Учебный прибор по сопротивлению материалов

 

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

COK)3 СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 6 09 В 23/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4729843/12 (22) 09.08.89 (46) 15.02.93. Бюл. № 6 (71) Красноярский инженерно-строительный институт (72) Н.П.Абовский, Ю.А.Воловик, P.À,Ñàáèров, Н.И.Марчук, В.И.Палагушкин и А,А.Топоров (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1365110, кл. G 09 В 23/06, 1988. (54) УЧЕБНЪ|Й ПРИБОР ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ (57) 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

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. ¹ 1254530, G 09 В

23/06, 1986, БИ ¹ 32), содержащий панель с криволинейными пазами, испытываемый образец, выполненный в виде гибкихлинеек, образующих статически неопределимую раму и устройства для силового воздействия

«М «1795505 А1 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 состоит из шарнирно связанных стержневых элементов, 4 ил. 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

1795505 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 f1).

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 ин>кенерного творчества.

Цель изс„-..:ретения — 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 воэможностью перемещения относител ьно 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

10 (НДС), Соединение опорных приспособлений балки через динамометры позволяет измерять величины опорных реакций и повышает демонстрационную наглядность взаимодействия между собой отдельных ее элементов (определять какие элементы главные — несущие, какие второстепенные).

Прибор снабжен набором дополнительных грузов и подвижной распределитель20 ной опорой для регулирования НДС многопролетной шарнирной балки .

Для наглядности демонстрации на экране дисплея ЭВМ и количественной оценки изменения НДС балки от действия внешней нагрузки и в процессе регулирования, на верхних и нижних гранях испытуемой балки в характерных сечениях по ее длине наклеены тензодатчики сопротивления, включенные в тензометрическую измерительную

30 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 сопротивления; на фиг. 3 — схема соединения тензодатчиков сопротивления с тензометрической измерительной системой и ЭВМ; на фиг. 4 — устройство для нагружения балки сосредоточенными грузами.

40 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 разь45 емных призм 4. соединенных между собой винтом 11. Верхняя и нижняя траверсы опорной рамы снабжены продольными пазами 5, позволяющими осуществлять перемещения опорных приспособлений (см. фиг.

50 1 и фиг. 2).

В корпусе 2 имеются приспособления б для обеспечения горизонтальной связи между балкой и корпусом (шарнирно-подвижное и шарнирное неподвижное опирание, 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

1795505

10

20

30. ных сечениях, где наклеены тензодатчики

40

50 нагрузки основного и дополнительного загружения, 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 тензодатчики 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 проведении 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 загружением его наборными грузами. Обучаемые при этом наблюдают величины опорных реакций, показываемых динамометрами 3. При нагружении главно- 5 го элемента балки, реакции возникают только в нем, все по отношению к нему второстепенныеэлементы 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 элементов, что наблюдают по показаниям динамометров.

Таким образом, в процессе подобных демонстраций обучаемые наблюдают как взаимодействие между собой отдельных элементов, так и величины возникающих в опорных устройствах реакций; б) демонстрировать статическую работу многопролетной шарнирной балки 1 на действие различных заданных нагрузок. При этом величины опорных реакций наблюдаются и измеряются динамометрами 3, и изгибные деформации измеряются тензодатчиками сопротивления 10 и через интерфейс передаются от тензосистемы к микро ЭВМ, и в виде эпюр внутренних усилий и прогибов воспроизводятся на экране дисплея; в) последовательно перемещая сосредоточенный груз вдоль многопролетной 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 попереч10 демонстрируются на экране дисплея; г) демонстрировать регулирование напряженного состояния многопролетной шарнирной балки 1 путем перемещения опорных закреплений 4 (изменением соотношений между длинами пролетов и консолей) в продольных пазах 5 корпуса.

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

Для регулирования внутренних усилий в многопролетной шарнирной балке можно использовать комбинации приведенных выше способов.

Предлагаемый учебный прибор позволяет проводить лабораторные работы, демонстрирующие статическую работу различных по расчетной схеме многопролетных статически определимых шарнирных балок, взаимодействие отдельных элементов балок между собой, регулирование их напряженного состояния изменением положения промежуточных опор, дополнительными нагружением, использо1795505

10 ванием 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 качесгвеннуа сторону отмеченных эффектов, но и позволяет осуществить

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 дидактиче. ских возможностей путем количественной

- ц:;и ки напряженно-деформированного со.

< < v ;. ия 0а/1ки> с(>еедс Гво нагружений состо" и, из раььненои ню б лке подвижной р tt:ì äåi):,/ï(ç 1ü÷àé оп:.Зры и н:-)бова Грузов, с количественное их измерение и сравнение с данными теоретического расчета, Сам прибор является переносным уст5 ройством, не требует применения громоздкого, стационарного оборудования и позволяет проводить демонстрацию и лабораторные работы в обычных аудиториях. подвеш:;: «ых к балке в заданных точках и к распре,,елигельной опоре, а средство регис р,,ц; и устоит 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 воэможностью перемещения относительно .алки и закрепления в заданной точке, и гензодагчиков, размещенных в заданных сечениях балки и связанных с измерительной аппаратурой, при этом жесткие тяги и

;.онтакты дина геометров являются опорами

Бал;.и, а последняя состоит из шарнирно связа-.ã;.:õ сгержневых элементов.

179550

Составитель Н.Абовский

Редактор Т.Полионова Техред М,Моргентал Корректор Н.Кешеля

Заказ 677 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент"; r. Ужгород, ул,Гагарина, 101