Учебный прибор по строительной механике

 

Сущность изобретения: коническую оболочку или цилиндрическую, или оболочку в виде усеченного конуса помещают между зажимными устройствами и включает электрический двигатель. Вращение его вала через шестерню передают на червяк, преобразуя вращение вала в поступательное движение червяка, которое через диаметр, датчик силы и толкатель передается на верхнее зажимное устройство. Добиваются явления потери устойчивости, при этом наблюдают визуально по динамометру и регистрируют на аппаратуре через датчик силы величину критической силы и процесс ее спада после потери устойчивости, при этом изменяя скорость нагружения за счет изменения скорости вращения вала электрического двигателя. 1 ил.

Изобретение относится к учебным наглядным пособиям, в частности по строительной механике, и может быть использовано с учетом в процессе ВУЗов.

Известен учебный прибор по строительной механике, содержащий закрепленные на основании нижнее зажимное устройство и стойку, установленные на стойке нагружающее устройство, выполненное в виде рычага с грузом, шарнирно связанного с толкателем, установленным в направляющем стакане, связанное с толкателем верхнее зажимное устройство с установленным между зажимными устройствами деформируемым объектом (Рубашкин А.Г. Лабораторные работы по сопротивлению материалов, М. Высшая школа", 1966, с.137).

Однако известный прибор не позволяет демонстрировать потерю устойчивости тонкостенных гладких и подкрепленных цилиндрически оболочек различных длин и диаметров, нагруженных осевой сжимающей силой и избыточным внешним давлением.

Известен также учебный прибор по строительной механике, содержащий закрепленные на основании нижнее зажимное устройство и стойку, выполненную в виде винта, установленное на стойке нагружающее устройство в виде рычага с грузом, шарнирно связанного с толкателем, установленным в направляющем стакане, связанное с толкателем верхнее зажимное устройство, установленные между зажимными устройствами деформируемый объект цилиндрическую оболочку, винтовой ограничитель, установленный на нижнем зажимном устройстве, причем зажимные устройства выполнены в виде дисков, при этом диск нижнего зажимного устройства имеет канал для соединения с вакуум-насосом, нагружающее устройство связано с винтом стойки посредством ходовой и стопорной гаек, а груз установлен на рычаге с возможностью осевого перемещения.

Однако данный прибор не позволят демонстрировать потерю устойчивости тонкостенных гладких и подкрепленных конических оболочек и оболочек в виде усеченного конуса, регулировать скорость нагружения, наблюдать и регистрировать процесс спада критической силы после потери устойчивости оболочки.

Цель изобретения расширение демонстрационных возможностей прибора путем показа потери устойчивости разновидностей конических оболочек, анализа процесса спада критической силы после потери устойчивости оболочек, а также регулирования скорости нагружения.

Для этого в учебный прибор, содержащий закрепленные на основании нижнее зажимное устройство и стойки, установленное на стойках нагружающее устройство, толкатель, установленные в направляющем стакане, связанное с толкателем вернее зажимное устройство, установленный между зажимными устройствами деформируемый объект, винтовой ограничитель, установленный на нижнем зажимном устройстве, причем зажимные устройства выполнены в виде дисков с концентрическими кольцевыми выступами, а диск нижнего зажимного устройства имеет канал для соединения с вакуум-насосом, введена дополнительно стойка, при этом обе стойки выполнены в виде цилиндрических направляющих, к которым посредством втулок скольжения прикреплено с возможностью фиксации в заданном положении с помощью винтов нагружающее устройство, состоящее из электрического двигателя, червячной пары динамометра, датчика силы, толкателя, причем на валу электрического двигателя закреплена шестерня червячной пары, входящая в зацепление с червяком, динамометр жестко соединен одним концом с червяком, а другим с датчиком силы, который шарнирно соединен с толкателем а на нижней плоскости верхнего зажимного устройства, размещенного между толкателем и деформируемым объектом, установленного с возможностью скольжения на стойках, выполнено соосно с толкателем центрирующее конусное углубление.

Существенные отличия от прототипа и новизна заключаются в том, что введена дополнительно стойка, при этом обе стойки выполнены в виде цилиндрических направляющих, к которым посредством втулок скольжения прикреплено с возможностью фиксации в заданном положении с помощью винтов нагружающее устройство; нагружающее устройство состоит из электрического двигателя, червячной пары, динамометра, датчика силы и толкателя, причем на валу электрического двигателя закреплена шестерня червячно у пары, входящая в зацепление с червяком, динамометр жестко соединен одним концом с червяком, а другим с датчиком силы, который шарнирно соединен с толкателем; на нижней плоскости верхнего зажимного устройства, размещенного между толкателем и деформируемым объектом, установленного с возможностью скольжения на стойках, выполнено соосно с толкателем центрирующее конусное углубление.

