桁架實驗的報告

[鍵入文字]工程力學（Ι）實驗設(shè)計實驗報告[工程力學（Ι）實驗設(shè)計實驗報告土木工程學院2012級11班組號10成員：xxx目錄一、設(shè)計構(gòu)思與簡圖 3二、理論計算分析及結(jié)果 4三、制作過程 7四、加載比賽的情況和成績 10五、加載破壞現(xiàn)象分析 11六、心得體會 12設(shè)計構(gòu)思與簡圖在參閱了有關(guān)資料，咨詢了學長之后，我們最終決定做一個三角行的桁架。三角形整體穩(wěn)定性較好，受力形式簡單，可以預期形變的形式和大小，方便我們在預期的變形較大的，受力集中的位置都做了加固處理。單排桁架設(shè)置斜撐和斜拉桿，兩排桁架之間設(shè)置橫撐短桿，底面四邊形內(nèi)設(shè)計斜撐桿形成三角形以維持穩(wěn)定性。而且根據(jù)受力的大小和性質(zhì)不同，采用粗桿和細桿相結(jié)合，既符合滿應力設(shè)計理念，又能減輕自重，提高結(jié)構(gòu)比強。結(jié)構(gòu)簡圖：桁架主視圖桁架底面理論計算分析及結(jié)果本次桁架模型是空間對稱結(jié)構(gòu)，為了簡化計算，取一個平面作為研究對象。截面尺寸、假定荷載方式如圖1、2所示。桿10垂直于桿5。桿的截面尺寸8×8mm當2、3桿上的集中力均為1N時，用軟件計算各桿件軸力圖如（3）紅色表示軸向拉力，藍色表示軸向壓力。桿5軸力為-1.90N,桿11軸力為+1.85N.現(xiàn)從強度條件和穩(wěn)定性兩方面討論結(jié)構(gòu)能夠承受的最大荷載：強度條件：取桿件拉伸強度極限[σc]=10Mpa桿能夠承受的最大拉力F=[σ]×S=640N桿11是受拉力最大的桿由外載荷為2N時，桿11的拉力為1.85N得：最大外載荷為691.9N穩(wěn)定性：由于實際模型桿5和桿6為一根桿，節(jié)點可視為剛接桿5、6是受壓力最大且最長的桿由L=296.8mm,μ=0.5得：λ=64.3查表取失穩(wěn)時的臨界應力σcr=8Mpa臨界壓力F=σcr×S=512N由外載荷為2N時，桿5壓力為-1.90N得：桿件不失穩(wěn)的最大外載荷F=538.9N綜上：平面桁架能夠承受的極限外載荷為538.90N，所以空間桁架模型的最大外載荷為1077.9N制作過程確定方案制作第一天，我們小組4人在查閱資料，詢問學長后，構(gòu)思設(shè)計，討論出了3種方案，第一種單排桁架為梯行，兩排向中間合攏的結(jié)構(gòu)，第二種三角形平行結(jié)構(gòu)，第三種是梯形平行結(jié)構(gòu)。最終，進過動手實驗，考慮到理論計算與施工難度，我們選擇了第三種作為我們桁架的最終方案。桿件的制作經(jīng)過理論計算，我們首先確定了各個桿件所受的軸力、剪力、彎矩，從而根據(jù)各個桿件的受力大小確定各個桿件的截面大小。在理論計算中受力偏大的桿件我們使用了截面為8*8的木桿進行加工，受力偏小的桿件以及零桿我們使用了截面為6*6的木桿進行加工。確定好每根桿件的橫截面積后，我們又通過計算得出了每根桿件的理論長度。為了避免加工過程中的打磨以及調(diào)整過程對于桿件長度的影響，我們特地在截取桿件時使桿件的實際長度比理論強度長1cm左右，以便更有效率的進行加工。與此同時，由于在制作過程中出現(xiàn)的誤差難以避免，所以我們決定將一些連桿中間的斜桿延后制作，堅持了先制作整體框架、后制作內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原則，從而使得我們的制作有了更大的彈性，降低了制作出的桿件由于長度不足、角度偏差等原因成為廢桿的可能性。3.單個桁架的制作由于我們制作的三角形桁架是平行桁架，即是由兩個完全相同的平面桁架通過中間桿件的連接制成，所以這兩個單個平面的確定就成了我們整個桁架制作過程中的重中之重。首先，我們按照原定的圖紙拼接好各個桿件，需要斜向連接的桿件我們都先按照理想形狀進行畫線，然后用銼刀、砂紙等工具將拼接面打磨成一個較為平整的面，從而盡量避免在連接的過程中連接面出現(xiàn)過大的縫隙，避免由于縫隙過大而造成的拼接不力的現(xiàn)象。接下來，我們將一根根桿件的位置確定好，再通過502膠水將各個桿件一一連接，等待膠水干了之后，我們用木屑添補了一些較大的縫隙，從而確保了各個桿件之間粘結(jié)的牢固程度。按照上述方法，我們拼接好了一個平面。為了保證兩個平面盡可能達到完全相同，從而避免因兩個平面的差異導致的在加載過程中的扭轉(zhuǎn)破壞，我們拼接的第二個平面完全比照著第一個平面的形狀進行加工，并用丁字尺、三角板等工具進行定位，最后用相同的方法進行連接。這樣，我們最終成功的制作出了兩個形狀大小幾乎完全相同的平面桁架4.兩桁架的連接接下來，我們開始連接兩個完全相同的平面桁架，以使平面成為立體。在這個過程中，如何保證各個節(jié)點的位置相同和兩個平面的絕對平行是重點和難點。