Учебный прибор по сопротивлению материалов Советский патент 1991 года по МПК G09B23/06 

(Л

С

Изобретение относится к демонстрационным приборам по сопротивлению материалов и может быть использовано в учебном процессе. Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей учебного прибора. Учебный прибор содержит модель нагружаемого элемента со смотровым окном, продольными прорезями и изображением сетки эпюры напряжений и средство для демонстрации изменения эпюры напряжений, включающие секторную и прямоугольную пластины. Прямоугольная пластина упруго связана с моделью и снабжена центральной нагружающей тягой, несущей шарнирно закрепленный поперечный стержень. На оси секторной пластины жестко закреплен второй поперечный стержень, упруго связанный с моделью. Поперечные стержни связаны между собой посредством телескопических тяг. Все тяги снабжены стрелками-векторами нагружающих сил. 7 ил.

Изобретение относится к демонстрационным приборам по сопротивлению материалов и позволяет демонстрировать формы эпюр напряжений, возникающих в поперечном сечении внецентренно нагруженной модели плоского стержня, при действии осевого растягивающего усилия и изгибающего момента.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей.

На фиг. 1 приведена схема учебного прибора в ненагруженном состоянии, на фиг. 2 - то же, при нагружении элемента одной осевой силой Р; на фиг. 3 и 4 - то же, при нагружении элемента осевой силой Р и моментами, равными РХ и2РХр соответственно: на фиг. 5 - прибор, вид сзади, на фиг. 6 и 7 - сечения А-А и Б-Б на фиг. 1.

Учебный прибор по сопротивлению материалов состоит из модели 1 нагружаемого

элемента со смотровым окном 2 и изображением 3 сетки эпюры и средства для демонстрации изменения эпюры напряжений при изменении точек приложения нагрузки, включающее расположенные по разные стороны модели 1 прямоугольную 4 и секторную 5 пластины с изображением 6 направления изгибающего момента. Причем первая установлена с возможностью возвратно-поступательного движения, а вторая с возможностью поворота вокруг оси 7 относительно модели 1.

Прямоугольная пластина 4 упруго связана с моделью 1 пружиной 8 и снабжена центральной нагружающей тягой 9, несущей шарнирно закрепленный на поводке 10, размещенном в центральной прорези 11 модели 1, поперечный стержень 12, расположенный на лицевой стороне модели 1. На оси 7 секторной пластины 5 закреплен втоО 4 Ю СП

СЛ

ом in гтррх-онь 13 упрут от тайный моделью 1 пружиной I 1

Г10рмт 12 и 13 шарнирно тязаны между го)ой подпружиненными гелескопи ческими тчгами 15 и 16 г, поводками 17. который перемещаются в продольных прорезях 18 21 модели Все тяги 9, 15 и 16 расположены г. обратной стороны модели 1 и несут на своих свободных концах жестко закрепленные стрелки векторы 22 24 нагружающих сил. На лицевой стороне модели 1 нанесены шкалы величин напряже ний отдельно для каждого вида нагружения и для суммарной эпюры внецентренного растяжения а также изображены нулевые линии 25 27 эпюр Эпюры образуются о (Ими нулевыми линиями и верхним краем прямоукнп.нои пластины Л и стержнями 13 и 12 соответственно

Прибор работает следующим образом. Для демонстрации эпюры напряжений or действия осегюго растягивающею усилия последнее прикладывают к свободному концу центральной тяги 9 (фиг 2), которая перемещает пластину 4 и поперечный стержень 12 на одинаковую величину, равную лпине прорези 11. В результате этого перемещения из-за модели появляется изображение стрелки-вектора 22, соответствующее величине прикладываемой на- |рузки, а пластина 4 открывает часть изображения 3 эпюры напряжений, соответствующей величине нагрузки, равной единице по шкале напряжений При этом эпюры напряжений, образованные нулевой линией 25 и верхним краем пластины 4 и нулевой линией 27 и стержнем 12, доказы вают то положение центрального растяже нич, что в любом поперечном сечении стержня нормальные напряжения одинаковы.

