Учебный прибор по сопротивлению материалов

 

Изобретение относится к демонстрационным приборам и позволяет изучать, например, в курсе сопротивления материалов характер изменения напряжений, возникающих внутри круглого закручиваемого стержня в зависимости от ориентации в нем элементарного объема. Прибор содержит установленную на основании вертикальную стойку с втулкой 3, в которой размещена горизонтальная ось 4 вращения, на которой установлена модель элементарного объема круглого закручиваемого стержня, выполненная в виде куба, перпендикулярно боковым граням которого установлены поворотные стрелочные указатели напряжений, средство регистрации угла поворота куба, состоящее из закрепленной на втулке 3 градусной шкалы 7 и связанного с осью 4 стрелочного указателя 8, и средство синхронизации изменения угла наклона стрелочных указателей и вращения куба, состоящее из неподвижно установленного на втулке 3 диска и гибких тяг 10, шарнирно закрепленных одним концом на диске, при этом на параллельных сторонах куба шарнирно установлены валы 11, концы которых связаны посредством рычагов 12 с поворотными планками 13, стрелочные указатели установлены на валах 11, а свободные концы гибких тяг 10 закреплены на рычагах 12. Кроме этого на поверхности куба имеется изображение схемы нагружения стержня и ориентации в нем элементарного объема, а вращение куба осуществляется посредством ручки 14, закрепленной на оси 4. Расположив куб под углом 45° к оси стержня демонстрируется состояние , при котором на элементарный объем действуют только нормальные напряжения, о чем свидетельствует расположение стрелочных указателей перпендикулярно граням куба, причем на противоположных сторонах куба стрелочные указатели направлены навстречу друг другу (сжатие), на двух других - в разные стороны (растяжение). Вращая за ручку 14 куб, поворачивают последний на угол 45°, при котором на элементарный объем действуют только касательные напряжения (состояние "чистого" сдвига), о чем свидетельствует направление стрелочных указателей на противолежащих гранях куба в противоположные стороны. При вращении куба гибкие тяги 10, воздействуя на рычаги 12, поворачивают их, последние, в свою очередь воздействуя на валы 11, также поворачивают их вместе с укрепленными на них стрелочными указателями. Плавный переход стрелочных указателей из положения, перпендикулярного граням куба, в положение, при котором они располагаются вдоль граней куба, обеспечивается подбором длин тяг 10 средства синхронизации. Регистрация углов поворота куба и стрелочных указателей в диапазоне углов от 0 до 45° осуществляется по шкале стрелочным указателем 8. По окончании демонстрации куб и стрелочные указатели возвращаются в исходное состояние путем поворота ручки 14. 17 ил.

СООЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (Sf) 4 С 09 В 23/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И A EIITGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

f (21) 4240115/31-12 (22) 05.05.87 (46) 30.09.89. Бюл. ¹ 36 (72) А.В.Одинец, А.A.Îäèíåö и Ю.Я.Волошин (53) 371.66 (088.8) (56) Учебные приборы и пособия.

Техучпособие, 1, 1940, с. 113. (54) УЧЕБНЪ|Й ПРИБОР ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к демонстрационным приборам и позволяет изучать, например, в курсе сопротивления материалов характер изменения напряжений, возникающих внут- ри круглого закручиваемого стержня в зависимости от ориентации в нем элементарного объема. Прибор содержит установленную на основании вер18 Г

2 тикальную стойку с втулкой 3, в которой размещена горизонтальная ось

4 вращечия, на которой установлена модель элементарного объема круглого закручиваемого стержня, выполненная в виде куба, перпендикулярно боковым граням которого установлены поворотные стрелочные указатели напряжений, средство регистрации угла поворота куба, состоящее из закреп ))енной на втулке 3 градусной шкалы

7 и связанного с осью 4 стрелочного указателя 8, и средство синхронизации изменения угла наклона стрелочных указателей и вращения куба, состоящее из неподвижно установленного на втулке 3 диска и гибких тяг 10, шарнирно закрепленных одним концом на диске. При этом на параллельных

