на рычагах 12. Кроме этого на поверхности куба имеется изображение схемы нагружения стержня и ориентации в нем элементарного объема, а вращение куба осуществляется посредством ручки 14, закрепленной на оси 4. Расположив куб под углом 45° к оси стержня демонстрируется состояние , при котором на элементарный объем действуют только нормальные напряжения, о чем свидетельствует расположение стрелочных указателей перпендикулярно граням куба, причем на противоположных сторонах куба стрелочные указатели направлены навстречу друг другу (сжатие), на двух других - в разные стороны (растяжение). Вращая за ручку 14 куб, поворачивают последний на угол 45°, при котором на элементарный объем действуют только касательные напряжения (состояние "чистого" сдвига), о чем свидетельствует направление стрелочных указателей на противолежащих гранях куба в противоположные стороны. При вращении куба гибкие тяги 10, воздействуя на рычаги 12, поворачивают их, последние, в свою очередь воздействуя на валы 11, также поворачивают их вместе с укрепленными на них стрелочными указателями. Плавный переход стрелочных указателей из положения, перпендикулярного граням куба, в положение, при котором они располагаются вдоль граней куба, обеспечивается подбором длин тяг 10 средства синхронизации. Регистрация углов поворота куба и стрелочных указателей в диапазоне углов от 0 до 45° осуществляется по шкале стрелочным указателем 8. По окончании демонстрации куб и стрелочные указатели возвращаются в исходное состояние путем поворота ручки 14. 17 ил.

H3o6peTeiHie относится к демонстра- ционнььм приборам и может быть использовано, наприм.р, при изучении в курсе сопротивлерн1я материалов характера изменения напряжений, возникаю- щих внутри круглого закручиваемого стержня в зависимости от ориентации в нем элементарного объема.

Пель изобретения - рггсширение диапазона решаемых задач путем де- монстраи н касательных напряжений.

Па фиг.1 и 2 изображен прибор,, общий ВИД; на фиГоЗ - узел I на фиг.2v па фиг.4 узел II на фиг.2 на фиг,5 - вид А на фиг.2, на фиг.6 - вид Б на фиг, 2; на фиг.7 - вид В на фиг,6; на фиг,8 - разрез Г-Г на фиг,6; па фиг.9 - вид Д на фиг.6, на фиг. 10 - вид Е на фиг.2, на фиг. 11- разрез на фиг.10; на фиг.12.-разрез 3-3 на фиг.П; на фиг. 13 - разрез И-И на фиг.12 на фиг.14 - узел III на фиг. 11; на фиг. 15 -- узел IV на фиг.11; на фиг.16 - узел V на фиг,11; на фиг.17 - схема нагружения стержня и ориентации в нем элементарного объема.

Учебньы прибор по сопротивлению материалов содержит установленную на

основании 1 вертика.ньную стойку 2 с вту. 3, в которой размещена го- риз онталь}шя ось 4 вращения. На горизонтальной оси 4 вращения установлена модель элементарного об7зема круглого закручиваемого стержня, выполненная в виде куба 5, перпендикулярно боковым приемам которого установлены поворотные стрелочные указатели 6 напряжений.

Прибор снабжен также средством регистрап;ии угла поворота куба, состоящим из закрепленной на втулке 3 градусной шкалы 7 и связанного с осью 4 вращенрш стрелочного указателя В, и средством синхронизации изменения угла наклона стрелочных указателе 6 - апряже П 1 и вргш1, куба 5, состоя 1щм из неподвихшо установленного на втулке 3 диска 9 и гибких тяг Ю, 1шриирно закрепленных одним концом на диске 9. При этом на .параллельн1 1х сторонах ;уба 5 шарнирно установлены валы 11, кон- ды которых связаны 1осредством рычагов 12 с поворотньи-ш планками 13, Стрелочные указатели 6 ycтaнoвJ eны на валах 11, а свободные конф гибких тяг 10 закреплены на рь чагах 12.

5

Кроме того, на поверхности куба имеется изображение схемы нагружени стержня и ориентации в нем элементарного объема (фиг,4), а вращение куба 5 осуществляется посредством ручки 14, закрепленной на оси 4.

Прибор работает следующим образом.

