桁架实验的报告

[键入文字]工程力学（Ι）实验设计实验报告[工程力学（Ι）实验设计实验报告土木工程学院2012级11班组号10成员：xxx目录一、设计构思与简图 3二、理论计算分析及结果 4三、制作过程 7四、加载比赛的情况和成绩 10五、加载破坏现象分析 11六、心得体会 12设计构思与简图在参阅了有关资料，咨询了学长之后，我们最终决定做一个三角行的桁架。三角形整体稳定性较好，受力形式简单，可以预期形变的形式和大小，方便我们在预期的变形较大的，受力集中的位置都做了加固处理。单排桁架设置斜撑和斜拉杆，两排桁架之间设置横撑短杆，底面四边形内设计斜撑杆形成三角形以维持稳定性。而且根据受力的大小和性质不同，采用粗杆和细杆相结合，既符合满应力设计理念，又能减轻自重，提高结构比强。结构简图：桁架主视图桁架底面理论计算分析及结果本次桁架模型是空间对称结构，为了简化计算，取一个平面作为研究对象。截面尺寸、假定荷载方式如图1、2所示。杆10垂直于杆5。杆的截面尺寸8×8mm当2、3杆上的集中力均为1N时，用软件计算各杆件轴力图如（3）红色表示轴向拉力，蓝色表示轴向压力。杆5轴力为-1.90N,杆11轴力为+1.85N.现从强度条件和稳定性两方面讨论结构能够承受的最大荷载：强度条件：取杆件拉伸强度极限[σc]=10Mpa杆能够承受的最大拉力F=[σ]×S=640N杆11是受拉力最大的杆由外载荷为2N时，杆11的拉力为1.85N得：最大外载荷为691.9N稳定性：由于实际模型杆5和杆6为一根杆，节点可视为刚接杆5、6是受压力最大且最长的杆由L=296.8mm,μ=0.5得：λ=64.3查表取失稳时的临界应力σcr=8Mpa临界压力F=σcr×S=512N由外载荷为2N时，杆5压力为-1.90N得：杆件不失稳的最大外载荷F=538.9N综上：平面桁架能够承受的极限外载荷为538.90N，所以空间桁架模型的最大外载荷为1077.9N制作过程确定方案制作第一天，我们小组4人在查阅资料，询问学长后，构思设计，讨论出了3种方案，第一种单排桁架为梯行，两排向中间合拢的结构，第二种三角形平行结构，第三种是梯形平行结构。最终，进过动手实验，考虑到理论计算与施工难度，我们选择了第三种作为我们桁架的最终方案。杆件的制作经过理论计算，我们首先确定了各个杆件所受的轴力、剪力、弯矩，从而根据各个杆件的受力大小确定各个杆件的截面大小。在理论计算中受力偏大的杆件我们使用了截面为8*8的木杆进行加工，受力偏小的杆件以及零杆我们使用了截面为6*6的木杆进行加工。确定好每根杆件的横截面积后，我们又通过计算得出了每根杆件的理论长度。为了避免加工过程中的打磨以及调整过程对于杆件长度的影响，我们特地在截取杆件时使杆件的实际长度比理论强度长1cm左右，以便更有效率的进行加工。与此同时，由于在制作过程中出现的误差难以避免，所以我们决定将一些连杆中间的斜杆延后制作，坚持了先制作整体框架、后制作内部结构的原则，从而使得我们的制作有了更大的弹性，降低了制作出的杆件由于长度不足、角度偏差等原因成为废杆的可能性。3.单个桁架的制作由于我们制作的三角形桁架是平行桁架，即是由两个完全相同的平面桁架通过中间杆件的连接制成，所以这两个单个平面的确定就成了我们整个桁架制作过程中的重中之重。首先，我们按照原定的图纸拼接好各个杆件，需要斜向连接的杆件我们都先按照理想形状进行画线，然后用锉刀、砂纸等工具将拼接面打磨成一个较为平整的面，从而尽量避免在连接的过程中连接面出现过大的缝隙，避免由于缝隙过大而造成的拼接不力的现象。接下来，我们将一根根杆件的位置确定好，再通过502胶水将各个杆件一一连接，等待胶水干了之后，我们用木屑添补了一些较大的缝隙，从而确保了各个杆件之间粘结的牢固程度。按照上述方法，我们拼接好了一个平面。为了保证两个平面尽可能达到完全相同，从而避免因两个平面的差异导致的在加载过程中的扭转破坏，我们拼接的第二个平面完全比照着第一个平面的形状进行加工，并用丁字尺、三角板等工具进行定位，最后用相同的方法进行连接。这样，我们最终成功的制作出了两个形状大小几乎完全相同的平面桁架4.两桁架的连接接下来，我们开始连接两个完全相同的平面桁架，以使平面成为立体。在这个过程中，如何保证各个节点的位置相同和两个平面的绝对平行是重点和难点。