用于结构力学几何组成分析的六边形教具及分析方法技术

用于结构力学几何组成分析的六边形教具及分析方法，属于土木工程领域，为解决结构力学几何组成分析教学内容的直观性问题，要点是由五根边薄钢片和展示底座围接而成六边形，六边形内部通过连线薄钢片维持体系稳定，相邻边薄钢片间以端部铰接于六边形顶点，连线薄钢片的一个端部与六边形一顶点铰接，该连线薄钢片另一个端部与该顶点的正相对顶点铰接，两个单独端部与底部展示座铰接，效果是使得结构力学几何组成分析教学内容更直观性。

【技术实现步骤摘要】
用于结构力学几何组成分析的六边形教具及分析方法
本专利技术属于土木工程领域，涉及一种结构力学实验教学的教具。
技术介绍
结构力学是高等院校土木工程专业的必修学科，理论教学一直以来是高等院校结构力学的主要教学方法，但随着高等教育对实验教学的重视，开展结构力学实验也成为一种势在必行的趋势。结构力学以杆件结构为主要研究对象，杆件结构是由众多杆件组成的，几何组成分析作为结构力学课程的开篇章节，从几何构造的角度讨论杆件结构的合理组成规律。几何组成分析中，杆件体系可分为两类：几何可变体系、几何不变体系；其中，几何可变体系又可以分为几何常变体系和几何瞬变体系。但学生仅仅通过书本上的学习，难以体会不同体系在荷载作用下的受力特性及位移特性，而由于现阶段实验室条件，不可能满足所有学生的实验要求。在平面体系的几何组成分析中，最基本的规律是铰接两刚片规则和三刚片规则。三刚片规则中表明，三个刚片用三个铰两两相连，且三个铰不在一条直线上，则组成几何不变的整体，且没有多余约束；对于三个铰共线则为瞬变体系。射影几何中关于无穷远点和无穷远线的结论中认为，各个无穷远点都在同一直线上，此直线为无穷远线。本专利技术针对三刚片规则中较难理解的六边形体系，提供了一种用于结构力学几何组成分析教学的六边形教具，可通过手动施加任意荷载，以目测的方法看出结构的位移量变化，以杆件的失稳变形量作为衡量杆件受力的指标，实现了直观分析上述体系的几何组成，并拓展为普通六边形体系的几何组成分析，为结构力学几何组成分析教学的顺利进行奠定了基础。
技术实现思路
为解决结构力学几何组成分析教学内容的直观性问题，对三刚片规则中较难理解的六边形体系以实现直观分析，本专利技术提供一种用于结构力学几何组成分析教学的六边形教具。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种用于结构力学几何组成分析的六边形教具，由五根边薄钢片和展示底座围接而成六边形，六边形内部通过连线薄钢片维持体系稳定。六边形的顶点以边薄钢片的端部铰接构成，边薄钢片的端部分为两种，其一是两个相邻边薄钢片铰接形成的端部，其二是与展示支座铰接的单独端部，该端部没有相邻的边薄钢片与其铰接。由边薄钢片围接而成的六边形各顶点中，任一顶点与该顶点的正相对顶点间以连线薄钢片连接，且连线薄钢片的一个端部与一顶点铰接，该连线薄钢片另一个端部与该顶点的正相对顶点铰接，两个单独端部与展示底座铰接，也就是说6个顶点中，4个顶点是相邻两个边薄钢片间铰接而形成，剩余2个顶点，由于无相邻的边薄钢片铰接而形成顶点，因而是单独端部，该单独端部与展示支座铰接而形成顶点。作为技术方案的补充，以端部铰接的边薄钢片之间的铰接结构为：于边薄钢片端部制作圆孔，并由结点轴与圆孔配合形成铰接。作为技术方案的补充，顶点与连线薄钢片之间的铰接结构为：于边薄钢片端部、连线薄钢片端部均制作圆孔，并由结点轴与圆孔配合形成铰接。作为技术方案的补充，所述的结点轴包括结点轴中间盘、结点轴一层螺母、结点轴二层螺母，结点轴一层螺母与结点轴二层螺母均主要由中心螺纹钉与具有螺纹孔的铝合金本体组成，结点轴中间盘主要由具有螺纹孔的铝合金本体组成，由结点轴二层螺母的中心螺纹钉穿过边薄钢片并拧入结点轴一层螺母的螺纹孔，结点轴一层螺母的中心螺纹钉穿过连线薄钢片拧入结点轴中间盘的螺纹孔。作为技术方案的补充，展示底座被制作圆孔，结点轴一层螺母的中心螺纹钉插入结点轴中间盘的螺纹孔且该结点轴中间盘被嵌入至展示底座的圆孔中。作为技术方案的补充，随着边薄钢片尺寸的变化，所述的由五根边薄钢片和展示底座围接而成的六边形可为正六边形与普通六边形。