[发明专利]一种静力学综合实验平台及实验方法

说明书

一种静力学综合实验平台及实验方法，该实验平台包括带滑槽的台架，安装在台架前后两端的平面框架结构以及平面三铰拱结构，安装在台架中部位置可调的加载立柱，设置在加载立柱上方位可调且能够上下移动的水平杆，设置在水平杆端部的滑轮；平面框架结构与台架之间的连接可采用两端固定铰接的方式或者采用一端固定铰接另一端可动铰接的方式，平面框架结构与平面三铰拱结构杆件材料可采用不同与弹性模量的材料，平面框架结构及平面三铰拱结构在实验过程中采用不同的加载位置，对比力的可传性在不同结构上对约束力及内力的影响，位置高度以及方位均可调节的加载装置除了可以方便的对平面框架和三铰拱加载，还能够独立完成摩擦系数的测定实验。

技术领域

本发明涉及力学实验领域，特别涉及一种静力学综合实验平台及实验方法。

背景技术

现有的基础力学实验平台，大部分是针对材料力学课程中的知识点，理论力学课程中相关知识点的实验平台有限，实验项目陈旧。缺乏综合性实验平台支撑学生将理论力学和材料力学课程中的知识点结合起来，开展综合性实验，进一步认识力学模型及相关原理的适用性。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的目的在于提出一种静力学综合实验平台及实验方法，实现平面静定、超静定结构约束力、内力测量以及摩擦系数测量。实验包含不同弹性模量的杆件构成的静定、超静定多种力学模型、分不同点加载，对比力的可传性对于静定、超静定结构约束力以及内力的影响，深入理解力的可传性的应用条件及其影响规律，加载装置可独立开展摩擦系数测量，验证欧拉摩擦公式。该综合实验对于加强学生综合实践能力培养，激发学生深入理解力的可传性性质、静定超静定模型差异、静滑动摩擦等具有积极重要的意义。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种静力学综合实验平台，包括带滑槽的台架1，台架1前后两端分别安装有平面三铰拱结构2和平面框架结构3，台架1的中部安装有位置可调的加载立柱4，加载立柱4上设置有方位可调且能够在加载立柱4上上下移动的水平杆5，水平杆5端部设置有滑轮6；所述平面三铰拱结构2和平面框架结构3均有两个加载点，优选两个加载点均在平面三铰拱结构2和平面框架结构3的竖直杆上，且必须位于同一水平线上；平面三铰拱结构2和平面框架结构3还设置有与应变测试仪连接的测量在两个加载点上加载时杆件应变的应变片。

所述平面框架结构3和平面三铰拱结构2的杆件能够更换为截面形状及尺寸相同材料弹性模量不同的杆件。

所述滑轮6在平面框架和三铰拱加载实验中采用动滑轮，在摩擦实验中采用静滑轮。

所述平面框架结构3与台架1的连接方式采用两端固定铰接形成超静定结构，或者一端固定铰接另一端可动铰接形成静定结构，两种连接方式下结构形状和尺寸完全相同。

所述平面三铰拱结构2为由两个直角杆通过铰链11铰接而成的静定三铰拱。

所述的静力学综合实验平台的实验方法，

将平面框架结构3两端通过固定铰支座连接在台架1上形成超静定结构，调节滑轮6的方位，使滑轮半径所在平面与平面框架结构3共面，柔索一端系在平面框架结构3的加载点上，另一端跨过滑轮6悬挂砝码，分别在平面框架结构3的竖直杆上两个加载点上沿水平方向加载，通过应变片测量不同加载位置时杆件的应变，应变片的信号接入放置在实验装置旁边的应变测试仪，按照惠斯通电桥输出特性和内力测试原理接线，测试杆件的轴力和弯矩，测试结果反映了力在超静定结构中沿其作用线平移对约束力和内力产生的影响；将平面框架结构3一端的固定铰支座更换成可动铰支座，平面框架结构3成为静定结构，分别在两个加载点水平加载，测量应变，计算约束力和内力；测量结果反映力在静定结构上沿作用线平移对约束力和内力的影响。