为了达到这一目标，使桁架在加载时避免两个平面间连杆的扭转破坏，我们同样利用丁字尺、三角板等工具进行了精确定位，保证了两个平面的平齐，最终达到了预期效果。5.节点的加固接下来我们使用了楔子和板进行了节点部位的加固。在杆件单薄的部位和胶结强度不足的部位，我们制作了一些角度合适的楔子粘结在了两个杆件的连接部位之间，从而使两个杆件之间的粘结面积大大增大，使得两个或多个杆件之间粘结得更加紧密，降低其在加载过程中破坏的几率。与此同时，我们还在节点密集处使用了一些木板进行加固。一方面，木板的粘结面积要比楔子大得多，能够更好的完成增大粘结面积，防止杆件破坏的目的；另一方面，木板也遮盖了节点密集处较为丑陋的节点、楔子等部件，使得桁架整体显得更加简洁美观。6.打磨加工最后的加工是打磨过程，一方面将各个节点以及突出的部分打磨光滑，把放置钢筋的地方做成水平面。另一方面是将杆件的棱角打磨去，根据矩形截面杆件的受力特点可知，棱角处承受的力很小，即使打磨掉也不会对杆件的整体受力产生大的影响，而且可以减轻重量。打磨后的桁架看起来更加轻巧美观。四、加载比赛的情况和成绩经过几天的等待，我们终于迎来了加载的日子。在力学实验中心，我们首先进行了登记，并且用电子称称出了我们桁架的重量，为76克，在同班的作品中算是较轻的。紧接着，我们来到了加载室。加载的过程是先将桁架放在间距为48cm的两个支座上，让整个桁架悬空，然后，将两根钢筋横穿过桁架，置于桁架下底面的中点附近，一左一右各放置一根。随后，通过传感器连着电脑的加载仪缓缓的向两根钢筋加力，整个桁架开始慢慢承受荷载，直到破坏。最终，我们的成绩并不理想，桁架所承受的最大载荷为860N，比强也只有11.30。五、加载破坏现象分析加载结束后，小组内进行了讨论，对破坏现象进行了分析。这是桁架上面最长的一个斜撑杆，此杆为受压杆。由于制作时手工误差，两排桁架不平行，在进行加载实验时，这根杆首先失稳，两跟平行的杆件受扭撕裂。紧接着节点处断开胶水脱开，三角形桁架完全破坏。另外，在节点处502胶水的使用上，也存在着一些问题。在粘结杆件时，我们采用的是先将杆件固定好，再从连接处的缝隙处挤入502胶水的方法。然而，这种方法并没有完全保证节点处彻底粘牢，因此加载时出现了脱胶的现象。六、心得体会xxx：这次桁架制作实验，收获很多。首先，我们从中体会到了团队合作的重要性。从设计构思到理论分析，再到动手制作，我们小组都集中讨论，遇到问题时又发挥集体的智慧，共同出谋划策。只有每个人认真负责，相互之间密切合作，才能高效的制作出高品质的作品。另外，我也体会到了动手能力的重要性。木材节点出的打磨切割工艺是很关键的。对于我们来说，将来要成为卓越的工程师，一定要注重动手能力的培养，身体力行，理论与实践相结合，为未来做好准备xxx：做桁架的第一天，我们就开了一个小型的会议，初步确定是做一个梯形的桁架。对于节点，我们要求将木头打磨到刚好无缝拼接，外部再用木片包裹起来。但是在实际的操作过程中，我们发现，要做到正好无缝拼接难度非常大，而且即使眼睛看起来拼接好了，也不一定就真的拼接好了。不过不管怎么样，我们都要做到让自己满意。如果只用一个字，或者一段话来形容自己的这一次做桁架的经历，都是不全面的，就像现在的想法和当初施工的时候的想法就不一样。当时就是想的只是结构的合理与施工的精细，现在想的还有比如这个桁架的制作对自己的工程师的学习之路有什么样的指导作用，对于怎样与人合作，怎样与人交流。将来对于这个事情的看法必定与现在有所不同吧。xxxx:通过这次的桁架制作，我学到了很多。首先，这次制作让我意识到手工制作能力的重要性，无论你的理论设计有多么的好，那也必须有优秀的动手能力来实现。这次我们的桁架就在胶水的处理上有一些问题。此外，团队成员之间的合理分工与配合也是完成桁架制作的一个重要因素。当然，最重要的还是要有足够的理论知识作为坚实的基础，这还得我们日后努力的学习。xx：这次设计实验是我第一次用木质材料做结构模型，与纸质材料有很多不同之处，木棍的抗压强度比纸材好，抗拉强度比纸材小，木材节点处容易塑形，方便连接。在实验设计过程中向学长学姐取经对我们帮助很大，前人的经验让我们少走弯路，能有更多的精力去设计创新的结构。我们最后的三角形结构模型不是我们的第一个设计想法，最开始我们设计制作了一个两排桁架向中间靠的梯形