Учебный прибор по сопротивлению материалов Советский патент 1993 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к учебным и демонстрационным приборам и может быть использовано для проведения лабораторных работ и лекционных демонстраций при изложении раздела Статика сооружений курсов Сопротивление материалов и Строительная механика.

Известен учебный прибор по строительной механике (авт. св. № 1254530, G 09 В 23/06, 1986, БИ № 32), содержащий панель с криволинейными пазами, испытываемый образец, выполненный в виде гибких линеек, образующих статически неопределимую раму и устройства для силового воздействия

на образец, путем поворота и линейного смещения узлов рамы. Прибор имеет световое табло с пластинами с изображением эпюр изгибающих моментов и пластиной с изображением основной системы рамы и канонических уравнений метода перемещений для данной рамы. Недостатком этого учебного прибора является то, что он не позволяет демонстрировать эпюры изгибающих моментов и поперечных сил от непосредственного воздействия на образец внешней нагрузки (может демонстрировать данные эпюры только от углов поворота и линейных перемещений узлов), т.е. данный

-ч о ел ел о ел

прибор демонстрирует сущность метода перемещений, а не статическую работу многопролетной шарнирной балки и не позволяет выполнять демонстрацию регулирования напряженно-деформированного состояния подобных систем..

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является учебно-демонстрационный прибор по. строительной механике, представляющий собой модель многопролетной балки из шарнирно соединенных между собой элементов на телескопических опорных стержнях 1.

К недостаткам данного прибора можно отнести то, что не позволяет демонстрировать эпюры.изгибающих моментов и поперечных сил (демонстрирует только линии влияния данных факторов) от действия внешней нагрузки и выполнять лабораторные работы по построению эпюр. Кроме того, данный .прибор не позволяет демонстрировать и взаимодействие элементов многопролетной шарнирной балки между собой.

В нем отсутствует также возможность регулирования внутренних усилий (изгибающих моментов, поперечных сил) и опорных реакций - как в отдельных элементах, так:и в многопролетной шарнирной балке в целом, (там не ставится подобная цель) что в итоге не позволяет активно воздействовать на модель и подчинять ее рациональным требованиям, не способствует развитию инженерного творчества.. Цель изобретения - расширение дидактических возможностей путем количественной оценки напряженно-деформированного состояния балки.

Поставленная цель достигается тем, что учебный прибор по сопротивлению материалов, содержащий размещенную в корпусе посредством опорных элементов модель многопролетной шарнирной балки, средство нагружения и средство регистрации напряженно-деформированного состояния балки,.причем средство нагружения состоит из размещенной на балке подвижной распределительной опоры и набора грузов, подвешенных к балке в заданных точках и к распределительной опоре, а средство регистрации состоит из набора попарно-противоположно размещенных по обе стороны балки и контактирующих с ней динамометров, каждый из которых связан с корпусом посредством жесткой тяги, установленной с возможностью перемещения относительно балки и закрепления в заданной точке и тензодатчиков, размещенных в заданных сечениях балки и связанных с измерительной аппаратурой, при этом жесткие тяги и

контакты динамометров являются опорами балки, а последняя состоит из шарнирно связанных стержневых элементов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый прибор отличается тем, что он позволяет изменять положение промежуточных опор по длине балки и дает возможность регулировать ее напряженно-деформированное состояние

0 (НДС).

Соединение опорных приспособлений балки через динамометры позволяет измерять величины опорных реакций и повышает демонстрационную наглядность

5 взаимодействия между собой отдельных ее элементов (определять какие элементы главные- несущие, какие второстепенные). Прибор снабжен набором дополнительных грузов и подвижной распределитель0 ной опорой для регулирования НДС многопролетной шарнирной балки.

Для наглядности демонстрации на экране дисплея ЭВМ и количественной оценки изменения НДС балки от действия внешней

5 нагрузки и в процессе регулирования, на верхних и нижних гранях испытуемой балки в характерных сечениях по ее длине наклеены тензодатчики сопротивления, включенные в тензометричеекую измерительную

0 систему попарно по полумостовой схеме.

