一种万用结点以及装配式结构力学变形演示教具

1.本发明涉及一种万用结点以及装配式结构力学变形演示教具，属于结构力学教学研究技术领域。


背景技术：

2.在《结构力学》的学习过程中，学生普遍感受到方法抽象、方法系统性强，是学生心目中十分难学的一门专业基础课。结构的内力分析和位移计算是学好《结构力学》课程的基础，然而，很多学生在进行结构的内力分析时，分不清弯矩图的受拉侧，也无法定性地分析结构的变形挠曲线，对各类支座（固定支座、铰支座、定向支座）对结构变形的影响亦无法准确判别。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种万用结点以及装配式结构力学变形演示教具。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种万用结点，包括：定轴、转轴和弹性杆件卡槽；所述定轴一圈设有若干个松紧可调的转轴，转轴固定连接弹性杆件卡槽，所述弹性杆件卡槽用于卡接弹性杆件。
5.进一步的，所述转轴包括固定连接的轴部和转轴固定部，所述定轴一圈设有若干个轴孔，每个轴孔旁侧开设有第一紧固孔，所述转轴固定部也开设有第二紧固孔，所述轴部与所述轴孔转动连接；还包括紧固件，用于连接第一紧固孔和第二紧固孔，固定转轴和定轴。
6.进一步的，所述第一紧固孔和第二紧固孔为销钉孔，所述紧固件为销钉。
7.进一步的，所述弹性杆件卡槽包括卡槽固定部、第一卡件和第二卡件；卡槽固定部与转轴固定部固定连接，卡槽固定部与第一卡件和第二卡件可拆式连接。
8.进一步的，所述第一卡件和第二卡件内部设有防滑纹。
9.一种装配式结构力学变形演示教具，包括：若干个弹性杆件、一个或多个固定支座、一个或多个铰支座、一个或多个定向支座、支座滑轨、一个或多个加载装置、轨道框架以及一个或多个权利要求1-5任意一项所述的万用结点；所述固定支座固定在轨道框架的内侧，用于固定连接一个弹性杆件的一端；所述铰支座固定在轨道框架的内侧，用于铰接一个弹性杆件的一端；所述支座滑轨开设在轨道框架的内侧，用于卡接加载装置、固定支座、铰支座、定向支座，定向支座固定连接一个弹性杆件的一端；所述加载装置，固定在轨道框架的内侧，加载装置的加载端卡接一个弹性杆件；所述万用结点的弹性杆件卡槽，用于卡接弹性杆件的一端，装配成演示教具。
10.进一步的，所述支座滑轨为轨道框架内侧开设的条形槽。
11.进一步的，所述定向支座包括滑块导轨、滑块和弹性杆件夹持装置；所述滑块导轨与支座滑轨卡接；所述滑块与滑块导轨滑动连接；所述弹性杆件夹持装置固定在滑块上，用于夹持弹性杆件。
12.进一步的，还包括：背板、刚臂转动轨道、转角顶推装置和转角锁定装置；所述支座滑轨还可以设在轨道框架的外侧，用于与所述定向支座滑动连接；背板的两端通过安装在轨道框架的同一面的上下或者左右两个外侧上的定向支座夹持；所述背板上开设有刚臂转动轨道，在刚臂转动轨道下方固定一个所述万用节点，转角顶推装置固定在背板上，转角顶推装置的伸缩端用于顶推万用结点弹性杆件卡槽，转动万用结点；万用结点上设有所述转角锁定装置，用于锁定万用结点，使其不转动；进一步的，还包括：长度可调的附加链杆装置；所述长度可调的附加链杆装置的一端连接一个弹性杆件卡槽，另一端铰接固定在轨道框架内部的铰接支座。
13.本发明所达到的有益效果：本技术提供的结构力学变形演示教具组件可供学生自行组装所需的结构形式，直观地显示结构的变形情况，加深对结构变形挠曲线的理解，能对杆件的受拉侧有更深入的判断和理解。本技术提供的位移法基本原理演示装置可加深学生对位移法基本原理的理解，能够直观地观察“刚臂”与“附加链杆”所起的作用，进一步地理解引起结构变形的两个因素（外荷载和结点位移）的分解和合成。
附图说明
14.图1为通过本发明结构力学变形演示教具组件组装的一种结构形式；图2为本发明的万用结点细节图；图3为本发明的万用结点在拆开状态下的细节图；图4为本发明的定向支座细节图；图5为本发明的定向支座滑块细节图；图6为位移法基本原理演示装置前视图；图7为位移法基本原理演示装置后视图；图8为附加链杆装置细节图。
具体实施方式
15.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
