close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9258

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 9258
(13) C1
(19)
(46) 2007.06.30
(12)
7
(51) G 09B 23/06
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ
СЖАТИЯ-РАСТЯЖЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20030036
(22) 2003.01.20
(43) 2004.09.30
(71) Заявители: Учреждение образования
"Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины"; Белорусский государственный
университет (BY)
(72) Авторы: Шолох Владимир Федорович; Коробкин Андрей Федорович;
Семченко Игорь Валентинович;
Яковцев Игорь Николаевич; Жолнеревич Иван Иосифович (BY)
(73) Патентообладатели: Учреждение образования "Гомельский государственный
университет имени Франциска Скорины"; Белорусский государственный
университет (BY)
(56) Лабораторный практикум по физике /
Под ред. А.С. Ахматова. - М.: Высшая
школа, 1980. - С. 36-37.
RU 2047220 C1, 1995.
SU 1583956 A1, 1990.
SU 1511760 A1, 1989.
BY 9258 C1 2007.06.30
(57)
1. Установка для изучения упругой деформации сжатия-растяжения, содержащая основание, стойку, демонстрационный образец, выполненный в виде удлиненного упругого
тела, патрон, закрепленный на стойке, узел нагружения, содержащий первый шток с платформой для грузов, соединенный посредством тяги с водилом, которое закреплено в средней части образца, съемные грузы и датчик микроперемещений, отличающаяся тем, что
Фиг. 1
BY 9258 C1 2007.06.30
содержит блок сопряжения и электронно-вычислительную машину, основание выполнено
в виде горизонтальной плиты, стойка выполнена в виде вертикально установленной на горизонтальной плите трубы, патрон установлен параллельно горизонтальной плите и содержит основание с отверстием, выполненным в его средней части с возможностью сообщения с внутренней полостью вертикальной трубы, и зажимы, в которых жестко
закреплены торцы демонстрационного образца, выполненного в виде трубы, узел нагружения дополнительно содержит второй шток с второй платформой для грузов и два неподвижных блока, закрепленные на торцах патрона, при этом торцы патрона и блоки расположены симметрично относительно оси вертикальной трубы, тяги выполнены гибкими,
а первый и второй штоки соединены тягами через блоки с водилом, расположенным на
оси симметрии вертикальной трубы, датчик микроперемещений выполнен в виде установленного внутри вертикальной трубы электрического датчика перемещений, чувствительный элемент которого связан через отверстие в патроне с водилом, а электрический
выход соединен со входом блока сопряжения, выход которого соединен со входом электронно-вычислительной машины.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что узел нагружения дополнительно содержит первую и вторую направляющие, установленные соосно первому и второму штоку
соответственно, при этом конец каждого из штоков установлен в отверстии, выполненном
в основании патрона, а каждая из направляющих жестко соединена одним концом с платформой для грузов, а другим концом установлена в выполненном в горизонтальной плите
отверстии с возможностью перемещения вдоль его оси.
Изобретение относится к учебным приборам по физике и может быть использовано
при изучении процессов и явлений упругой деформации сжатия-растяжения: упругого последействия, упругого гистерезиса, определения модуля Юнга.
Известна учебная установка для проведения лабораторных работ по строительной механике, включающая демонстрационный образец, узел нагружения, опору, тензодатчики,
подключенные через интерфейс к электронно-вычислительной машине (далее ЭВМ) [1].
Известная установка позволяет изучать распределение упругих деформаций в образце.
Исследуемый образец подвергают деформации изгиба, что не позволяет изучать процессы упругой деформации сжатия-растяжения.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату
является установка для изучения упругой деформации сжатия-растяжения, содержащая
основание, стойку, демонстрационный образец, выполненный в виде удлиненного упругого тела, патрон, закрепленный на стойке, узел нагружения, содержащий первый шток с
платформой для грузов, соединенный посредством тяги с водилом, которое закреплено в
средней части образца, съемные грузы и датчик микроперемещений [2].
Известная установка не обеспечивает наблюдения упругого гистерезиса и упругого
последействия в реальном масштабе времени. Кроме того, известная установка обладает
невысокой точностью измерений.
Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, - создание установки для
изучения упругой деформации сжатия-растяжения, включая наблюдения упругого гистерезиса и упругого последействия.
