[发明专利]多功能实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种多功能实验装置，其特征在于，所述装置包括：

支撑架，由两相互平行的横梁、及两相互平行的纵梁组成，横梁包括顶部横梁和底部横梁、纵梁包括第一纵梁及第二纵梁，顶部横梁上设有第一导槽；

实验梁，设于两横梁所在平面，一端垂直固定于第一纵梁，另一端为自由端，实验梁上贴有电阻应变片；

竖直移动组件，包括：设于实验梁自由端底部的竖直移动件、及设于竖直移动件与第二纵梁之间连接板，连接板的一侧与竖直移动件滑动连接，竖直移动件的顶部固定有力传感器，底部设有旋转手轮，连接板的另一侧与第二纵梁固定连接，在连接板的底部沿竖直移动件的延伸方向设有底板，底板与旋转手轮螺纹连接，在竖直移动件及连接板的竖直平面内分别刻有标线及与标线相匹配的刻度，当标线对准连接块上的零刻度线时，竖直移动件顶部的力传感器与实验梁的底部接触；

加载砝码组件，包括：两个用于固定加载砝码的砝码支撑杆，及分别设于两砝码支撑杆底部的两砝码支撑板，砝码支撑板均平行于纵梁设置，在没有加载砝码时，砝码支撑板的底部与实验梁的顶部刚好接触，两砝码支撑杆的顶部分别通过滑块与顶部横梁上的第一导槽滑动连接，砝码支撑杆与滑块中心孔为间隙配合；

百分表组件，设于实验梁与底部横梁之间，包括：两个百分表，设于两百分表与实验梁之间的百分表托杆，在百分表托杆上设有第二导槽，第二导槽及百分表托杆均平行于横梁设置，及套设在百分表托杆侧端且与百分表托杆滑动连接的两U型导向套，及分别穿过两U型导向套及第二导槽的两连测量杆，两测量杆的一端均固定百分表，另一端均与实验梁的底部接触；

基于所述多功能实验装置的力法解超静定实验方法包括如下步骤：

S11、通过旋转手轮调节竖直移动件在竖直方向的位置，使得竖直移动件的标线对准连接块上的零刻度线；

S12、将一个砝码支撑杆固定在任一位置，向砝码支撑杆上等量逐级增加砝码，每增加一次砝码都要依次执行步骤S13、步骤S14、及步骤S15；

S13、记录力传感器的读数N_1n；

S14、通过旋转手轮使得竖直移动件下移，直至竖直移动件顶端的力传感器与实验梁的自由端分离，实验梁变成静定悬臂梁；

S15、通过旋转手轮使得竖直移动件上移，上移至竖直移动件的标线对准连接板上的零刻度线，记录此时力传感器的读数N_2n；

S16、在同样载荷作用下，计算力传感器读数N_1n和力传感器读数N_2n的相对误差，理论上，在同样载荷作用下，力传感器的读数N_1n等于力传感器的读数N_2n。

2.如权利要求1所述的多功能实验装置，其特征在于，加载砝码组件包括：设于第一导槽一侧的条形槽，条形槽平行横梁设置，及穿过条形槽与两滑块固定连接两螺杆，及与两螺杆相匹配的两螺帽。

3.如权利要求1所述的多功能实验装置，其特征在于，百分表组件包括：设于两U导向套上的两螺纹通孔，及与两螺纹通孔配合的两螺钉。

4.如权利要求1所述的多功能实验装置，其特征在于，竖直移动件为燕尾滑块，连接板的侧壁设有与燕尾滑块相配合的燕尾滑槽。

5.基于权利要求1-4任一权利要求所述多功能实验装置的梁弯曲变形实验方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S21、通过转动手轮使得竖直移动件下移，下移至力传感器完成脱离实验梁的底部；

S22、将其中一个砝码支撑杆固定在位置1，将百分表固定在位置2，向位置1处的砝码支撑杆上等量逐级增加砝码，记录百分表的读数W_2n；

S23、测量砝码支撑杆固定点、及百分表固定点距第一纵梁的距离；

S24、基于公式(1)计算百分表固定位置处的弯曲形变量W_n，公式(1)的表达式如下：

E为实验梁的弹性模量，a为砝码支撑杆固定点距第一纵梁的距离，x为百分表固定点距第一纵梁的距离，F为加载砝码的荷载，I为实验梁截面惯性矩；

S25、计算百分表固定位置处弯曲形变量计算值W_n与百分表的读数值W_2n的相对误差。