為了達到這一目標，使桁架在加載時避免兩個平面間連桿的扭轉(zhuǎn)破壞，我們同樣利用丁字尺、三角板等工具進行了精確定位，保證了兩個平面的平齊，最終達到了預期效果。5.節(jié)點的加固接下來我們使用了楔子和板進行了節(jié)點部位的加固。在桿件單薄的部位和膠結(jié)強度不足的部位，我們制作了一些角度合適的楔子粘結(jié)在了兩個桿件的連接部位之間，從而使兩個桿件之間的粘結(jié)面積大大增大，使得兩個或多個桿件之間粘結(jié)得更加緊密，降低其在加載過程中破壞的幾率。與此同時，我們還在節(jié)點密集處使用了一些木板進行加固。一方面，木板的粘結(jié)面積要比楔子大得多，能夠更好的完成增大粘結(jié)面積，防止桿件破壞的目的；另一方面，木板也遮蓋了節(jié)點密集處較為丑陋的節(jié)點、楔子等部件，使得桁架整體顯得更加簡潔美觀。6.打磨加工最后的加工是打磨過程，一方面將各個節(jié)點以及突出的部分打磨光滑，把放置鋼筋的地方做成水平面。另一方面是將桿件的棱角打磨去，根據(jù)矩形截面桿件的受力特點可知，棱角處承受的力很小，即使打磨掉也不會對桿件的整體受力產(chǎn)生大的影響，而且可以減輕重量。打磨后的桁架看起來更加輕巧美觀。四、加載比賽的情況和成績經(jīng)過幾天的等待，我們終于迎來了加載的日子。在力學實驗中心，我們首先進行了登記，并且用電子稱稱出了我們桁架的重量，為76克，在同班的作品中算是較輕的。緊接著，我們來到了加載室。加載的過程是先將桁架放在間距為48cm的兩個支座上，讓整個桁架懸空，然后，將兩根鋼筋橫穿過桁架，置于桁架下底面的中點附近，一左一右各放置一根。隨后，通過傳感器連著電腦的加載儀緩緩的向兩根鋼筋加力，整個桁架開始慢慢承受荷載，直到破壞。最終，我們的成績并不理想，桁架所承受的最大載荷為860N，比強也只有11.30。五、加載破壞現(xiàn)象分析加載結(jié)束后，小組內(nèi)進行了討論，對破壞現(xiàn)象進行了分析。這是桁架上面最長的一個斜撐桿，此桿為受壓桿。由于制作時手工誤差，兩排桁架不平行，在進行加載實驗時，這根桿首先失穩(wěn)，兩跟平行的桿件受扭撕裂。緊接著節(jié)點處斷開膠水脫開，三角形桁架完全破壞。另外，在節(jié)點處502膠水的使用上，也存在著一些問題。在粘結(jié)桿件時，我們采用的是先將桿件固定好，再從連接處的縫隙處擠入502膠水的方法。然而，這種方法并沒有完全保證節(jié)點處徹底粘牢，因此加載時出現(xiàn)了脫膠的現(xiàn)象。六、心得體會xxx：這次桁架制作實驗，收獲很多。首先，我們從中體會到了團隊合作的重要性。從設(shè)計構(gòu)思到理論分析，再到動手制作，我們小組都集中討論，遇到問題時又發(fā)揮集體的智慧，共同出謀劃策。只有每個人認真負責，相互之間密切合作，才能高效的制作出高品質(zhì)的作品。另外，我也體會到了動手能力的重要性。木材節(jié)點出的打磨切割工藝是很關(guān)鍵的。對于我們來說，將來要成為卓越的工程師，一定要注重動手能力的培養(yǎng)，身體力行，理論與實踐相結(jié)合，為未來做好準備xxx：做桁架的第一天，我們就開了一個小型的會議，初步確定是做一個梯形的桁架。對于節(jié)點，我們要求將木頭打磨到剛好無縫拼接，外部再用木片包裹起來。但是在實際的操作過程中，我們發(fā)現(xiàn)，要做到正好無縫拼接難度非常大，而且即使眼睛看起來拼接好了，也不一定就真的拼接好了。不過不管怎么樣，我們都要做到讓自己滿意。如果只用一個字，或者一段話來形容自己的這一次做桁架的經(jīng)歷，都是不全面的，就像現(xiàn)在的想法和當初施工的時候的想法就不一樣。當時就是想的只是結(jié)構(gòu)的合理與施工的精細，現(xiàn)在想的還有比如這個桁架的制作對自己的工程師的學習之路有什么樣的指導作用，對于怎樣與人合作，怎樣與人交流。將來對于這個事情的看法必定與現(xiàn)在有所不同吧。xxxx:通過這次的桁架制作，我學到了很多。首先，這次制作讓我意識到手工制作能力的重要性，無論你的理論設(shè)計有多么的好，那也必須有優(yōu)秀的動手能力來實現(xiàn)。這次我們的桁架就在膠水的處理上有一些問題。此外，團隊成員之間的合理分工與配合也是完成桁架制作的一個重要因素。當然，最重要的還是要有足夠的理論知識作為堅實的基礎(chǔ)，這還得我們?nèi)蘸笈Φ膶W習。xx：這次設(shè)計實驗是我第一次用木質(zhì)材料做結(jié)構(gòu)模型，與紙質(zhì)材料有很多不同之處，木棍的抗壓強度比紙材好，抗拉強度比紙材小，木材節(jié)點處容易塑形，方便連接。在實驗設(shè)計過程中向?qū)W長學姐取經(jīng)對我們幫助很大，前人的經(jīng)驗讓我們少走彎路，能有更多的精力去設(shè)計創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)。我們最后的三角形結(jié)構(gòu)模型不是我們的第一個設(shè)計想法，最開始我們設(shè)計制作了一個兩排桁架向中間靠的梯形