本發(fā)明涉及材料力學實驗教學
技術領域：
，尤其涉及測量內力測量及其標定裝置及其標定裝置。
背景技術：
：目前，在力學教學實驗方面，沒有一種能夠直接展示、測量梁的內力的專用器材，有關梁內力測量的教學實驗直觀性差，因此需要研制一種內力測量傳感器及其標定裝置。技術實現要素：本發(fā)明所要解決的技術問題是實現一種能夠展示、測量內力的專用器材，提高梁的內力測量實驗教學直觀性的儀器。為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種內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。所述施力機構包括弧形的機架、沿機架滑動的滑套、固定在滑套內的絲桿、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，所述連接件通過轉軸固定在施力梁上，所述機架以轉軸為中心。所述機架為半圓形，所述轉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。所述滑套內部設有與絲桿配合的內螺紋，所述機架由兩片弧形板構成，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的凸臺結構，另一端設有位于機架另一側的外螺紋和外螺母，所述滑套通過凸臺和外螺母夾持固定在所述機架上。基于所述內力測量及其標定裝置的標定方法，其特征在于：1)調節(jié)內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和電阻應變儀讀數，并通過讀數獲得軸力測量值和標定值；3)剪力標定：調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和電阻應變儀讀數，并通過讀數獲得軸力測量值和標定值；4)軸力剪力和彎矩的標定：調整滑套至機架任意位置，并記錄滑套偏轉角度，采用等量逐級加載法加載，分別記錄拉力傳感器讀數和應變儀讀數，通過讀數獲得剪力、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力(軸力、剪力和彎矩)，還通過更換不同結構形式連接組件，還可以測量具有不同截面形狀的各種梁的內力，應用與材料力學、結構力學教學試驗中桿件的內力測定。此裝置結構簡單、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容及圖中的標記作簡要說明：圖1為內力測量及其標定裝置結構示意圖；圖2為內力測量及其標定裝置工作原理圖；圖3為內力測量及其標定裝置的內部測力構件示意圖；圖4為圖3中內部測力構件工作原理圖；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所示內力測量標定裝置結構示意圖，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。施力機構包括弧形的機架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產生數值讀數。操作時，通過調節(jié)滑套10在機架7上的位置，連接件8會發(fā)生偏轉，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。為方便調節(jié)滑套10滑動，滑套10內部設有與絲桿配合的內螺紋，機架7由兩片弧形板構成，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7一側的凸臺結構，另一端設有位于機架7另一側的外螺紋和外螺母，滑套10通過凸臺和外螺母夾持固定在機架7上，這樣的結構既能方便調節(jié)滑套10，也能可靠的固定滑套10，保證轉動加載手輪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，內力測量及其標定裝置的工作原理。根據靜力平衡條件，可得截面內力與內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分別為內力測量及其標定裝置三個測量桿1的軸力?？梢酝ㄟ^在測量桿1上貼上電阻應變片12測得各桿軸力，再根據式(1)計算測量截面的內力。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對內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的讀數就是內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的讀數就是內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的讀數與內力測量及其標定裝置的所測內力關系為：FN=PcosαFs=PsinαM=Pd0sinα---(2)]]>式中：P為拉力傳感器9的讀數，d0為固定座5連接耳2轉軸的中心距。通過比較測量并由式(1)計算出的內力測量及其標定裝置的內力值和由式(2)計算出的內力測量及其標定裝置的內力值對內力測量及其標定裝置進行標定。基于上述內力測量及其標定裝置的標定方法：將內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。轉動加載手輪11，記錄拉力傳感器9初始讀數并將電阻應變儀置0。2)軸力標定將拉力傳感器9調置水平即α＝0°，采用等量逐級加載法加載，分別記錄拉力傳感器9讀數和電阻應變儀讀數，分別按照式(1)和式(2)計算內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讀數和電阻應變儀讀數，分別按照式(1)和式(2)計算內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讀數和電阻應變儀讀數，分別按照式(1)和式(2)計算內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)明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發(fā)明的構思和技術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。當前第1頁1 2 3