Для демонстрации явления внецентренного растяжения растягивающее усилие прикладывают еще и к тяге 15 (фи. 3). расположенной на расстоянии Хр от централь ной тяги 9. Тяга 15 посредством поводков 17 поворачивает стержень 13 вместе с сектором 5, и сгеожень 12 на одинаковые углы, определяемые длинами прорезей 18 и 19 При этом в смотровом окне 2 появляется изображениэ стрелки 6, указывающей на правление изгибающе о момент а и характеризующей своей длиной величину М - Р Хр. В нижней части модели i при этом появляется изображение стрелки-векгора 23, соответствующего величине приложен ной растя ивающеи нагрузки Р Эпюру на прчжоний or действия илгпбакмчего момента в этом случае наблюдаю1 нулевой , H,nneii V и г,гержнг м 13 fjfn.vnn

напряжений соответствующая этому моменту изображается на шкале напряжений ординатой рапной единице. Суммарная эпюра напряжений изображается нулевой

линией 27 и стержнем 12 Далее поясняют слушателям, что при увеличении координаты X точки приложения силы Р будет увеличиваться только изгибающий момент, а, следовательно будут увеличиваться напря0 жения от этого момента в соответствии с формулой

где Хр - координата точки приложения си5 л ы;

X координата точки, в которой определяется напряжение.

J момент инерции сечения,

F площадь поперечного сечения.

0Для подтверждения сказанного прикладывают си; ° к тяге 16(фиг. 4), расположенной на оасстоянии 2хо от тяги 9. При этом тяга 16 посредством поводков 17 поворачивает стержни 13 и 12 на одинаковые углы,

5 характеризуемые длинами прорезей 20 и21. В смотровом окне 12 в этом случае появляется увеличенное изображение стрелки 6, характеризующее величину момента, возросшего в два раза. В нижней части модели

0 появляется изображение стрелки-вектора 24, величина которой соответствует величине прикладываемой нагрузки Р. При этом величина напряжения, соответствующая этому моменту, изображается на шкале нэ5 пряжений ординатой, равной двум. Форма и величина суммарной эпюры напряжений изображается нулевой линией 27 и стержнем 12 При этом на эпюре видны зона растяжения и зона сжатия.

0 Таким образом, рассмотренный учебный прибор по сопротивлению материалов позволяет демонстрировать равенство нормальных напряжений во всех поперечных сечениях центрального растянутого стерж5 ня и изменение характера эпюр и величин нормальных напряжений при внецентрен- ном растяжении стержня при изменении ве- личин растягивающих нагрузок и изгибающих моментов

0Формула изобретен и я

Учебный прибор по сопротивлению материалов, содержащий модель нагружаемого элемента со смотровым окном и изображением на ее поверхности сетки

5 эпюры напряжении и средство для демонстрации изменения эпюры напряжений при изменении точек приложения нагрузки, включающее расположенные по разные стороны модечи прямоугольную и секторную пластины, причем первая устанонлона с возможностью возпрагно поступательного движения, а вторая с возможностью поворота вокруг оси относительно модели, при этом на секторной пластине нанесено изображение направления изгибающего момента, отличающийся тем. что, с целью расширения демонстрационных возможностей, модель имеет продольные прорези различной длины с размещенными в них поводками, прямоугольная пластина упруго связана с моделью и снабжена центральной нагружающей тягой, расположенной с тыльной стороны модели и несущей шарнирно закрепленный на поводке, М -|-|

--(-J

51 А

Фие.1

0

мощенном в центральной прорези модели, первый поперечный стержень, расположенный на лицевой стороне модели и снабжен- ный продольными нагружающими телескопическими тягами, расположенными с тыльной стороны модели, параллельными центральной тяги, при этом на оси секторной пластины, на лицевой стороне модели жестко закреплен второй поперечный стержень, упруго связанный с моделью и телескопическими тягами, причем последние соединены с поводками, расположенными в прорезях модели, и на всех тягах жестко закреплены стрелки-векторы нагружающих сил.

Л

Фиг. 5

6-Б

Фиг. 6

Фиг. 7