[实用新型]检验杆件变形平面假设的实验模型

说明书

技术领域

本发明涉及材料力学及工程力学课程的教学及实验模型领域，具体涉及一种检验杆件变形平面假设的实验模型。

背景技术

杆件基本变形时的应力计算公式，都是在“平面假设”的前提下推导出来的。之所以称作“平面假设”，是因为人们看不到杆件内部整个横截面的变形情况。在此之前，科学家们通过有限元等数值计算方法验证了“平面假设”的成立，但这种验证方法不能向人们进行直观地展示，缺乏客观说服力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种验证杆件基本变形时平面假设的实验模型，用于向人们直观而形象地说明“平面假设”的正确性，同时用于研究“平面假设”不成立时横截面的变形情况。

该模型采用全透明的弹性材料制成杆状主体，其特征在于在杆状主体当中，具有几个相邻且平行的演示横截面，演示横截面在杆状主体内部且与杆状主体紧密连接，演示横截面的形状和实验模型横截面的形状一致，但演示横截面具有与杆状主体不同的颜色。

在本发明的一个实施例中，杆状主体的横截面形状，也就是演示横截面的形状为圆形。

在本发明的一个实施例中，杆状主体的横截面形状，也就是演示横截面的形状为矩形。

在本发明的一个实施例中，杆状主体的横截面形状，也就是演示横截面的形状为工字型。

在本发明的一个实施例中，演示横截面的颜色必须使得人眼可将该颜色可以与杆状主体的颜色明显分辨开，并且从外部可以清楚看到演示横截面。

在本发明的一个实施例中，演示横截面彼此之间的距离不超过演示横截面高度的1/4。

在本发明的一个实施例中，几个演示横截面彼此之间的距离可以相等。

在本发明的一个实施例中，几个演示横截面彼此之间的距离可以不相等。

在本发明的一个实施例中，演示横截面通过在杆状主体浇注过程中采用有色丝线排列出几个相邻的演示横截面而产生。

在本发明的一个实施例中，演示横截面通过在分别浇注出的杆状主体的前部、中部和后部之后，用弹性有色胶体胶接复原而产生。

本发明可以向人们直观而形象地说明“平面假设”的正确性，同时用于研究“平面假设”不成立时横截面的变形情况。

附图说明

图1示出平面假设成立时的实验模型示意图，其中图1(a)为矩形截面杆不弯曲时的情况，图1(b)为矩形截面杆发生纯弯曲时的变形情况。

图2示出平面假设不成立时的实验模型示意图，其中图2(a)为矩形截面杆未发生横力弯曲时的情况，图2(b)为矩形截面杆发生横力弯曲时的变形情况。

具体实施方式

本发明的检验杆件变形平面假设的实验模型采用弹性的全透明材料，例如硅胶，经过模具浇注及固化过程，制造出圆形、矩形、工字型等横截面形状的杆状试样。其特点在于：试样主体采用全透明的弹性材料制作，并且制出的试样中部须用彩色标示出几个相邻且平行的演示横截面，几个演示横截面之间的距离不超过演示横截面高度的1/4。几个相邻且平行的演示横截面可采取如下两种方法实现：①浇注前在模具中用有色丝线排列出几个相邻的演示横截面；②在浇制出的试样中部横切出一个薄片，再用弹性的有色胶体胶接复原，形成视觉上比较明显的几个演示横截面。

图1示出平面假设成立时的实验模型示意图，其中图1(a)为矩形截面杆不弯曲时的情况，图1(b)为矩形演示截面杆发生纯弯曲时的变形情况。平面假设成立时，实验模型可以承受轴向拉伸、扭转、纯弯曲等基本变形，其演示横截面形状可以是圆形、矩形、工字型等。图1中采用两个演示横截面。

图2示出平面假设不成立时的实验模型示意图，其中图2(a)为矩形截面杆未发生横力弯曲时的情况，图2(b)为矩形演示截面杆发生横力弯曲时的变形情况。平面假设不成立时，实验模型可以承受横力弯曲、弯扭组合等变形，其演示横截面形状可以是圆形、矩形、工字型等。图2中采用两个演示横截面，杆体左端排列紧密的细小线段表示杆体左端为固定端。

本发明采用弹性的全透明材料，例如硅胶，经过模具浇注及固化过程，制造出圆形、矩形、工字型等演示横截面形状的杆状试样。演示横截面采用同样材料，但具有与实验模型主体不同的颜色。演示横截面和模型横截面一致。

本发明的检验杆件变形平面假设的实验模型可用于下列目的。

①将制出的试样带入课堂，直接作为教学演示模具使用。

②将制出的试样利用常规的加载实验装置加载，实现轴向拉伸、扭转、纯弯曲、横力弯曲以及弯扭组合等变形形式，为工科本科的力学课程教学增设一项新的实验项目。