[发明专利]一种拉伸试验类比演示仪

说明书

本发明公开了一种拉伸试验类比演示仪，包括用于安装所有构件的主框架，类比实验室拉伸试件的主弹簧、刚性杆、波纹管和副弹簧，以及连接试件的搭钩和加载端螺栓，约束波纹管滑动的屈服组件和强化组件；搭钩包括第一搭钩、第二搭钩、第三搭钩和第四搭钩，屈服组件包括第一屈服组件和第二屈服组件，强化组件包括第一强化组件和第二强化组件；主框架的顶壁面设置约束波纹管滑动的第一屈服组件和第一强化组件，主框架的底壁面设置约束波纹管滑动的第二屈服组件和第二强化组件；解决了以往演示仪无法演示低碳钢拉伸变形时的线弹性、屈服和强化阶段以及弹性卸载、塑性失效、残余应变、残余应力概念的问题。

技术领域

本发明涉及一种材料力学课堂教学的演示教具领域，特别是一种拉伸试验类比演示仪。

背景技术

拉伸试验是测量材料弹性模量、泊松比、塑性指标等参数最常用的试验之一。在材料力学教学时，一般会结合试验结果，讲解塑性材料(以低碳钢为代表)和脆性材料(以铸铁为代表)的变形过程及其力学性能的差异。特别是对塑性材料拉伸时呈现出的四个变形阶段和特征：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段，以及在各变形阶段中力学性能的量化指标会进行重点分析。但在现阶段材料力学教学过程中，课堂讲解和实验室试验一般是分离的，不便于让学生把理论知识和实践结合起来。即使现有一些轻量化和小型化的多功能材料力学教具，能把试验带进课堂，但操作较为繁琐，难以在较短时间内完全展现两种材料在拉伸性能上的差异。更为重要的是，造成两种材料拉伸性能差异的物理机制或原因，实验室试验和辅助教具的试验重现都不能以简单的方式解释清楚。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种拉伸试验类比演示仪，解决了以往演示仪无法演示低碳钢拉伸变形时的线弹性、屈服和强化阶段以及弹性卸载、塑性失效、残余应变、残余应力概念的问题。

本发明提供了一种拉伸试验类比演示仪，包括用于安装所有构件的主框架，类比实验室拉伸试件的主弹簧、刚性杆、波纹管和副弹簧，以及连接试件的搭钩和加载端螺栓，约束波纹管滑动的屈服组件和强化组件；

搭钩包括第一搭钩、第二搭钩、第三搭钩和第四搭钩，屈服组件包括第一屈服组件和第二屈服组件，强化组件包括第一强化组件和第二强化组件；

主框架的顶壁面设置约束波纹管滑动的第一屈服组件和第一强化组件，主框架的底壁面设置约束波纹管滑动的第二屈服组件和第二强化组件，主框架的侧壁中心开设有螺纹孔，螺纹孔内配有可平行移动的螺栓，螺栓的外部配合有螺帽，螺栓的一侧刚结第一搭钩的一侧，第一搭钩的另一侧连接主弹簧的一侧，主弹簧的另一侧刚结第二搭钩的一侧，第二搭钩的另一侧连接刚性杆的一端，刚性杆的另一端连接波纹管的一端，波纹管的另一端刚结第三搭钩的一端，第三搭钩的另一端连接副弹簧的一端，副弹簧的另一端连接第四搭钩。

优选地，屈服组件包括凸面、刚性底板、屈服组件缓冲弹簧、刚性面板、屈服组件螺帽和屈服组件螺杆；

刚性底板底面固结凸面，刚性底板的顶面连接两个并列的屈服组件缓冲弹簧的底端，两个并列屈服组件缓冲弹簧的顶端连接刚性面板，刚性面板的中部设有圆孔，屈服组件螺杆穿过圆孔内，屈服组件螺杆上设置有螺帽，屈服组件螺帽用于调整主框架上第一屈服组件和第二屈服组件间距，同时固定其位置。

优选地，强化组件包括倾斜表面、强化组件缓冲弹簧、刚性面板、强化组件螺帽和强化组件螺杆；倾斜表面的顶面连接两个并列的强化组件缓冲弹簧的底面，刚性面板的底面连接两个并列强化组件缓冲弹簧的顶面，刚性面板的中部设有圆孔，强化组件螺杆穿过圆孔，强化组件螺杆上有设有螺帽；

强化组件螺帽用于调整主框架上第一强化组件和第二强化组件的间距，同时固定其位置。

优选地，波纹管包括外包皮和内圈环，外包皮的表面为粗糙表面，外包皮用于变形时与屈服组件和强化组件的表面产生摩擦；