作为技术方案的补充，展示底座为采用铝合金材料制成的厚度为6mm的支撑座，底部竖向开出两个展示底座竖向螺纹孔并安装底座支撑而支撑所述六边形。作为技术方案的补充，五根边薄钢片分别为薄钢片AB、薄钢片BD、薄钢片DF、薄钢片CE、薄钢片AC，且每根边薄钢片的长度为250mm，厚度为3mm，三根连线薄刚片分别为薄钢片BE、薄钢片CD、薄钢片AF，每根连线薄钢片的长度为500mm，厚度为3mm，薄钢片AB、薄钢片BD、薄钢片BE的端点B均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片BD、薄钢片DF、薄钢片CD的端点D均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片CE、薄钢片AC、薄钢片CD的端点C均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片AC、薄钢片AB、薄钢片AF的端点A均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片CE、薄钢片BE、展示底座的E位置处均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片DF、薄钢片AF、展示底座的F位置处均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接。作为技术方案的补充，五根边薄钢片分别为薄钢片AB、薄钢片BD、薄钢片DF、薄钢片CE、薄钢片AC，且薄钢片AB长度为175.0mm，厚度为3mm，薄钢片BD、薄钢片DF、薄钢片CE、薄钢片AC长度为394.5mm，厚度为3mm，三根连线薄刚片分别为薄钢片BE、薄钢片CD、薄钢片AF，薄钢片BE、薄钢片AF长度为394.5mm，厚度为3mm，薄钢片CD长度为528.5mm，厚度为3mm，薄钢片AB、薄钢片BD、薄钢片BE的端点B均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片BD、薄钢片DF、薄钢片CD的端点D均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片CE、薄钢片AC、薄钢片CD的端点C均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片AC、薄钢片AB、薄钢片AF的端点A均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片CE、薄钢片BE、展示底座的E位置处均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片DF、薄钢片AF、展示底座的F位置处均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接。作为技术方案的补充，将薄钢片AB、CE、DF三根薄钢片视作三刚片原则中的刚片，其中薄钢片AB、CE是通过两根平行薄钢片AC、BE连接，形成的虚铰交于无穷远，薄钢片AB、DF是通过两根平行薄钢片BD、AF连接，形成的虚铰交于无穷远，薄钢片CE、DF是通过平行的展示底座EF、薄钢片DC连接，形成的虚铰交于无穷远，形成的三个虚铰都位于无穷远，视作共线，则体系为瞬变体系；或将AF、CD、BE三根薄钢片视作三刚片原则中的刚片，其中薄钢片AF、CD是通过两根平行薄钢片AC、DF连接，形成的虚铰交于无穷远，薄钢片AF、BE是通过薄钢片AB与展示底座EF连接，二者平行，形成的虚铰交于无穷远，薄钢片CD、BE是通过两根平行薄钢片BD、CE连接，形成的虚铰交于无穷远，形成的三个虚铰都位于无穷远，视作共线，则体系为瞬变体系。作为技术方案的补充，薄钢片AF、CD、BE三根薄钢片视作三刚片原则中的刚片，其中薄钢片AF、CD是通过两根平行薄钢片AC、DF连接，形成的虚铰交于无穷远，薄钢片AF、BE是通过薄钢片AB与底座EF连接，二者平行，形成的虚铰交于无穷远，薄钢片CD、BE是通过两根平行薄钢片BD、CE连接，形成的虚铰交于无穷远，形成的三个虚铰都位于无穷远，视作共线，则体系为瞬变体系。