Технический результат, достигаемый изобретением:
возможность наблюдения упругого гистерезиса и упругого последействия в реальном
масштабе времени;
повышение точности измерений.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что установка для изучения
упругой деформации сжатия-растяжения, содержащая основание, стойку, демонстрационный образец, выполненный в виде удлиненного упругого тела, патрон, закрепленный на
2
BY 9258 C1 2007.06.30
стойке, узел нагружения, содержащий первый шток с платформой для грузов, соединенный посредством тяги с водилом, которое закреплено в средней части образца, съемные
грузы и датчик микроперемещений дополнительно содержит блок сопряжения и электронно-вычислительную машину, основание выполнено в виде горизонтальной плиты,
стойка выполнена в виде вертикально установленной на горизонтальной плите трубы, патрон установлен параллельно горизонтальной плите и содержит основание с отверстием,
выполненным в его передней части с возможностью сообщения с внутренней полостью
вертикальной трубы, и зажимы, в которых жестко закреплены торцы демонстрационного
образца, выполненного в виде трубы, узел нагружения дополнительно содержит второй
шток с второй платформой для грузов и два неподвижных блока, закрепленные на торцах
патрона, при этом торцы патрона и блоки расположены симметрично относительно оси
вертикальной трубы, тяги выполнены гибкими, а первый патрон и второй штоки соединены тягами через блоки с водилом, расположенным на оси симметрии вертикальной трубы,
датчик микроперемещений выполнен в виде установленного внутри вертикальной трубы
электрического датчика перемещений, чувствительный элемент которого связан через отверстие в патроне с водилом, а электрический выход соединен со входом блока сопряжения, выход которого соединен со входом электронно-вычислительной машины.
Кроме того, узел нагружения дополнительно содержит первую и вторую направляющие, установленные соосно первому и второму штоку соответственно, при этом конец
каждого из штоков установлен в отверстии, выполненном в основании патрона, а каждая
из направляющих жестко соединена одним концом с платформой для грузов, а другим
концом установлена в выполненном в горизонтальной плите отверстии с возможностью
перемещения вдоль его оси.
Заявляемая установка для изучения упругой деформации сжатия-растяжения поясняется чертежами.
Фиг. 1 - механическая часть заявляемой установки, вид спереди в разрезе.
Фиг. 2 - сечение установки по А-А.
Фиг. 3 - функциональная электрическая схема.
Установка для изучения упругой деформации сжатия-растяжения содержит основание
1 в виде горизонтальной плиты, стойку 2 в виде вертикально установленной на горизонтальной плите трубы, демонстрационный образец 3, закрепленный в патроне 4, установленном параллельно горизонтальной плите, узел нагружения, выполненный в виде первой
5 и второй 6 платформ для грузов, установленных соответственно на первом 7 и втором 8
штоках, соединенных соответственно гибкими тягами 9 и 10 через первый 11 и второй 12
блоки с водилом 13, и грузов 14, электрического датчика перемещений 15, закрепленного
внутри трубы 2 и соединенного своей чувствительной частью через отверстие 16 в средней части патрона 4 с водилом 13. Электрические выводы электрического датчика перемещений 15 соединены через блок сопряжения 17 с ЭВМ 18, имеющей монитор. Патрон 4
выполнен в виде основания 19, на противоположных концах которого размещены зажимы
20 и 21, в которых жестко закреплены торцы образца 3. Образец 3 выполнен в виде полой
трубы из упругого материала, в центральной части которой жестко закреплено водило 13,
подсоединенное по оси трубы 3 к тягам 9 и 10. Водило 13 расположено также на оси симметрии вертикальной трубы 2. Торцы патрона 4 и блоки 11 и 12 расположены симметрично относительно трубы 2. Горизонтальное основание патрона 19 имеет на торцах горизонтальные выступы, в которых выполнены отверстия 22 и 23, в основании 1 выполнены
отверстия 24 и 25. К нижней части платформы 5 прикреплена направляющая 26, расположенная на оси штока 7. Конец первого штока 7 установлен в отверстии 22, а направляющая 26 - в отверстии 24 с возможностью вертикального перемещения вдоль его оси. К
нижней части платформы 6 прикреплена направляющая 27, расположенная на оси штока
8. Конец штока 8 установлен в отверстии 23, а направляющая 27 установлена в отверстии
25 с возможностью вертикального перемещения в этих отверстиях к вдоль их осей. Элек3
BY 9258 C1 2007.06.30
трический датчик перемещений (электромеханический преобразователь перемещений) 15
выполнен в виде балки 28, на поверхности которой установлены тензорезисторы 29, соединенной одним концом через отверстие 16 с водилом 13, а другим концом закрепленной
внутри трубы 2. Тензорезисторы 29 соединены по мостовой схеме (на фигурах не показано). Блок сопряжения 17 выполнен в виде усилителя 30, вход которого подсоединен к
преобразователю перемещений 15, и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 31, вход
которого соединен с выходом усилителя 30, а выход - со входом ЭВМ 18.
Установка работает следующим образом. При определении модуля Юнга на платформу 5 помещают грузы заданной массы 14. Нагрузка, создаваемая грузами 14, через шток 7,
блок 11 и тягу 9 передается на водило 13, а от него на образец 3, деформируя его и создавая в нем режим одноосного растяжения-сжатия. При этом водило 13 смещается от своего
начального положения, и это смещение фиксирует датчик перемещений 15. Аналоговый
сигнал от датчика 15 преобразуется блоком сопряжения 17 в цифровую форму (усиливается усилителем 30 и преобразуется АЦП 31). Численные значения массы грузов 14 вводятся в ЭВМ 18 перед командой измерения. На экране монитора в системе координат напряжение-деформация отображается результат измерения. Увеличивают нагрузку,
устанавливая новый груз 14, тем самым увеличивают деформацию образца 3, создаваемую водилом 13, при этом сигнал датчика 15, преобразованный узлом сопряжения 17, обрабатывается ЭВМ 18 и отображается в виде второй экспериментальной точки. Таким образом получают несколько экспериментальных точек. По команде ЭВМ 18 обрабатывает
данные и строит на экране монитора наилучшую прямую, соответствующую результатам
измерения, и выводит значение модуля Юнга, как тангенса угла наклона. Учащиеся убеждаются, что зависимость деформации от напряжения является линейной.
