多功能材料力学实验平台 本发明涉及一种多功能材料力学实验平台，属于高等院校实验装置技术领域。
目前，普遍使用的国产“WD4000或CSS110型系列电子万能试验机”是各高校材料力学性能实验必不可少的工具，它的结构原理是通过电机经皮带轮带动两根丝杆正反转动提升或者降低横梁移动，以实现试件拉伸、压缩、三点弯曲的功能，在配备适当的夹具后，检测如纸张、丝线等材料的力学性能，但是对于材料力学中的结构件截面内力的检测与讨论，无法在该机器上实现，尤其是对材料力学中的应力与内力的检测，由于受机器结构的影响而很难实现。
本发明的目的是设计一种多功能材料力学实验平台，该装置在原有的“电子万能试验机”基础上增加适应材料力学测试要求的各种测试构件，以完成高等学校材料力学实验教学中各种形式下的内力测定，培养大学生的创新意识，提高学生实际动手能力，进而在材料力学的教学中开展综合性、研究性实验内容的教学改革。
本发明设计的多功能材料力学实验平台，包括工作平台、稳定杆、丝杠、上下移动横梁、三角支撑架、立柱、水平移动梁、连接滑块。稳定杆和丝杠互相平行并垂直立于工作平台上，横梁套装在丝杠和稳定杆上，四个固定滑块分别套装在稳定杆上；三角支撑架由水平横向支撑杆和斜向支撑杆组成，其中横向支撑杆的一端固定在稳定杆的上固定滑块内，另一端插在水平移动横梁内，其端部设有限位块，斜向支撑杆的一端与下固定滑块铰接，另一端插在限位滑块内；水平移动横梁套装在三角支撑架的两个横向支撑杆上；水平移动横梁上对称固定有两根带槽立柱，每根立柱上分别通过槽套装有上直角槽连接滑块和下斜槽连接滑块，上直角槽连接滑块的一侧伸出一铰接头，另一侧开有正方形孔，下斜槽连接滑块的一侧伸出一铰接头，另一侧开有一个与水平方向成60°角的正方形孔。
本发明地一个应用实施例是在平台上设置一个三角支撑梁，三角支撑梁由主梁和斜梁组成，主梁和斜梁的一端相互铰接，主梁的另一端插在立柱上直角槽连接滑块的正方形孔中，斜梁的另一端与立拄的下斜槽连接滑块的铰接头相铰接。
本发明设计的多功能材料力学实验平台，只要在平台上增加某些构件，即可实现15种以上的材料力学实验，包含了材料力学基本理论中的基本实验内容和结构力学、弹性力学、材料学等学科的综合性与研究性实验教学内容。另外，一套装置可以同时容纳两组学生进行两组实验，因而降低了实验设备的使用成本，节省使用空间，做到一机多能，在高等学校材料力学实验中具有广泛的应用前景。此外，本发明的装置还可以加装在已有的电子万能试验机上，改装方便且改装费用较低。
附图说明：
图1为本发明设计的多功能材料力学实验平台结构示意图。
图2为本发明的一个应用实施例的结构示意图。
图3为被测试的工字钢主梁的截面图。
下面结合附图，详细介绍本发明的内容。
图1至图3中：1是工作平台，2是下固定滑块，3是上固定滑块，4是稳定杆，5是上下移动横梁，6是丝杠，7是下斜槽连接滑块，8是上直角槽连接滑块，9是立柱，10是铰接头，11是正方形孔，12是锁紧螺钉孔，13是限位块，14是铰接孔，15是水平移动梁，17是三角支撑架的横向支撑杆，18是三角支撑架的斜向支撑杆，19是横向杆端头，20是斜杆铰接头，21是支撑斜杆，22是铰接座，23是试件主梁，24是锁紧螺钉，25是铰接座。
如图1所示，本发明设计的多功能材料力学实验平台，包括工作平台1、稳定杆4、丝杠6、上下移动横梁5、三角支撑架、立柱9、水平移动梁15和上、下连接滑块7、8。稳定杆4和丝杠6互相平行并垂直立于工作平台1上，横梁5套装在丝杠6和稳定杆4上，四个固定滑块3分别套装在稳定杆4上；三角支撑架由水平横向支撑杆17和斜向支撑杆18组成，其中横向支撑杆的一端固定在稳定杆4的上固定滑块3内，另一端插在水平移动横梁15内，其端部设有限位块13。斜向支撑杆18的一端与下固定滑块2铰接，另一端插在限位滑块13内。水平移动横梁15套装在三角支撑架的两个横向支撑杆17上。水平移动横梁15上对称固定有两根带槽立柱9，每根立柱上分别通过槽套装有上直角槽连接滑块8和下斜槽连接滑块7，上直角槽连接滑块8的一侧伸出一铰接头，另一侧开有正方形孔，下斜槽连接滑块7的一侧伸出一铰接头，另一侧开有一个与水平方向成60°角的正方形孔。
图2所示为本发明的一个应用实施例，在平台1上设置一个三角支撑梁，三角支撑梁由主梁23和斜梁21组成，主梁23和斜梁21的一端相互铰接，主梁的另一端插在立柱9的上直角槽连接滑块8的正方形孔中，斜梁的另一端与立柱下斜槽连接滑块7的铰接头相铰接。通过改变约束条件、主梁形状以及材料类型，即可实现主梁指定截面的内力分布测试，使学生掌握应力和内力的分布规律，达到理论教学与实验分析相结合的教学目的。
试验方法及过程如下：三角支撑的主梁，选择为一工字钢主梁23，主梁一端与上直角槽连接滑块8固接，并由锁紧螺钉24紧固，主梁的另一端与支撑斜杆21一端通过销钉22铰接，支撑斜杆21的另一端与下斜槽连接滑块7的铰接端头通过销钉25连接，构成一个三角支撑结构。水平移动梁15上的另一立柱9也可以用同样的方法，建立另一组测试约束变化对三角支撑梁截面内力影响的试验装置。该试验过程是在主梁的铰接接头处施加载荷P，此时，在距离加载点L处m点的主梁截面的弯曲正应力大小及分布可由下列方程计算得出：σ=(P-Pθcosθ)LyIz]]>
上式中，P为加载力，Iz为工字钢截面惯性距，y为距离加载点L处的m点离中性轴z的距离。计算不同的m点的正应力，即可得到该截面上的应力分布。如果需要计算斜杆21的轴向应力，可根据支撑梁构成的角度θ，推算出施加在斜梁上的轴向力Pθ=Psinθ(假设主梁两端为铰接方式)，则斜杆21上的轴向应力可由方程σ=PθA]]>确定，式中A为斜杆截面积。
如果将主梁的两端由原来的铰接改为一端铰接和一端固接，则计算方法将涉及到超静定问题，通过一定的测试仍然可以计算出指定截面的应力。