На чертеже показана схема предлагаемого прибора, Прибор имеет закрепленные на основании 1 нижнее зажимное устройство 2 и стойки 3, выполненные в виде цилиндрических направляющих. Верхнее зажимное устройство 4, установленное с возможностью скольжения на стойках 3. связано с нагружающим устройством, состоящим из электрического двигателя 5, червячной пары, динамометра 6, датчика силы 7 и толкателя 8, причем на валу электрического двигателя 5 закреплена шестерня 9 червячной пары, входящая в зацепление с червяком 10, динамометр 6 жестко соединен одним концом с червяком 10, а другим с датчиком силы 7, который шарнирно соединен с толкателем 8, установленным в направляющем стакане 11, который через тяги 12 соединен с втулками скольжения 13. Кроме того, к втулкам скольжения 13 прикреплен рычаг 14, на котором установлен электрический двигатель 5, с вала которого при помощи тахометра 15 контролируется количество оборотов. Втулки скольжения 13 фиксируются в заданном положении с помощью винтов 16. На нижнем зажимном устройстве 2 установлен винтовой ограничитель 17. Зажимные устройства 2 и 4 выполнены в виде дисков с концентрическими кольцевыми выступами 18, при этом диск нижнего зажимного устройства 2 имеет канал 19 для соединения трубопроводом с вакуум-насосом 20. Прибор, кроме того, имеет пульт управления 21 и вакуумметр 22. На нижней плоскости верхнего зажимного устройства 4 выполнено соосно с толкателем 8 центрирующее конусное углубление 23, в которое устанавливается вершина конуса деформируемого объекта конической оболочки 24.

Прибор работает следующим образом. Испытуемую оболочку устанавливают на концентрических выступах 18, а для конических оболочек задействуется и центрируется и центрирующее конусное углубление 23 зажимных устройств 2 и 4, соответствующих диаметру оболочки. Ограничитель 17 устанавливают таким образом, чтобы между его верхним торцом и конусом оболочки был зазор, обуславливающий максимально допустимые перемещения оболочки в момент потери устойчивости (с помощью винтов 16 устанавливают высоту нагружающего устройства в соответствии с длиной оболочки).

Демонстрация явления потери устойчивости и анализ процесса спада критической силы после потери устойчивости гладких и подкрепленных различных конических и цилиндрических оболочек выполняются следующим образом.

Нагружение осевой сжимающей силой. В исходном положении коническую оболочку 24 располагают между зажимными устройствами 2 и 4, вершиной корпуса в центрирующее конусное углубление 23, перемещая втулки скольжения 3 до касания толкателя 8 верхнего зажимного устройства 4 и фиксируя это положение винтами 16. Включая электрический двигатель 5, шестерня 9 червячной пары и червяк 10 преобразуют вращение вала двигателя в поступательное движение червяка 10, которое через динамометр 6, датчик силы 7 и толкатель 8 передается на верхнее зажимное устройство 4. Добиваются явления потери устойчивости. При этом выбирается ограничительный зазор, зажимное устройство 4 садится на верхний торец ограничителя 17. Величина критической силы снимается как с динамометра 6 визуально, так и с датчика силы 7 на регистрирующий прибор (не показано), с них же анализируется процесс спада критической силы после потери устойчивости оболочки. Меняя скорость вращения электрического двигателя 5 и фиксируя это тахометром 15, наглядно демонстрируется влияние скорости нагружения на величину критической силы.

Нагружение внешним избыточным давлением. В исходном положении нагружающее устройство отведено вверх и зафиксировано винтами 16. Ограничитель 17 отсутствует. С пульта управления 21 включает вакуумный насос 20 и происходит откачка воздуха из внутренней полости оболочки. Внешнее избыточное давление приводит к потере устойчивости оболочки. Избыточное давление определяется как разность между атмосферным давлением и давлением во внутренней полости оболочки.

Нагружение осевой силой и внешним избыточным давлением. Исходное положение принимается как и при нагружении осевой сжимающей силой. Включают электрический двигатель 5 и, контролируя по динамометру 6, создается осевая сжимающая сила, меньшая критической. Далее включают насос 20 до момента наступления потери устойчивости оболочки. Степень разрежения во внутренней полости оболочки контролируется по вакуумметру 22. Меняя скорость вращения электрического двигателя, анализируют влияние скорости нагружения, а также изменение внешнего и избыточного давления на критическую силу и на процесс спада критической силы после потери устойчивости.

Предлагаемая учебная установка существенно расширяет дидактические возможности при изучении явления потери устойчивости гладких и подкрепленных как цилиндрических, так и различных конических оболочек, обеспечивая наглядность картины потери устойчивости при различных характере и скорости нагружения, различных соотношениях диаметров, длин и типов подкрепляющих элементов оболочек, а также позволяет наблюдать и анализировать процесс спада критической силы после потери устойчивости оболочки.

Формула изобретения

УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКЕ, содержащий закрепленные на основании нижнее зажимное устройство и стойку, установленные на стойке нагружающее устройство, толкатель, установленный в направляющем стакане, связанное с толкателем верхнее зажимное устройство, установленный между зажимными устройствами деформируемый объект, винтовой ограничитель, установленный на нижнем зажимном устройстве, причем зажимные устройства выполнены в виде дисков с концентрическими кольцевыми выступами, а диск нижнего устройства имеет канал для соединения с вакуум-насосом, отличающийся тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей путем показа потери устойчивости разновидностей конических оболочек и анализа процесса спада критической смолы после потери устойчивости оболочки, а также регулирования скорости нагружения, в него введена дополнительно стойка, при этом обе стойки выполнены в виде цилиндрических направляющих, к которым посредством втулок скольжения прикреплено с возможностью фиксации в заданном положении с помощью винтов нагружающее устройство, в которое дополнительно введены электрический двигатель, червячная пара, динамометр, датчик силы, причем на валу электрического двигателя закреплена шестерня червячной пары, входящая в зацепление с червяком, динамометр жестко соединен одним концом с червяком, а другим - с датчиком силы, который шарнирно соединен с толкателем, а на нижней полости верхнего зажимного устройства, размещенного между толкателем и деформируемым объектом, установленного с возможностью скольжения на стойках, выполнено соосно с толкателем центрирующее конусное гнездо.

РИСУНКИ

Рисунок 1