При изучении упругого последействия ЭВМ 18 дается команда для измерения. На
платформу 5 кладут груз заданной массы 14. Нагрузка, создаваемая грузом 14, через шток
7, блок 11 и тягу 9 передается на водило 13, а от него на образец 3, деформируя его и создавая в нем режим одноосного растяжения-сжатия. При этом водило 13 смещается от своего начального положения, и это смещение фиксирует датчик перемещений 15. Аналоговый сигнал от датчика 15 преобразуется блоком сопряжения 17 в цифровую форму
(усиливается усилителем 30 и преобразуется АЦП 31). На экране монитора в системе координат деформация - время отображается результат измерения. После чего с платформы
1 снимают груз 14 и датчиком 15, блоком 17 и ЭВМ 18 регистрируют изменение деформации во времени. Таким образом, получается кривая нагрузки образца 3. Учащиеся убеждаются в экспоненциальности графика зависимости деформации от времени при разгрузке образца. По команде ЭВМ 18 обрабатывает данные и строит на экране монитора
наилучшую прямую, соответствующую прологарифмированному участку графика разгрузки образца, и выводит значение времени релаксации как тангенса угла наклона.
При наблюдении упругого гистерезиса на платформу 5 кладут грузы 14 заданной массы. Нагрузка, создаваемая грузом 14, через шток 7, блок 11 и тягу 9 передается на водило
13, а от него на образец 3, деформируя его и создавая в нем режим одноосного растяжения-сжатия. При этом водило 13 смещается от своего начального положения, и это смещение фиксирует датчик перемещений 15, аналоговый сигнал которого преобразуется
блоком сопряжения 17 в цифровую форму и поступает в ЭВМ 18. Численные значения
массы грузов 14 вводятся в ЭВМ 18 перед командой для измерения. На экране монитора в
системе координат напряжение - деформация отображается результат измерения. Увеличивая нагрузку, устанавливая новый груз 14, увеличивают деформацию образца 3, создаваемую водилом 13, при этом сигнал датчика 15, преобразованный узлом сопряжения 17,
обрабатывается ЭВМ 18 и отображается в виде второй экспериментальной точки. Таким
образом, получается несколько экспериментальных точек линии нагрузки. Снимая грузы
14 с платформы 5, и произведя измерения соответствующими командами ЭВМ 18, на мониторе получают линию разгрузки.
4
BY 9258 C1 2007.06.30
Теперь уже на другую платформу 6 кладут грузы 14 заданной массы. При этом нагрузка, создаваемая грузом 14, через шток 8, блок 12 и тягу 10 передается на водило 13, а
от него на образец 3, деформируя его и создавая в нем режим одноосного растяжения сжатия. При этом водило 13 смещается от своего начального положения, и это смещение фиксируется датчиком 15, аналоговый сигнал которого преобразуется блоком сопряжения 17
в цифровую форму и поступает в ЭВМ 18. Численные значения массы грузов 14 вводятся
в ЭВМ 18 перед командой для измерения. На экране монитора в системе координат напряжение - деформация отображается результат измерения. Увеличивая нагрузку, устанавливая новый груз 14, увеличивают деформацию образца 3, создаваемую водилом 13,
при этом сигнал датчика 15, преобразованный узлом сопряжения 17, обрабатывается ЭВМ
18 и отображается в виде второй экспериментальной точки. Таким образом, получается
несколько экспериментальных точек линии нагрузки. Снимая грузы 14 с платформы 5, и
произведя измерения соответствующими командами ЭВМ 18, на мониторе получают линию разгрузки. По команде ЭВМ 18 последняя обрабатывает данные и выводит значение
коэффициента внутреннего трения. Учащиеся наблюдают упругий гистерезис.
При изучении явлений упругой деформации учащиеся задают величины нагрузок, выбирают режимы нагружения, а затем их выполняют, устанавливая и снимая грузы 14 с
платформ 5, 6 в заданной последовательности. Результаты действий мгновенно отображаются на экране монитора ЭВМ. В силу этого обеспечиваются высокие наглядность обучения и точность измерений.
Источники информации:
1. SU 1730657, МПК G 09B 23/06, 1992.
2. Лабораторный практикум по физике / Под ред. А.С. Ахматова. - М.: Высшая школа,
1980. - С. 36-37 (прототип).
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
487 Кб
Теги
by9258, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа