Учебный прибор по сопротивлению материалов Советский патент 1990 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к учебным приборам и установкам для испытания на устойчивость гибких стержней,используемым при изучении сопротивления материалов.

Цель изобретения - расширение диапазона решаемых задач путем демон- страции потери устойчивости по типу косого изгиба с кручением по пространственной кривой при действии на гибкий стержень сжимающей силы.

На фиг.1 изображен прибор, вид спереди с частичным вырезом по нижнему опорному узлу; на фиг.2 -.разрез А-А на фиг.1.

Прибор содержит основание 1, две вертикальные стойки 2, поперечину. 3 с направляющими 4, гибкий стержень 5, горизонтальный элемент 6, цилиндрический по лзун 7, верхний стакан 8 верхний сердечник 9, верхний стопорный -винт fO, нижний стакан 11, нижний сердечник 12,нижний стопорный винт 13. Нижний сердечник в верхней части содержит вилку 14 с двумя винтами 15, оси которых лежат на одной линии и,упираясь в углубления на ружной поверхности верхнего стакана, образуют цилиндрический шарнир. Прибор работает следующим образом Отпустив стопорные винты 10 и 13, поворачивают ось шарнира,образуемого винтами .15, так, чтобы она была параллельна оси верхнего шарнира, образуемого горизонтальным элементом 6 и цилиндрическим ползуном 7 в направляющей 4.s

Подвесив на горизонтальный элемент 6 симметрично грузы, общий вес которых Р4. Рк°р , где PJ,°p - критическая сила, убеждаются в том, что

прямолинейная форма упругого равновесия гибкого стержня 5 устойчива: она восстанавливается после устранения причин малых искривлений оси стержня. Увеличивая грузы до значения PJI Р хр наблюдают потерю устойчивости прямолинейной формы упругого равновесия по плоской кривой.

После этого, придерживая стержень за верхний сердечник 9, поворачивают ось нижнего шарнира на угол Ц в i горизонтальной плоскости вместе со стаканом 8 и нижним сердечником 12. Этот угол фиксируют поворотом до упора стопорных винтов 10 и 13.

Можно убедиться, что,если Ра слегка превышает Р кр , то при новом направлении оси нижнего шарнира ось стержня выпрямится вследствие того, что критическая сила в этом случае

,W кр

Р

°

:р.

0

5

Увеличивая сжимающую силу до значения Р Ъ- Р ffl , наблюдают потерю устойчивости по пространственной кривой вследствие того, что стержень при этом испытывает деформацию косого изгиба с кручением.

I

При послудющих опытах можно увеличить угол Ц и наблюдать при этом возрастание критической силы.

А„и

При Cf -г-стержень вновь теряет устойчивостьпо плоской кривой. л-, .

При этом PIKD (Ј) 2 Ркр , так как в этом случае в плоскости потери устойчивости одно из закреплений ведет себя как жесткое.

Ось шарнира может быть повернута и зафиксирована под углом Ы

-4

с главной центральной осью сечения без скручивания стержня. Крутящий момент появляется только после потери устойчивости. О его появлении можно судить, отпустив стопорные винты после потери устойчивости стержня по пространственной кривой.Ось шарнира при этом самопроизвольно повернется |И займет лоложение & 0. После этого изгиб станет плоским. i

Познавательная ценность изобретения состоит в том, что на предлагаемом учебном приборе можно демонстрировать нетривиальный факт потери устойчивости сжатого суержня по ти- пу косого изгиба с кручением по пространственной кривой, наблюдаемый при установке оси шарнирного закрепления

Ъ под углом (отличным от 0 и 2) к

главным центральным осям поперечного сечения.

Формула изобретения

Учебный прибор по сопротивлению материалов, состоящий из основания с двумя стойками, поперечины, гибкого стержня, установленного в нижнем и верхнем узлах опирания, последний из которых содержит горизонтальный элемент, установленный в вертикальных направляющих, прикрепленных к поперечине, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем демонстрации потери устойчивости по типу косого изгиба с кручением по пространственной кривой при действии на гибкий стержень сжимающей силы, нижний узел снабжен устройством автономного поворота оси шарнира в горизонтэльной плоскости, состоящим из двух расположенных, одни под другим стаканов с установленными в них свободно сердечниками, нижний из которых соединен шарнирно с верхним стаканом, при этом стаканы снабжены стопорными винтами, а горизонтальный элемент верхнего узла опирания содержит цилиндрические ползуны, установленные в направляющих по обе

стороны стержня.

Изобретение относится к учебным приборам, а более конкретно к демонстрационным приборам по сопротивлению материалов. Изобретение позволяет расширить свои демонстрационные возможности путем исследования явления потери устойчивости прямолинейной формы упругого равновесия сжатого стержня по пространственной кривой вследствие появления деформации косого изгиба с кручением. Предлагаемый учебный прибор состоит из основания 1 с двумя стойками 2, поперечены 3 с направляющими 4 и гибкого стержня 5. В нижнем узле опирания прибор содержит устройство автономного поворота оси шарнира в горизонтальной плоскости, а в верхнем узле опирания - цилиндрические ползуны 7, установленные в вертикальных направляющих. Нижний узел имеет верхний стакан 8, сердечник 9, стопорный винт 10, нижний стакан 11, сердечник 12, стопорный винт 13. Нижний сердечник в верхней части содержит вилку 14 с двумя винтами 15, оси которых лежат на одной линии и, упираясь в углубления наружной поверхности верхнего стакана, образуют цилиндрический шарнир. При различных положениях нижнего конца стержня демонстрируют соответствующие варианты потери устойчивости. 2 ил.

А-А