框架结构应力分析模型制造技术

本实用新型专利技术公开了一种框架结构应力分析模型，解决了目前对框架结构进行结构设计、应力分析等缺乏实验模型的不足；该模型包括若干杆件及若干节点连接件，其中的节点连接件，或由相交于一点且相互垂直的实心柱体组成，或是以上述结构的节点连接件为基体，在其中任意两实心柱体所在平面上，另设从同一交点出发的斜柱体，该斜柱体与两实心柱体间夹角均为45°，实心柱体或斜柱体的末端卡口为圆形、方形、T型或工字型；上述杆件与连接件采用插接辅以螺栓定位的方式，实现连接件与杆件之间的固结或铰接。该模型具有结构样式可任意组合、力学边界多种、测试方案多样、组桥形式多变，结构紧凑小巧、操作使用方便等优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及工程力学中对框架结构进行应力分析的模型。
技术介绍
近年来，由于框架结构、桁架结构具有独特的充分利用材料的强度、减轻结构自重和增大刚度的优点以及相贯节点的研究日益成熟，因而被大量的运用到工程实践中，适用于较大跨度的承重结构和高耸结构，如井架、屋盖、桥梁等。因此，近年的大学生结构创新设计竞赛的赛题也多以框架结构、桁架结构为主，学生运用理论力学、材料力学、结构力学的知识进行结构的设计、制作、试验，从而获得轻质高强的作品；然而在结构设计过程中，由于制作材料多以纸张、桐木或竹皮为主，因材料自身特性，学生在加载过程中不易进行电测试验，因而不能得到实际的力学数据，且结构模型容易破坏，一旦加载失败或对结构部分构件进行优化设计，只能重新制作，限于手工工艺，模型的制作周期较长，因此学生需要耗费大量时间进行制作、试验，从而通过结构的试验品性进行结构设计优化。结构设计竞赛主要考察学生的力学分析能力与创新设计能力，力学实验分析主要任务是根据力学原理研究在外力和其他外界因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性，以及结构的组成规律。目前力学分析主要研究对象为梁、柱等杆件结构，杆件结构由杆件、结点、支座等组成。理论分析时，杆件简化为有一定刚度的轴线，可承受弯矩、轴力、剪力；结点和支座简化成只有功能而无尺寸的连接点，根据功能的不同，结点分为铰结点、刚结点；框结构架、桁架组合结构都是杆件结构的典型形式，然而在杆件结构设计中，现有的理论分析以及计算机辅助计算结果并不能完全反应结构实际的应力状态，理想的结点是只有功能而没有尺寸的结构单元，杆件的长度是节点间的距离，而实际结点是有一定尺寸的实体，导致杆件在理论长度内非等刚度；实际工程中由于摩擦力等原因的存在使得铰结点不仅能承受一定弯矩，而且往往随着轴力的增大其可承受的弯矩也随之增大。基于以上原因，学生在结构设计时单纯的理论计算分析数值模拟，和模型制作后进行简单加载实验，并不能进行科学系统地了解结构的应力分析数据。
技术实现思路
本技术针对目前对框架结构进行结构设计、应力分析等缺乏实验模型的不足，提供一种成本低、可拆卸，可进行各种工程结构模拟的框架结构应力分析模型。为实现上述专利技术目的，本申请的框架结构应力分析模型，包括若干杆件及若干节点连接件，所述杆件的横截面为圆形、方形、工字形或T形，在杆件的特征部位粘贴有电阻应变片；所述节点连接件，或由相交于一点且相互垂直的实心柱体组成，或是以上述结构的节点连接件为基体，在其中任意两实心柱体所在平面上，另设从同一交点出发的斜柱体，该斜柱体与两实心柱体间夹角均为45°，其中的实心柱体或斜柱体采用圆柱或方柱，柱体的末端卡口为圆形、方形、T型或工字型；上述节点连接件与杆件端部均设有螺栓孔，其中杆件上的螺栓孔为通孔，连接件上的螺栓孔设有丝扣，杆件与连接件采用插接辅以螺栓定位3的方式，实现连接件与杆件之间的固结或铰接。本技术的有益效果I、可供学生模拟多种工程结构并对其进行力学实验分析和结构创新设计，能够实现力学模型的建立与加载试验，辅以电测技术进行实时动态监测、能够直观展现结构失稳的动态过程，为相关人员进行自主设计、综合研究实验提供一个基础实验模型；2、可为大学生结构设计竞赛提供训练工具，学生可预先利用大型有限元软件ANSYS进行结构预分析和数值模拟，然后通过组合模型进行实验验证，便于学生系统地了解框架结构，并搭配各种框架结构进行测试、优化设计，以提高学生的工程实践能力，激发学生的创造力和想象力；3、该模型可将多种材料力学实验集中于本装置，使用时稍加变动，即可进行教学大纲规定内容的多项实验，在保留了原有的基础实验上增加了由多根杆件插接的平面桁架结构、空间桁架结构，以及纵向压杆和多种截面梁组合的框架结构，为基础力学创新实验提供实验装置。