3 151 сторонах куба шарнирно установлены валы 11, концы которых связаны посредством рычагов 12 с поворотными планками 13, стрелочные указатели установлены на валах 11, а свободные концы гибких тяг 10 закреплены на рычагах 12. Кроме того, на поверхности куба имеется изображение схемы пагружения стержня и ориентации в нем элементарного объема, а вращение куба осуществляется посредством ручки 14, закрепленной на оси 4. Распоа ложив куб под углом 45 к оси стержня демонстрируются состояние, при котором на элементарный объем действуют только нормальные папряжеьпя, о чем свидетельствует расположение стрелочных указателей перпендикулярно граням куба, причем на противоположных сторонах куба стрелочные указа.тел« направлены навстречу друг другу (сжатие), на двух других в разные стороны (растяжение) . Вращая за ручку 14 куб, поворачивают поО следьн1й «а угол 45, нри котором на

1760 4

?5 элемептарньп1 обbpM действуют только касательные напряжен«я (состояние !!,, t! чистого сд ви га ), о ч ем с виде тел ьс твуе т направление стрелочных ук аз ат елей на противолежащих гранях куба в пр о т«в оположнь1е стороны . При в р ащении куба гибкие тяги 1 0, воздействуя па рычаги I 2, поворачивают их,, послед ни е, в с вою оч е р едь воздействуя на валы 1 1, также п э в ор ачив а1от их вме с те с укрепленными на них стрелочными ук аз ат еля ми . Плавный переход стрелочных указателей из положения, перпендикулярного граням куба, в н ол оже ни е, при котором они располагаются вдо пь граней куба, об е спечи вается подбором длин тя г 1 0 средства. синхр о ни з а ции . Р с гис тр ация углов п ов о— р о та куб а « стрелочных указателей в диапазоне углов с -, 0 до 4 5 с существляется по шкале с грглсчным указателем 8. По скончаьп«1 демонстрации куб « стрелочные указател«1 1зозвраща1отся в исходное состояние путем поворота ручки !4. I 7 :ил.

Изобретение относится к деыснстрационнь1м приборам и может быть использовано, напр11м ..р, при изуче«1.« 3 курсе сопротивления материалов характеРг изь1енениЯ напРЯжений, всзника1о- г5 щих впутр!и круглого закручивае11ого стержня в зависимости от ср11ента!гп! в нем элементарного объема.

Цель изобретения — расширение диапазона решаемых задач путем де- . 40 монстрации касательных напряжений.

На ф«г.1 « 2 пзображен прибор,. общ«й вид; на фиг. — узел Х па ф1г.2; на фиг,4 — узел ТХ на фиг.2:, на

111«1 .5 — в«д л «а фиг.2; на фиг.б вид Б нг фиг. ?, на фиг.7 — вид 13 на фиг.б, на фиг.8 — разрез Г-Г на фиг.б; Ha cb«I .9 — вид Д на фиг.б, на фиг. 10 — вид Е на фш".2; на фиг.1 (разрез у!(-Ж на фиг . 1 0; на фиг . 2 — раз- 50 рез 3-3 на фиг. 11; на фиг.13 — разрез

И-И на ф«г.1?; на Й11г.14 — узе!1 ХХ.ь на ф«г.11; на ф11г. !5 — узел Iv на фиг.11; «а ф«г,16 — узел 17 на фиг.ll, на Ь11г. 17 и ср«ентаци« в нем элементарного объема.

Учебный прибор пс сспрстивлени1о материалов содержит установленную на основании 1 вертика«1 ную стойку- 2 с втулкой 3, в которой размещена горизонтальная ось 4 вращения. На гори-? 0HTBëúiioll оси 4 вращения установлена модель элементарного объема круглого закручиваемого стержня, выполненная в вице куба 5, перпендикулярно боковым приемам которого установлены псворстные стрелочные указатели б напряжений.

Прибор снабжен также средством регистрации угла поворота куба, состояь1им из закрепленной на втулке

3 градусной шкалы 7 и связанного с осью 4 вращения стрелочного указателя 8, и средством синхронизации изменения угла HHIJIQHcL стрелочных указателей 6 напряжен«й и вращен«я куба 5, состоящим из неподвижно уста11о1зленпого на втулке 3 диска 9

1I гибких тяг 10, шар1шрно закрепленopHIIM кон цс11 H;I glIIcKB 9 . IIpH этом на параллельных сторонах куба

5 шарнирно установлены валы 11, концы ксторьгх связаны пссредcTBQM рычагов 12 с псворотньг1и планками 13.

Стрелочные указатели б установлены на валах 11, а свобо!1ные кснць1 гибких тяг 10 закреплеHi1 «а рычагах 1?.