有益效果：本专利技术的用于结构力学几何组成分析的六边形教具对三刚片规则中较难理解的六边形体系可以实现直观分析，使得结构力学几何组成分析教学内容更直观性。附图说明图1是正六边形体系主视示意图；图2是普通六边形体系主视示意图；图3是薄钢片示意图；图4是结点轴分解示意图。图中：1-a.底座支撑；1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于结构力学几何组成分析的六边形教具，其特征在于，由五根边薄钢片和展示底座围接而成六边形，相邻边薄钢片间以端部铰接，边薄钢片的端部包括两个相邻的边薄钢片间铰接而形成的连接的端部及无相邻的边薄钢片与其铰接的单独端部，由边薄钢片的端部作为六边形的顶点，围接而成的六边形的各顶点中，任一顶点与该顶点的正相对顶点间以连线薄钢片连接，且连线薄钢片的一个端部与一顶点铰接，该连线薄钢片另一个端部与该顶点的正相对顶点铰接，两个单独端部与展示底座铰接。

【技术特征摘要】
1.一种用于结构力学几何组成分析的六边形教具，其特征在于，由五根边薄钢片和展示底座围接而成六边形，相邻边薄钢片间以端部铰接，边薄钢片的端部包括两个相邻的边薄钢片间铰接而形成的连接的端部及无相邻的边薄钢片与其铰接的单独端部，由边薄钢片的端部作为六边形的顶点，围接而成的六边形的各顶点中，任一顶点与该顶点的正相对顶点间以连线薄钢片连接，且连线薄钢片的一个端部与一顶点铰接，该连线薄钢片另一个端部与该顶点的正相对顶点铰接，两个单独端部与展示底座铰接。2.如权利要求1所述的用于结构力学几何组成分析的六边形教具，其特征在于，以端部铰接的边薄钢片之间的铰接结构为：于边薄钢片端部制作圆孔，并由结点轴与圆孔配合形成铰接；顶点与连线薄钢片之间的铰接结构为：于边薄钢片端部、连线薄钢片端部均制作圆孔，并由结点轴与圆孔配合形成铰接。3.如权利要求1所述的用于结构力学几何组成分析的六边形教具，其特征在于，所述的结点轴包括结点轴中间盘、结点轴一层螺母、结点轴二层螺母，结点轴一层螺母与结点轴二层螺母均主要由中心螺纹钉与具有螺纹孔的铝合金本体组成，结点轴中间盘主要由具有螺纹孔的铝合金本体组成，由结点轴二层螺母的中心螺纹钉穿过边薄钢片并拧入结点轴一层螺母的螺纹孔，结点轴一层螺母的中心螺纹钉穿过连线薄钢片拧入结点轴中间盘的螺纹孔。4.如权利要求3所述的用于结构力学几何组成分析的六边形教具，其特征在于，展示底座被制作圆孔，结点轴一层螺母的中心螺纹钉插入结点轴中间盘的螺纹孔且该结点轴中间盘被嵌入至展示底座的圆孔中。5.如权利要求1所述的用于结构力学几何组成分析的六边形教具，其特征在于，所述的由五根边薄钢片和展示底座围接而成六边形为正六边形或普通六边形。6.如权利要求1所述的用于结构力学几何组成分析的六边形教具，其特征在于，展示底座为采用铝合金材料制成的厚度为6mm的支撑座，底部竖向开出两个展示底座竖向螺纹孔并安装底座支撑而支撑所述六边形。7.如权利要求1或3或4所述的用于结构力学几何组成分析的六边形教具，其特征在于，五根边薄钢片分别为薄钢片AB、薄钢片BD、薄钢片DF、薄钢片CE、薄钢片AC，且每根边薄钢片的长度为250mm，厚度为3mm，三根连线薄刚片分别为薄钢片BE、薄钢片CD、薄钢片AF，每根连线薄钢片的长度为500mm，厚度为3mm，薄钢片AB、薄钢片BD、薄钢片BE的端点B均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片BD、薄钢片DF、薄钢片CD的端点D均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片CE、薄钢片AC、薄钢片CD的端点C均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄钢片AC、薄钢片AB、薄钢片AF的端点A均被制作圆孔并贯穿结点轴以铰接；薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈廷国，王祖能，段迪，王梦曦，陈璨，谢鹏，勾国勇，任珵娇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21