На фиг. 1 показан прибор, общий вид; на фиг. 1 а, б, в - узел опорного приспособления балки; на фиг. 2 г - фрагмент части балки с наклеенными тензодатчиками со5 противления; на фиг. 3- схема соединения тензодатчиков сопротивления с тензомет- рической измерительной системой и ЭВМ; на фиг. 4 - устройство для нагружения балки сосредоточенными грузами.

0 Учебный прибор состоит из испытуемой многопролетной статически определимой шарнирной балки 1, закрепленной в корпусе 2 с помощью системы динамометров 3 с опорными приспособлениями в виде разъ5 ewvibix призм 4, соединенных между собой винтом 11. Верхняя и нижняя траверсы опорной рамы снабжены продольными пазами 5, позволяющими осуществлять перемещения опорных приспособлений (см. фиг.

0 1 и фиг. 2).

В корпусе 2 имеются приспособления 6 для обеспечения горизонтальной связи между балкой и корпусом (шарнирно-по- движное и шарнирное неподвижное опира5 ние, жесткое защемление). Испытуемая балка.1 собирается из набора изгибаемых стержневых элементов, соединенных между собой шарнирами 7. На балку 1 подвешивается специальное приспособление, перемещающееся вдоль оси балки, для передачи

нагрузки основного и дополнительного за- гружения, состоящего.из набора грузов 8 и подвижной распределительной опоры 9.

Приспособление представляет собой устройство для нагружения испытуемой балки сосредоточенными грузами 8. Выполнено в виде рамки 14, опирающейся на балку с подвешенной к ней на штоке 12 площадкой 13 для размещения набора грузов (фиг. 4); для нагружения балки сосредоточенными грузами при проведении опыта данное устройство устанавливают в том сечении по длине балки, где должна быть приложена сосредоточенная сила.

С двух сторон на балку 1 наклеены тен- зодатчики сопротивления 10 (фиг. 2 г), включенные в тензометрическую систему попарно по полумостовой схеме. Измеренный сигнал через интерфейс передается на ЭВМ с выводом на графический экран дисплея (фиг. 3).

Внутренние усилия (изгибающие моменты и поперечные силы) в опасных сечениях балки определяются в результате обработки показаний тензодатчиков сопротивления.

Кроме того, измеряемый сигнал от каждого тензодатчика (величина изгибной деформации) передается через интерфейс на ЭВМ, где по его величине определяются внутренние усилия, а также перемещения (прогибы) и выдаются в графической форме на экран дисплея. Таким образом, обучаемые при проведении эксперимента наблю- .дают на экране дисплея ЭВМ эпюры изгибающих моментов, поперечных сил, прогибов (упругую линию) при действии на балку заданной нагрузки.

Связь тензодатчиков сопротивления через интерфейс с ЭВМ позволяет при прове- дении опытов демонстрировать как статическую работу балки, так и весь процесс регулирования ее напряженного и деформированного состояния.

На .предлагаемом учебном приборе можно проводить следующие опыты:

а) демонстрировать взаимодействие элементов многопролетной статически определимой шарнирной балки 1. Для этого достаточно воздействовать на какой-либо элемент балки, например, простым нажатием пальца, или загруженном его наборными грузами. Обучаемые при этом наблюдают величины опорных реакций, показываемых динамометрами 3. При нагружении главного элемента балки, реакции возникают только в нем, все по отношению к нему второстепенные элементы не работают, при этом, динамометры, соединенные с опорными устройствами данных элементов показывают нулевые реакции. И наоборот, при воздействии на второстепенный элемент реакции возникают как в данном элементе, так и во всех по отношению к нему главных эле5 ментов, что наблюдают по показаниям динамометров.