1760

6 г

Учебный прибор по сопротивлению материалов, содержащий модель элементарного объема круглого закручпваемого стержня, выполненную в виде установленного на горизонтальной оси вращения куба, и стрелочные указатели нормальных напряжений, установленные перпендикулярно боковым граням куба, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем демонстрации касательных напряжений, on снаб— жен установленной на основании вертикальной стойкой с втулкой, в кото,рой размещена ось вращения куба, 45

5 151

Кроме того, на поверхности куба 5 имеется изображение схемы нагружения

Ъ стержня и ориентации в нем элементарного объема (фиг.4), а вращение куба 5 осуществляется посредством ручки 14, закрепленной на оси 4 °

Прибор работает следующим образом.

Перед началом демонстрации обучаемым объясняют по схеме погружения стержня и ориентации в нем элементарного объема (фиг.4),что в зависимости от ориентации в круглом закручиваемом стержне элементарного объема, последний в одном случае испытывает действие только главных напряжений (попарно растягивающих и сжимающих элементарных объем в случае его расположения под углом

45О к оси стержня), а в другом случае испытывает состояние чистого сдвига от действия только касательных напряжений(стороны элементарного объема расположены параллельно и перпендикулярно оси стержня). При этом отмечают, что действие нормальных и касательных напряжений демонстрируется стрелочным указателем 6.

Затем ориентируют модель элементарного объема — куба 5 в пространстве в одном из случаев нагружения, например, когда имеет место только нормальные напряжения. В этом случае куб 5 располагается в закручио ваемом стержне под углом 45 к его оси, а стрелочные указатели 6 напряжений (в данном случае только нормальных) расположены перпендикулярно граням куба. Причем на двух противоположных сторонах куба стрелочные указатели направлены навстречу друг другу, что соответствует сжатию элементарного объема, а на двух других сторонах — в разные стороны, что соответствует растяжению элементарного объема.

Затем за ручку 14 начинают вращать куб 5. Вследствие этого гибкие тяги 10, воздействуя на рычаги 12, поворачивают их. В свою очередь,последние, воздействуя на валы 11, также поворачивают их вместе с укреп" ленными на них стрелочными указателями 6. Угол поворота куба фиксируется по шкале 7 стрелочным указателем 8.

При достижении кубом 5 угла поворота в 45 стрелочные указатели 6

25.

40 занимают положение, napaлле nvnoe граням куба, что соответствует дефорьа рованному состоянию стержня "чистого" сдвига. В данном случае стрелочные указатели 6 моделируют только касательные напряжения. Причем в соответствии с законом о парности касательных напряжений эти напряжения по модулю равны нормальным напряжениям, о чем свидетельствует неизменяемая длина стрелочных указателей 6, и на противолежащих гранях куба направлены в противоположные стороны.

Плавный переход стрелочных указателей 6 из положения, перпендикулярного граням куба, в положение, при котором они располагаются вдоль гра-. ней куба, обеспечивается соответствующей настройкой подбором длины гибких тяг 10 средства синхронизации.

В процессе поворота куба 5 и стрелочных указателей 6 обучаемые фиксируют промежуточные углы их поворота по шкале 7 и, используя известные математические зависимости, определяют значение напряжений, возникающих в элементарном объеме, в диапазоне углов от 0 до 45

После окончания демонстрации куб

5 3а ручку 14 возвращается в исходное состояние. При этом стрелочные указатели 6 также занимают исходное положение.

Применение предлагаемого изобретения позволяет существенно облегчить в лекционных демонстрациях по сопротивлению материалов понимание обучаемыми характера напряженного состояния внутри круглого закручпваемого стержня.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1513750 средсттзом регистрации угла повороТ;! куба, состоящим из закрепленной на вту!!ке градусной шкалы и связанного с освш вращения стрело и!огo указателя, и средством синхронпзац!!и изменения угла наклона стрело ных указателей напряжений и вра!!!енйя куба, состоящим из неподвижно установленного на втулке дис!;а и гибких тяг, шарнирно закрепленных

Одним !!0HIJoì на диске z IlpH э то!! на

5 паралле!!! в! !х сторонах посредством рычагов с повороти!,!ми планками стрелочные указатели установлены па валах, а свободные концы гибких тяг закреплены на рычагах. >>co

Вид 4!

5)!760

Г-Г

1511760

1511760

Составитель P.Óæâèé

Редактор И.Касарда ТехредИ.Дидык Корректор Л.Патай

Тираж 469

Заказ 5906/52 Подписное

ВЯПП1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101