[发明专利]悬臂梁受冲击荷载作用时求解动荷因数的实验装置及方法

权利要求书

1.悬臂梁受冲击荷载作用时求解动荷因数的实验装置，其特征在于：包括悬臂梁、吊钩、应变片、左实验台和位于左实验台右侧的右实验台，悬臂梁左端固定设置在左实验台上，悬臂梁水平设置，悬臂梁右侧部位于右实验台上方，右实验台上垂直设置有位于悬臂梁后侧的刻度尺和位于悬臂梁右端部右侧的支撑杆，吊钩上端固定连接在悬臂梁底部并与刻度尺前后对应，应变片设置在吊钩与悬臂梁固定点的正上方的悬臂梁顶部，吊钩上通过吊绳挂接有铅球，吊绳在铅球自重的牵拉下，吊绳与刻度尺前后对应且平行，支撑杆下部设置有用于夹持铅球的第一夹持器，支撑杆上部设置有用于夹持悬臂梁右端使悬臂梁静止的第二夹持器。

2.根据权利要求1所述的悬臂梁受冲击荷载作用时求解动荷因数的实验装置，其特征在于：支撑杆采用矩形管制成，支撑杆左侧沿垂直方向开设有导向孔，第一夹持器包括滑动连接在支撑杆内部的升降杆，升降杆左侧固定连接有穿设在导向孔内的水平杆，水平杆左端设置有用于夹持铅球的机械抓手，支撑杆左侧下部设置有用于驱动升降杆升降的蜗轮蜗杆机构。

3.根据权利要求2所述的悬臂梁受冲击荷载作用时求解动荷因数的实验装置，其特征在于：第二夹持器右侧固定连接在支撑杆上部左侧，第二夹持器左侧敞口，悬臂梁的右端伸入到第二夹持器内，第二夹持器上设置有用于监测悬臂梁右端部上下位移的雷达测距仪。

4.根据权利要求3所述的悬臂梁受冲击荷载作用时求解动荷因数的实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）、检查实验装置，确认实验装置运行良好，将拴好的铅球的吊绳挂在挂钩处，将应变片、雷达测距仪、第一夹持器和第二夹持器通过控制电缆分别与计算机连接，调试实验装置，计算机对各项数据进行实时监测和测量；

（2）、记录吊钩距离左实验台的水平距离，即铅球对悬臂梁的冲击力的力臂长度记为L，铅球在静止时吊绳处于刚拉伸状态此时的铅球距离右实验台上表面的距离记为h₁；

（3）铅球作为静载荷通过吊绳作用在悬臂梁上，计算机记录应变片的输出值；

（4）启动第一夹持器，机械抓手夹住重量为P的铅球，再启动蜗轮蜗杆机构，驱动升降杆沿支撑杆向上移动到在吊绳长度范围内的任意一个位置，记录铅球距离右实验台上表面的距离记为h₂；

（5）机械抓手松开铅球，铅球开始做自由落体运动，当吊绳拉紧时竖直冲击荷载开始作用在悬臂梁上，实验结束后计算机记录应变片输出的应变值；

（6）重复至少三次步骤（3）、（4）和（5）；

（7）计算步骤（3）中铅球作为静载荷时应变片输出值的平均值，记为；计算步骤（5）中竖直冲击荷载作用于悬臂梁时应变片输出值的平均值，记为；铅球做自由落体运动的位移为h= h₂- h₁；

（8）求解悬臂梁受竖直冲击荷载作用时简化算法动荷因数的公式为：

；

由实验测得的数据计算得到的动荷因数为：

E是杨氏模量；I是惯性矩；是静荷载作用下梁的位移；是基于理论计算得到动荷因数，是由实验得到的数据计算得到的，比较和的大小，如果两者的误差在0.2之内，则实验得到的动荷因数是准确的。

5.根据权利要求4所述的悬臂梁受冲击荷载作用时求解动荷因数的实验装置的实验方法，其特征在于：步骤（5）中的冲击载荷拉动悬臂梁向下运动，雷达测距仪测量悬臂梁的向下位置的数值不断变大；第二夹持器由计算机进行实时监测和控制，当雷达测距仪测得的数值出现减小时，为了避免悬臂梁发生回弹影响实验结果，第二夹持器启动夹住悬臂梁使悬臂梁不再运动，一次实验到此结束，计算机记录下悬臂梁右端的位移；记录实验开始、结束时刻度尺的数值，计算出铅球做自由落体运动的位移。