Таким образом, в процессе подобных демонстраций обучаемые наблюдают как взаимодействие между собой отдельных

0 элементов, так и величины возникающих в опорных устройствах реакций;

б) демонстрировать статическую работу многопролетной шарнирной балки 1 на действие различных заданных нагрузок. При

5 этом величины опорных реакций наблюдаются и измеряются динамометрами 3, и из- гибные деформации измеряются тензодзтчиками сопротивления 10 и через интерфейс передаются от тензосистемы к

0 микро ЭВМ, и в виде эпюр внутренних усилий и прогибов воспроизводятся на экране дисплея;

в) последовательно перемещая .сосредоточенный груз вдоль многопролетной

5 шарнирной балки 1 можно наблюдать величины опорных реакций, показываемых динамометрами, по которым строятся линии влияния. При этом линии влияния изгибающих моментов и поперечных сил в попереч0- ных сечениях, где наклеены тензодатчики 10 демонстрируются на экране дисплея;

г) демонстрировать регулирование напряженного состояния многопролетной шарнирной балки 1 путем перемещения 5 опорных закреплений 4 (изменением соотношений между длинами пролетов и консолей) в продольных пазах 5 корпуса.

С целью регулирования (перераспределения) внутренних усилий в опасныхсечени- 0 ях используют дополнительное нагружение (дополнительные грузы 8 размещаются на балке таким образом, чтобы разгрузить опасные сечения), и подвижную распределительную опору 9, с помощью которой 5 можно изменять схему приложения нагрузки.

Для регулирования внутренних усилий в многопролетной шарнирной балке можно использовать комбинации приведенных вы- 0 ше способов.

Предлагаемый учебный прибор позволяет проводить лабораторные работы, демонстрирующие статическую работу различных по расчетной схеме многопро- 5 летных статически определимых шарнирных балок, взаимодействие отдельных . элементов балок между собой, регулирование их напряженного состояния изменением положения промежуточных опор, дополнительными нагружением, использованием распределительных нагрузочных устройств и комбинаций всех этих способов с накоплением информации на ЭВМ и графическом ее представлением на экране дисплея.

Предлагаемый прибор демонстрирует не только качественную сторону отмеченных эффектов, но и позволяет осуществить

количественное их измерение и сравнение с данными теоретического расчета.

Сам прибор является переносным устройством, не требует применения громоздкого, стационарного оборудования и позволяет проводить демонстрацию и лабораторные работы в обычных аудиториях.

Использование: устройство может быть использовано для проведения лабораторных работ и лекционных демонстраций при изложении раздела Статика сооружений курсов Сопротивление материалов и Строительная механика. Сущность изобретения: учебный прибор содержит размещенную в корпусе посредством опорных элементов модель многопролетной шарнирной балки, средство нагружения и средство регистрации напряженно-деформированного состояния балки, причем средство нагружения состоит из размещенной на балке подвижной распределительной опоры и набора грузов, а средство регистрации - из набора попарно-противоположно размещенных по обе стороны балки динамометров, каждый из которых связан с корпусом посредством жесткой тяги, установленной с возможностью перемещения относительно балки и закрепления в заданной точке, и взаимодействует измерительным контактом с балкой, и тензодатчиков, размещенных в заданных сечениях балки и связанных с измерительной аппаратурой, при этом жесткие тяги и контакты динамометров являются опорами балки, а последняя сострит из шарнирно связанных стержневых элементов. 4 ил. (Л С

Формула изобретения

Учебный прибор по сопротивлению материалов, содержащий размещенную в корпусе посредством опорных элементов модель многопролетной шарнирной балки, средство нагружения балки и средство регистрации напряженно-деформированного состояния последней, отличающийся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей путем количественной оценки напряженно-деформированного се- .-;и балки, средство пагруже.ния состоит из размещенной на балке подвижной рёспреде. и/паяьчой огкфы и набора грузов,. ,--,--„juaP.,

подвешенных к балке в заданных точках и к распределительной опоре, а средство реги- СФ.-ГФ1И состоит из набора попарно противоположно размещенных по обе стороны балки и контактирующих с ней динамометров, каждый из которых связан с корпусом посредством жесткой тяги, установленной с возможностью перемещения относительно балки и закрепления в заданной точке, и тензодатчиков. размещенных в заданных сечениях балки и связанных с измерительной аппаратурой, при этом жесткие тяги и контакты динамометров являются опорами балки, а последняя состоит из шарнирно связанных стержневых элементов. -.«u,™

$

A

.« i

11

фи. 3

,10

, i

IV/

Г

Фиг. 2 V

ч

J13

v-Г

Фиг. 4