附图说明图I是截面为T型的杆件的结构示意图。图2是截面为圆形的杆件的结构示意图。图3是截面为方形的杆件的结构示意图。图4是截面为工字型的杆件的结构示意图。图5是一种节点连接件的结构示意图。图6是另一种节点连接件的结构示意图。图7是杆件与连接件的连接状态示意图。具体实施方式以下结合附图对本申请作进一步的说明由图1、2、3、4、5、6结合图7所示本申请的框架结构应力分析模型，包括若干杆件I及若干节点连接件3，所述杆件I的横截面为圆形、方形、工字形或T形，在杆件I的特征部位粘贴有电阻应变片6 ;所述节点连接件3，或由相交于一点且相互垂直的实心柱体4组成，或是以上述结构的节点连接件为基体，在其中任意两实心柱体4所在平面上，另设从同一交点出发的斜柱体5，该斜柱体5与两实心柱体4间夹角均为45°，其中的实心柱体4或斜柱体5采用圆柱或方柱，柱体的末端卡口为圆形、方形、T型或工字型；上述节点连接件3与杆件2端部均设有螺栓孔2，其中杆件I上的螺栓孔2为通孔，连接件3上的螺栓孔2设有丝扣，杆件I与连接件3采用插接辅以螺栓定位的方式，实现连接件3与杆件I之间的固结或铰接。该模型具有结构样式可任意组合、力学边界多种、测试方案多样、组桥形式多变，还有设计新颖合理、结构紧凑小巧、操作使用方便等优点。实验时，学生可根据结构实际工况或数值计算仿真模拟结果进行自主设计实验方案，针对每一个测试工况，设计合理的电测实验方案，组接合理的全桥或半桥，测定对应工况下框架结构整个加载过程各杆件载荷的变化规律，观察结构的失稳现象，从而对结构受力拥有更深刻的理解，从而进行优化设计，获得轻质高强的结构模型，学生还可对现有实验稍加改造，进行框架结构应力分析，同时与传统力学实验进行对比分析，增进学生对实验的理解。权利要求1.一种框架结构应力分析模型，包括若干杆件及若干节点连接件，其特征在于所述杆件的横截面为圆形、方形、工字形或T形，在杆件的特征部位粘贴有电阻应变片；所述节点连接件，或由相交于一点且相互垂直的实心柱体组成，或是以上述结构的节点连接件为基体，在其中任意两实心柱体所在平面上，另设从同一交点出发的斜柱体，该斜柱体与两实心柱体间夹角均为45°，其中的实心柱体或斜柱体采用圆柱或方柱，柱体的末端卡口为圆形、方形、T型或工字型；上述节点连接件与杆件端部均设有螺栓孔，其中杆件上的螺栓孔为通孔，连接件上的螺栓孔设有丝扣，杆件与连接件采用插接辅以螺栓定位的方式，实现连接件与杆件之间的固结或铰接。专利摘要本技术公开了一种框架结构应力分析模型，解决了目前对框架结构进行结构设计、应力分析等缺乏实验模型的不足；该模型包括若干杆件及若干节点连接件，其中的节点连接件，或由相交于一点且相互垂直的实心柱体组成，或是以上述结构的节点连接件为基体，在其中任意两实心柱体所在平面上，另设从同一交点出发的斜柱体，该斜柱体与两实心柱体间夹角均为45°，实心柱体或斜柱体的末端卡口为圆形、方形、T型或工字型；上述杆件与连接件采用插接辅以螺栓定位的方式，实现连接件与杆件之间的固结或铰接。该模型具有结构样式可任意组合、力学边界多种、测试方案多样、组桥形式多变，结构紧凑小巧、操作使用方便等优点。文档编号G09B23/10GK202771691SQ20122043529公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月2日 优先权日2012年8月2日专利技术者李治淼, 齐林宇, 冯戈, 邹鸿,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种框架结构应力分析模型，包括若干杆件及若干节点连接件，其特征在于：所述杆件的横截面为圆形、方形、工字形或T形，在杆件的特征部位粘贴有电阻应变片；所述节点连接件，或由相交于一点且相互垂直的实心柱体组成，或是以上述结构的节点连接件为基体，在其中任意两实心柱体所在平面上，另设从同一交点出发的斜柱体，该斜柱体与两实心柱体间夹角均为45°，其中的实心柱体或斜柱体采用圆柱或方柱，柱体的末端卡口为圆形、方形、T型或工字型；上述节点连接件与杆件端部均设有螺栓孔，其中杆件上的螺栓孔为通孔，连接件上的螺栓孔设有丝扣，杆件与连接件采用插接辅以螺栓定位的方式，实现连接件与杆件之间的固结或铰接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李治淼，齐林宇，冯戈，邹鸿，孙永强，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：实用新型
国别省市：