Учебный прибор по сопротивлению материалов

СОК)3 СОВЕТСКИХРЕСПУБЛИК 50 1)5 609 В 2306 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1365110, кл. 0 09 В 23/06, 1988,(54) УЧЕБНЪЙ ПРИБОР ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ(57) Использование; устройство может бытьиспользовано для проведения лабораторных работ и лекционных демонстраций приизложении раздела "Статика сооружений"курсов "Сопротивление материалов" и"Строительная механика", Сущность изобретения: учебный прибор содержит размещенную в корпусе посредством опорных е относится к учебным и дем приборам и может быть я проведения лабораторционных демонстраций при ела "Статика сооружений" тивление материалов" и еханика".бный прибор по строительвт. св. М 1254530, 6 09 В ч), содержащий панель ми пазами, испытываемый енный в виде гибких лине- статически неопределимую а для силового воздействия Изобретен и монстрационны использовано дл ных работ и лек изложении разд курсов "Сопро"Строительная м Известен уче ной механике (а 23/06, 1986, БИ с криволинейны образец, выполн ек, образующих раму и устройствэлементов 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 - изнабора попарно-противоположно размещенных по обе стороны балки динэмометров, 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 (Я смещения узлов рамы. Прибор имеет свето- (") вое табло с пластинами с изображением (Л 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. данныйприбор демонстрирует сущность метода перемещений, а не статическую работу много- пролетной 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 инкенерного 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 балкипричем 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 прототи пом показывает, что заявляемый приборотличается тем, что он позволяет изменять положение промежуточных опор по длине балки и дает возможность регулировать ее напряженно-деформированное состояние 10 (НДС),Соединение опорных приспособленийбалки через динамометры позволяет измерять величины опорных реакций и повышает демонстрационную наглядность 15 взаимодействия между собой отдельных ееэлементов (определять какие элементы главные - несущие, какие второстепенные).Прибор снабжен набором дополнительных грузов и подвижной распределитель ной опорой для регулирования НДСмногопролетной шарнирной балки.Для наглядности демонстрации на экране дисплея ЭВМ и количественной оценки изменения НДС балки от действия внешнейнагрузки 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 со противления; на фиг. 3 - схема соединениятензодатчиков сопротивления с тензометрической измерительной системой и ЭВМ; на фиг. 4 - устройство для нагружения балки сосредоточенными грузами.40 Учебный прибор состоит из испытуемоймногопролетной статически определимой шарнирной балки 1, закрепленной в корпусе 2 с помощью системы динамометров 3 с опорными приспособлениями в виде разь емных призм 4, соединенных между собойвинтом 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 бдля обеспечения горизонтальной связи между балкой и корпусом (шарнирно-подвижное и шарнирное неподвижное опира ние, жесткое защемление), Испытуемаябалка.1 собирается из набора изгибаемых стержневых элементов, соединенных между собой шарнирами 7. На балку 1 подвешивается специальное приспособление, перемещающееся вдоль оси балки. для передачи510 15 20 30 ных сечениях, где наклеены тензодатчики 35 40 50 нагрузки основного и дополнительного загружения, состоящего.из набора грузов 8 иподвижной распределительной опоры 9.Приспособление представляет собойустройство для нагружения испытуемойбалки сосредоточенными грузами 8. Выполнено в виде рамки 14, опирающейся на балку с подвешенной к ней на штоке 12площадкой 13 для размещения набора грузов (фиг, 4); для нагружения балки сосредоточенными грузами при проведении опытаданное 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 системупопарно по полумостовой схеме. Измеренный сигнал через интерфейс передается наЭВМ с выводом на графический экран дисплея (фиг, 3).Внутренние усилия (изгибающие моменты и поперечные силы) в опасных сечениях балки определяются в результатеобработки показаний тензодатчиков сопротивления,Кроме того, измеряемый сигнал от каждого тензодатчика (величина изгибной деФормации) передается через интерфейс наЭВМ, где по его величине определяютсявнутренние усилия, а также перемещения(прогибы) и выдаются в графической формена экран дисплея. Таким образом, обучаемые при проведении эксперимента наблюдают на экране дисплея ЭВМ эпюрыизгибающих моментов, поперечнь 1 х сил,прогибов (упругую линию) при действии набалку заданной нагрузки,Связь тензодатчиков сопротивления через интерфейс с ЭВМ позволяет при проведении опытов демонстрировать какстатическую работу балки, так и весь процесс регулирования ее напряженного и деформированного состояния.На .предлагаемом учебном прибореможно проводить следующие опыты;а) демонстрировать взаимодействиеэлементов многопролетной статически определимой шарнирной балки 1. Для этогодостаточно воздействовать на какой-либоэлемент балки, например, простым нажатием пальца, или загружением его наборнымигрузами, Обучаемые при этом наблюдаютвеличины опорных реакций, показываемыхдинамометрами 3. При нагружении главного элемента балки, реакции возникают только в нем, все по отношению к немувторостепенныеэлементы не работают, приэтом, 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 различнь 1 х 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 попереч 10 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения дидактиче ских возможностей путем количественной ,.;ц:;нки напряженно-деформированного со сОу.,ия Одки среде Гво нагружения состои, из размещенной на балке подвижной рь и;ределив;ьной оп.;ри и набора грузов,.ж . нв".ч г . в " ьвь .тс .".ч: с количественное их измерение и сравнениес данными теоретического расчета,Сам прибор является переносным уст ройством, не требует применения громоздкого, стационарного оборудования и позволяет проводить демонстрацию и лабораторные работы в обычных аудиториях. подаш:ных к балке в заданных точках и к рэспр:елигельной опоре, а средство регис рз:а 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 балки, а последняя состоит из шарнирно связанн",.:х сгержневых элементов.1795505Составитель Н,Абовский Редактор Т.Полионова Техред М,Моргентал Корректор Н,Кеше Заказ 677 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент"; г. Ужгород, ул,Гагарина, 101