16.实施例1，一种装配式结构力学变形演示教具，用于刚架结构变形演示，包括：弹性杆件4、多个万用结点，包括：第一万用结点1、第二万用结点2、第三万用结点3、固定支座5、铰支座6、定向支座7、支座滑轨9、加载装置8以及轨道框架10。图1为通过本发明结构力学变形演示教具组件组装的一种结构形式。
17.支座滑轨9为轨道框架开设的条形槽孔，用于卡接加载装置8、固定支座7、铰支座6、定向支座9，通过支座滑轨9的槽孔设计，方便更换加载装置8、固定支座7、铰支座6、定向支座9等，进行多种演示。
18.图1中弹性杆件采用聚氨酯牛筋棒，抗弯刚度ei≈1200n
·
m2，保证杆件在荷载作用下有肉眼可见的变形。
19.如图2和图3所示，万用结点由定轴11、转轴12、销钉13、销钉孔15、弹性杆件卡槽14组成。
20.万用结点可最多连接4根弹性杆件4。
21.万用结点可通过放松或紧固销钉13实现刚结点、铰结点以及组合结点的功能转化。图1中第一万用结点1具有刚结点功能，左侧、右侧及下侧连接3根弹性杆件4，左侧、右侧及下侧3个销钉13均被紧固；图1中第二万用结点2具有铰结点功能，左侧、右侧及下侧连接3根弹性杆件4，左侧、右侧及下侧3个销钉13均被放松；图1中第三万用结点3具有组合结点功能，左侧、右侧及下侧连接3根弹性杆件4，左侧、右侧2个销钉13均被紧固，下侧1个销钉13被放松。
22.万用结点的铰结点功能可实现弹性杆件最大 180
°
的转动。
23.万用结点的刚结点功能可实现两个弹性杆件具有任意的夹角。
24.固定支座7、铰支座6、定向支座9可根据结构形式与支座滑轨9卡接，实现在轨道框架10的任意位置安装。
25.加载装置8可根据结构形式安装在轨道框架的指定位置，加载装置8采用电动驱动或者液压驱动其内部的伸缩杆。
26.弹性杆件卡槽14内部设置有螺纹且可自由打开，可增加与弹性杆件4连接时的摩擦力并方便安装弹性杆件4。
27.如图4所示，定向支座7由滑块导轨71、滑块72以及弹性杆件夹持装置73组成，如图5所示，滑块72两边设有滚珠盒73，滚珠盒73内放置球状滚珠74。
28.实施例2，如图6和图7所示，一种装配式结构力学变形演示教具，用于位移法基本原理演示，包括：第一弹性杆件100、第二弹性杆件101、第三弹性杆件102、第四万用结点103、第五万用结点104、第一固定支座110、第二固定支座111、第一定向支座11/4、第二定向支座115、第一支座滑轨116、第一加载装置105、第一轨道框架113、背板112、第一加载装置109、转角锁定装置106、刚臂转动轨道107、附加链杆装置108。
29.如图6所示，所述第一万用结点103连接第一弹性杆件100和第二弹性杆件101，通过紧固第一万用结点103的销钉实现第一弹性杆件100和第二弹性杆件101一端之间刚性连接。
30.如图6所示，所述第二万用结点104连接第二弹性杆件101和第三弹性杆件102，通过放松第二万用结点104的销钉实现第二弹性杆件101另一端和第三弹性杆件102之间具有铰接功能。
31.如图6所示，所述背板112上开设有刚臂转动轨道107，在刚臂转动轨道107下方固定第一万用节点103，转角顶推装置105固定在背板112上，转角顶推装置105的伸缩端顶推第一万用结点103的弹性杆件卡槽，用于转动第一万用结点103；转动转角锁定装置106连接第一万用结点103和刚臂转动轨道107，用于锁定万用结点，使其不转动。
32.其中，转角顶推装置采用液压、电动或手动旋转驱动，转动转角锁定装置106的旋钮实现锁定，通过旋转旋钮卡紧第一万用节点103使其不转动。
33.如图7所示，所述背板112两侧由安装在轨道框架侧面的第一支座滑轨116上的第一定向支座114和第二定向支座115夹持。
34.如图6所示，所述第二万用结点104的一个弹性杆件卡槽与长度可调的附加链杆装置108连接，长度可调的附加链杆装置108的另一端铰接固定在轨道框架内部的铰接支座。附加链杆装置108可以实现使得结构整体有一个水平位移，如图8所示，所述附加链杆装置108一端的空心母链杆1081连接一个弹性杆件卡槽，另一端的子链杆1082铰接在轨道框架内部的铰接支座，移动整体结构带动空心母链杆1081移动至既定位置后旋转固定套筒1083卡住子链杆1082。
35.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。