[实用新型]一种用于结构力学几何组成分析的便携式教具

说明书

一种用于结构力学几何组成分析的便携式教具，属于土木工程专业结构力学的教学实践领域。教具包括几何常变体系、几何瞬变体系和几何不变体系；每种体系都是由底座、杆和刚片组成的；所述的底座依靠其自重保证整个装置的稳定；所述的杆用于连接刚片。本实用新型能够实现几何常变体系、几何瞬变体系和几何不变体系的灵活转换，并且达到方便携带到课堂现场，演示时节省时间的目的。通过现场演示，使学生们更加直观的理解三种体系的分析方法。

技术领域

本实用新型属于土木工程专业结构力学的教学实践领域，涉及一种用于结构力学几何组成分析的便携式教具，可进行几何组成分析的课堂演示实验。

背景技术

结构力学是高等院校土木工程专业必修学科，主要以梁、拱、桁架、刚架等杆件结构为主要研究对象，根据力学原理研究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、稳定性和动力反应，以及结构的组成规律和受力性能。

目前高等院校结构力学的教学方法主要是理论教学，缺少对相关力学原理的实验验证，导致部分同学对相关理论理解不够深入，甚至对相关理论产生质疑。因此，在结构力学教学中引入实验环节是其教学发展的必然趋势。

几何组成分析作为结构力学课程的开篇章节，从几何组成的角度讨论结构力学中的一个侧面，但几何组成分析与内力分析之间又是密切相关的。

从几何组成的角度来看，杆件体系可分为两类：几何可变体系、几何不变体系；其中，几何可变体系又可以分为几何常变体系和几何瞬变体系。在平面体系的几何组成分析中，最基本的规律是铰接两刚片规则和三刚片规则。

本实用新型提供了一种用于结构力学几何组成分析的便携式教具，通过结构自身重力作为荷载，以目测的方法看出结构的位移量变化，以杆件的失稳变形量作为衡量杆件受力的指标，通过不同刚片上不同位置节点、杆件的多种方式的组合连接，实现了上述三种体系的灵活转换，为结构力学几何组成分析教学的顺利进行奠定了基础。

实用新型内容

为提高结构力学几何组成分析教学内容的直观性，实用新型一种用于结构力学几何组成分析的便携式教具，实现几何常变体系、几何瞬变体系和几何不变体系的灵活转换，并且达到方便携带到课堂现场，演示时节省时间的目的。通过现场演示，使学生们更加直观的理解三种体系的分析方法。

本实用新型的技术方案：

一种用于结构力学几何组成分析的便携式教具，包括几何常变体系、几何瞬变体系和几何不变体系；每种体系都是由底座、杆和刚片组成的；所述的底座依靠其自重保证整个装置的稳定；所述的杆用于连接刚片。

所述的几何常变体系包括5种形式：

(1)形式一如图7所示，包括1个下方刚片、2个上方刚片、2根横向杆、 4根纵向杆；2个上方刚片横向并排且均与下方刚片平行，2个上方刚片之间通过上下2根横向杆相连，2根横向杆平行且长度相等，每个上方刚片均通过2根纵向杆与下方刚片相连，4根纵向杆均垂直于刚片，且长度相等，上端部齐平；

(2)形式二如图10所示，包括1个下方刚片、2个上方刚片、2根横向杆、 4根纵向杆；2个上方刚片横向并排且均与下方刚片平行，2个上方刚片之间通过上下2根横向杆相连，其中1根横向杆平行与刚片，另一根横向杆与刚片呈一定角度；上横向杆与下横向杆左右端部齐平；每个上方刚片均通过2根纵向杆与下方刚片相连，4根纵向杆均垂直于刚片，且长度相等；4根纵向杆的上下端部齐平；

(3)形式三如图13所示，包括1个下方刚片、2个上方刚片、2根横向杆、 4根纵向杆；2个上方刚片横向并排且均与下方刚片平行，2个上方刚片之间通过上下2根横向杆相连，2根横向杆平行且等长；每个上方刚片均通过2根纵向杆与下方刚片相连，4根纵向杆中位于两侧的纵向杆均垂直于刚片，位于中间的纵向杆与刚片呈一定角度，4根纵向杆的上下端部齐平；