本發(fā)明涉及材料力學實驗教學
技術(shù)領域：
，尤其涉及測量內(nèi)力測量及其標定裝置及其標定裝置。
背景技術(shù)：
：目前，在力學教學實驗方面，沒有一種能夠直接展示、測量梁的內(nèi)力的專用器材，有關梁內(nèi)力測量的教學實驗直觀性差，因此需要研制一種內(nèi)力測量傳感器及其標定裝置。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是實現(xiàn)一種能夠展示、測量內(nèi)力的專用器材，提高梁的內(nèi)力測量實驗教學直觀性的儀器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種內(nèi)力測量及其標定裝置，裝置設有基座和固定座，所述基座和固定座相向端各設有兩個連接耳，三根測量桿呈Z形通過銷軸鉸接在連接耳上，每個所述測量桿上固定有應變片，所述應變片輸出信號至電阻應變儀，所述固定座另一端固定有施力梁，拉力傳感器一端通過連接件連接施力梁，另一端連接施力機構(gòu)。所述施力機構(gòu)包括弧形的機架、沿機架滑動的滑套、固定在滑套內(nèi)的絲桿、以及與絲桿一端連接的加載手輪，所述絲桿另一端通過軸承連接拉力傳感器，所述連接件通過轉(zhuǎn)軸固定在施力梁上，所述機架以轉(zhuǎn)軸為中心。所述機架為半圓形，所述轉(zhuǎn)軸為半圓形機架的圓心，所述機架上設有角度刻度，所述機架通過螺栓連接固定在基座上。所述滑套內(nèi)部設有與絲桿配合的內(nèi)螺紋，所述機架由兩片弧形板構(gòu)成，弧形板之間設有供滑套滑動的滑槽，所述滑套一端設有支撐在機架一側(cè)的凸臺結(jié)構(gòu)，另一端設有位于機架另一側(cè)的外螺紋和外螺母，所述滑套通過凸臺和外螺母夾持固定在所述機架上。基于所述內(nèi)力測量及其標定裝置的標定方法，其特征在于：1)調(diào)節(jié)內(nèi)力測量及其標定裝置，將應變片和拉力傳感器置0；2)軸力標定：調(diào)整滑套至機架中心位置，使拉力傳感器對施力梁的施力角度α＝0°，分別記錄拉力傳感器讀數(shù)和電阻應變儀讀數(shù)，并通過讀數(shù)獲得軸力測量值和標定值；3)剪力標定：調(diào)整滑套至機架底邊位置，使拉力傳感器對施力梁的施力角度α＝90°，分別記錄拉力傳感器讀數(shù)和電阻應變儀讀數(shù)，并通過讀數(shù)獲得軸力測量值和標定值；4)軸力剪力和彎矩的標定：調(diào)整滑套至機架任意位置，并記錄滑套偏轉(zhuǎn)角度，采用等量逐級加載法加載，分別記錄拉力傳感器讀數(shù)和應變儀讀數(shù)，通過讀數(shù)獲得剪力、軸力和彎矩的測量值和標定值。本發(fā)明的優(yōu)點在于可以測量矩形截面梁橫截面上的內(nèi)力(軸力、剪力和彎矩)，還通過更換不同結(jié)構(gòu)形式連接組件，還可以測量具有不同截面形狀的各種梁的內(nèi)力，應用與材料力學、結(jié)構(gòu)力學教學試驗中桿件的內(nèi)力測定。此裝置結(jié)構(gòu)簡單、標定方法簡單可行。附圖說明下面對本發(fā)明說明書中每幅附圖表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明：圖1為內(nèi)力測量及其標定裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為內(nèi)力測量及其標定裝置工作原理圖；圖3為內(nèi)力測量及其標定裝置的內(nèi)部測力構(gòu)件示意圖；圖4為圖3中內(nèi)部測力構(gòu)件工作原理圖；上述圖中的標記均為：1、測量桿；2、連接耳；3、銷軸；4、連接板；5、固定座；6、施力梁；7、機架；8、連接件；9、拉力傳感器；10、滑套；11、加載手輪；12、應變片。具體實施方式如圖3所示，內(nèi)力測量及其標定裝置設有基座和固定座5，基座和固定座5兩者分離，基座和固定座5相向端各設有兩個連接耳2，三根測量桿1呈Z形通過銷軸3鉸接在連接耳2上，即測量桿1的端部可以相對于連接耳2轉(zhuǎn)動，三個測量桿1其中兩根相互平行，兩端分別連接在基座和固定座5上，另一個測量桿1傾斜連接在平行的測量桿1之間，上述用于固定的銷軸3的軸線與三根測量桿1所在平面垂直。每根測量桿1上固定有應變片12，優(yōu)選固定在每個測量桿1的中間，應變片12輸出信號至電阻應變儀，用于獲得每根測量桿1的受力狀況。如圖1所示內(nèi)力測量標定裝置結(jié)構(gòu)示意圖，固定座5另一端固定有施力梁6，施力梁6通過連接板4固定在固定座5上，拉力傳感器9一端通過連接件8連接施力梁6，另一端連接施力機構(gòu)。