Перед началом демонстрации обучамым объясняют по схеме погружения стержня и ориентации в нем элементарного объема (фиг.4),что в зависимости от ориентации в круглом закручиваемом стержне элементарного объема, последний в одн ом случае испытывает действие только главных напряжений (попарно растягивающих и сжимающих элементарных объем в случае его располох ения под углом 45° к оси стержня), а в другом случае испытьшает состояние чистого сдвига от действия только касательных напряжений(стороны элементарног объема расположены параллельно и пепендикулярно оси стержня). При этом отмечают, что действие нормальных и касательных напряжений демонстрируется стрелочным указателем 6.

Затем ориентируют модель элементарного объема - куба 5 в пространстве в одном из случаев нагружения, например, когда имеет место только нормальные напряжения. В этом случае куб 5 располагается в закручиваемом стержне под углом 45° к его оси, а стрелочные указатели 6 напряжений (в данном случае только нормальных) расположены перпендикулярно граням куба. Причем на двух . противоположных сторонах куба стрелочные указатели направлены навстречу друг другу, что соответствует сжтию элементарного объема, а на двух других сторонах - в разные стороны, что соответствует растяжению элементарного объема.

Затем за ручку 14 начинают вращать куб 5. Вследствие этого гибкие тяги. 10, воздействуя на рычаги 12, поворачивают их. В свою очередь,последние, воздействуя на валы 11, таже поворачивают их вместе с укреп-- ленными на них стрелочными указателями 6. Угол поворота куба фиксируется по шкале 7 стрелочным указате- , лем 8.

При достижении кубом 5 угла поворота в 45° стрелочные указатели 6

15

17606

занимают положение; параллельное граням куба, что соответствует деформированному состоянию стержня чистого сдвига, В данном случае стрелочные указатели 6 моделируют только касательные напряжения. Причем в соответствии с законом о парности касательных напряжений эти напряжения по

Q модулю равны нормальным напряжениям, о чем свидетельствует неизь еняемая длина стрелочных указателей 6, и на противолежащ 1х гранях куба направлены в противоположные стороны.

Плавньш переход стрелочных указателей 6 из положения, перпендикулярного граням куба, в положение, при котором они располагаются вдоль граней куба, обеспечивается соответст- 2Q вующей настройкой подбором длины

гибких тяг 10 средства синхронизации.

В процессе поворота куба 5 и стрелочных указателей 6 обучаемые фиксируют промежуточные углы их поворо- 25 та по шкале 7 и, используя известные математические зависимости, определяют значение напряжений, возникаюищх в элементарном объеме, в диапазоне углов от О до 45°.

После окончания демонстрации куб 5 за ручку 14 возвращается в исходное состояние. При этом стрелочные указатели 6 также занимают исходное положение.

Применение предлагаемого изобре- 35 тения позволяет существенно облегчить в лекционных демонстрациях по сопротивлению материалов понимание обучаемьп-ш характера напряженного состояния внутри круглого закручиваемого стержня.

Формула изобретения

30

Учебный прибор по сопротивлению материалов, содержащий модель элементарного объема кругл ого закручиваемого стержня, выполненную в виде установленного на горизонтальной оси вращения куба, и стрелочные указатели нормальных напряжений, установенные перпендикулярно боковым граням куба, отличающи11ся тем, что, с целью расширения диапазона рещаемьгх задач путем демонстра- касательных напряжений, он снабжен установленной на основании вертикальной стойкой с втулкой, в кото- рой размещена ось врахдения куба,

средством регистрации угла поворота куба, СОСТОЯЩ15М из закрепленной па птулзсе гра,цуспой шкалы и связап- иого с ocbjo враьцения стрелочного указатштя, и средством снпхропиза- ции изменения угла паклона стрелочных указателей напряжений и врадде- нйя куба, состоящим из пеподвижпо

фиг.З

устаповлеппого iia втулке и гибких тяг, Ш 1рпприо закреплеппых па диске, при этом па параллельных сторонах посредством рьршгов с поворотиыш планками стрелочные указатели установлены на валах, а свободные концы гибких тяг закреплены на рычагах.

Фиг.

Фае.5 В ид Б

1311760

Вид А

фив.6

Вид В

12

Фиг.7

Вид Е

фиг.Ю

13

ВидД

11 11

фиг.8

физ.З

Ж-Ж

Фиг.П

Фиг.12

И- И

Фи&.13

фиг. 15

Фиг. 16

cpu.f