施力機構(gòu)包括弧形的機架7、沿機架7滑動的滑套10、固定在滑套10內(nèi)的絲桿、以及與絲桿一端連接的加載手輪11，絲桿另一端通過軸承連接拉力傳感器9，連接件8通過轉(zhuǎn)軸固定在施力梁7上，絲桿、軸承、拉力傳感器9、連接件8在一條直線上，通過絲桿與滑套10的配合，對施力梁7施加拉力或壓力，從而使測量桿1上的應變片12產(chǎn)生數(shù)值讀數(shù)。操作時，通過調(diào)節(jié)滑套10在機架7上的位置，連接件8會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，機架7優(yōu)選為半圓形，機架7所在平面與三根測量桿1所在平面平行，機架7可通過螺栓連接固定在基座上，轉(zhuǎn)軸為半圓形機架7的圓心，并在機架7上設有角度刻度，則可精確的控制施力角度。為方便調(diào)節(jié)滑套10滑動，滑套10內(nèi)部設有與絲桿配合的內(nèi)螺紋，機架7由兩片弧形板構(gòu)成，弧形板之間設有供滑套10滑動的滑槽，滑套10一端設有支撐在機架7一側(cè)的凸臺結(jié)構(gòu)，另一端設有位于機架7另一側(cè)的外螺紋和外螺母，滑套10通過凸臺和外螺母夾持固定在機架7上，這樣的結(jié)構(gòu)既能方便調(diào)節(jié)滑套10，也能可靠的固定滑套10，保證轉(zhuǎn)動加載手輪11時滑套10不會發(fā)生位移，使施力角度不會發(fā)生變化。如圖4所示，內(nèi)力測量及其標定裝置的工作原理。根據(jù)靜力平衡條件，可得截面內(nèi)力與內(nèi)力測量及其標定裝置測量桿1軸力之間的關系為:FN=X1+X2LL2+d2+X3FS=-X2dL2+d2M=X1d2+X2Ld2L2+d2-X3d2---(1)]]>式中：FN,FS,M分別為傳感器測量的軸力、剪力和彎矩，X1,X2,X3分別為內(nèi)力測量及其標定裝置三個測量桿1的軸力。可以通過在測量桿1上貼上電阻應變片12測得各桿軸力，再根據(jù)式(1)計算測量截面的內(nèi)力。分別在三根測量桿1的中部貼上電阻應變片12，可采用半橋解法，通過測量電阻應變片12的應變，可按照公式Xi＝EεiAi(i＝1,2,3)計算各桿軸力，式中Xi,εi,Ai分別為第i桿的軸力、測量應變和截面面積，E為測量桿1件的彈性模量。如圖2所示，標定方法的工作原理。應用一個拉力傳感器9通過改變其安放角度就可以實現(xiàn)對內(nèi)力測量及其標定裝置進行標定。當拉力傳感器9水平放置時即α＝0°，此時拉力傳感器9的讀數(shù)就是內(nèi)力測量及其標定裝置的所測軸力。當拉力傳感器9豎直放置時即α＝90°，此時拉力傳感器9的讀數(shù)就是內(nèi)力測量及其標定裝置的所測剪力。當拉力傳感器9處于任意位置時α，此時拉力傳感器9的讀數(shù)與內(nèi)力測量及其標定裝置的所測內(nèi)力關系為：FN=PcosαFs=PsinαM=Pd0sinα---(2)]]>式中：P為拉力傳感器9的讀數(shù)，d0為固定座5連接耳2轉(zhuǎn)軸的中心距。通過比較測量并由式(1)計算出的內(nèi)力測量及其標定裝置的內(nèi)力值和由式(2)計算出的內(nèi)力測量及其標定裝置的內(nèi)力值對內(nèi)力測量及其標定裝置進行標定?；谏鲜鰞?nèi)力測量及其標定裝置的標定方法：將內(nèi)力測量及其標定裝置固定在工作臺上，安裝好拉力傳感器9，將貼在三根測量桿1上的應變片12連接上電阻應變儀的測量電橋。轉(zhuǎn)動加載手輪11，記錄拉力傳感器9初始讀數(shù)并將電阻應變儀置0。2)軸力標定將拉力傳感器9調(diào)置水平即α＝0°，采用等量逐級加載法加載，分別記錄拉力傳感器9讀數(shù)和電阻應變儀讀數(shù)，分別按照式(1)和式(2)計算內(nèi)力測量及其標定裝置的軸力測量值和標定值，計算誤差。3)剪力標定將拉力傳感器9調(diào)置水平即α＝90°，采用等量逐級加載法加載，分別記錄拉力傳感器9讀數(shù)和電阻應變儀讀數(shù)，分別按照式(1)和式(2)計算內(nèi)力測量及其標定裝置的剪力測量值和標定值，計算誤差。4)軸力剪力和彎矩的標定將拉力傳感器9調(diào)置任意位置并記錄α，采用等量逐級加載法加載，分別記錄拉力傳感器9讀數(shù)和電阻應變儀讀數(shù)，分別按照式(1)和式(2)計算內(nèi)力測量及其標定裝置的剪力、軸力和彎矩的測量值和標定值，計算誤差。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3