桁架實(shí)驗(yàn)的報(bào)告

[鍵入文字]工程力學(xué)（Ι）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告[工程力學(xué)（Ι）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告土木工程學(xué)院2012級(jí)11班組號(hào)10成員：xxx目錄一、設(shè)計(jì)構(gòu)思與簡(jiǎn)圖 3二、理論計(jì)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(jī) 10五、加載破壞現(xiàn)象分析 11六、心得體會(huì) 12設(shè)計(jì)構(gòu)思與簡(jiǎn)圖在參閱了有關(guān)資料，咨詢了學(xué)長(zhǎng)之后，我們最終決定做一個(gè)三角行的桁架。三角形整體穩(wěn)定性較好，受力形式簡(jiǎn)單，可以預(yù)期形變的形式和大小，方便我們?cè)陬A(yù)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(jì)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(xì)桿相結(jié)合，既符合滿應(yīng)力設(shè)計(jì)理念，又能減輕自重，提高結(jié)構(gòu)比強(qiáng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：桁架主視圖桁架底面理論計(jì)算分析及結(jié)果本次桁架模型是空間對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，取一個(gè)平面作為研究對(duì)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(dāng)2、3桿上的集中力均為1N時(shí)，用軟件計(jì)算各桿件軸力圖如（3）紅色表示軸向拉力，藍(lán)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(qiáng)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(qiáng)度條件：取桿件拉伸強(qiáng)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(shí)，桿11的拉力為1.85N得：最大外載荷為691.9N穩(wěn)定性：由于實(shí)際模型桿5和桿6為一根桿，節(jié)點(diǎn)可視為剛接桿5、6是受壓力最大且最長(zhǎng)的桿由L=296.8mm,μ=0.5得：λ=64.3查表取失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)力σcr=8Mpa臨界壓力F=σcr×S=512N由外載荷為2N時(shí)，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(xué)長(zhǎng)后，構(gòu)思設(shè)計(jì)，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(jìn)過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，考慮到理論計(jì)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(jì)算，我們首先確定了各個(gè)桿件所受的軸力、剪力、彎矩，從而根據(jù)各個(gè)桿件的受力大小確定各個(gè)桿件的截面大小。在理論計(jì)算中受力偏大的桿件我們使用了截面為8*8的木桿進(jìn)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(jìn)行加工。確定好每根桿件的橫截面積后，我們又通過計(jì)算得出了每根桿件的理論長(zhǎng)度。為了避免加工過程中的打磨以及調(diào)整過程對(duì)于桿件長(zhǎng)度的影響，我們特地在截取桿件時(shí)使桿件的實(shí)際長(zhǎng)度比理論強(qiáng)度長(zhǎng)1cm左右，以便更有效率的進(jìn)行加工。與此同時(shí)，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(jiān)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(zhǎng)度不足、角度偏差等原因成為廢桿的可能性。3.單個(gè)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(gè)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(gè)單個(gè)平面的確定就成了我們整個(gè)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(gè)桿件，需要斜向連接的桿件我們都先按照理想形狀進(jìn)行畫線，然后用銼刀、砂紙等工具將拼接面打磨成一個(gè)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(gè)桿件一一連接，等待膠水干了之后，我們用木屑添補(bǔ)了一些較大的縫隙，從而確保了各個(gè)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(gè)平面。為了保證兩個(gè)平面盡可能達(dá)到完全相同，從而避免因兩個(gè)平面的差異導(dǎo)致的在加載過程中的扭轉(zhuǎn)破壞，我們拼接的第二個(gè)平面完全比照著第一個(gè)平面的形狀進(jìn)行加工，并用丁字尺、三角板等工具進(jìn)行定位，最后用相同的方法進(jìn)行連接。這樣，我們最終成功的制作出了兩個(gè)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(gè)完全相同的平面桁架，以使平面成為立體。在這個(gè)過程中，如何保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置相同和兩個(gè)平面的絕對(duì)平行是重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了達(dá)到這一目標(biāo)，使桁架在加載時(shí)避免兩個(gè)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(jìn)行了精確定位，保證了兩個(gè)平面的平齊，最終達(dá)到了預(yù)期效果。5.節(jié)點(diǎn)的加固接下來我們使用了楔子和板進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)部位的加固。在桿件單薄的部位和膠結(jié)強(qiáng)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(gè)桿件的連接部位之間，從而使兩個(gè)桿件之間的粘結(jié)面積大大增大，使得兩個(gè)或多個(gè)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(shí)，我們還在節(jié)點(diǎn)密集處使用了一些木板進(jìn)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(diǎn)密集處較為丑陋的節(jié)點(diǎn)、楔子等部件，使得桁架整體顯得更加簡(jiǎn)潔美觀。6.打磨加工最后的加工是打磨過程，一方面將各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)可知，棱角處承受的力很小，即使打磨掉也不會(huì)對(duì)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(jī)經(jīng)過幾天的等待，我們終于迎來了加載的日子。在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，我們首先進(jìn)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(gè)支座上，讓整個(gè)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(diǎn)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(gè)桁架開始慢慢承受荷載，直到破壞。最終，我們的成績(jī)并不理想，桁架所承受的最大載荷為860N，比強(qiáng)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(jìn)行了討論，對(duì)破壞現(xiàn)象進(jìn)行了分析。這是桁架上面最長(zhǎng)的一個(gè)斜撐桿，此桿為受壓桿。由于制作時(shí)手工誤差，兩排桁架不平行，在進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(diǎn)處斷開膠水脫開，三角形桁架完全破壞。另外，在節(jié)點(diǎn)處502膠水的使用上，也存在著一些問題。在粘結(jié)桿件時(shí)，我們采用的是先將桿件固定好，再?gòu)倪B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(diǎn)處徹底粘牢，因此加載時(shí)出現(xiàn)了脫膠的現(xiàn)象。六、心得體會(huì)xxx：這次桁架制作實(shí)驗(yàn)，收獲很多。首先，我們從中體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。從設(shè)計(jì)構(gòu)思到理論分析，再到動(dòng)手制作，我們小組都集中討論，遇到問題時(shí)又發(fā)揮集體的智慧，共同出謀劃策。只有每個(gè)人認(rèn)真負(fù)責(zé)，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(huì)到了動(dòng)手能力的重要性。木材節(jié)點(diǎn)出的打磨切割工藝是很關(guān)鍵的。對(duì)于我們來說，將來要成為卓越的工程師，一定要注重動(dòng)手能力的培養(yǎng)，身體力行，理論與實(shí)踐相結(jié)合，為未來做好準(zhǔn)備xxx：做桁架的第一天，我們就開了一個(gè)小型的會(huì)議，初步確定是做一個(gè)梯形的桁架。對(duì)于節(jié)點(diǎn)，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(shí)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(gè)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(dāng)初施工的時(shí)候的想法就不一樣。當(dāng)時(shí)就是想的只是結(jié)構(gòu)的合理與施工的精細(xì)，現(xiàn)在想的還有比如這個(gè)桁架的制作對(duì)自己的工程師的學(xué)習(xí)之路有什么樣的指導(dǎo)作用，對(duì)于怎樣與人合作，怎樣與人交流。將來對(duì)于這個(gè)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(xué)到了很多。首先，這次制作讓我意識(shí)到手工制作能力的重要性，無論你的理論設(shè)計(jì)有多么的好，那也必須有優(yōu)秀的動(dòng)手能力來實(shí)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(tuán)隊(duì)成員之間的合理分工與配合也是完成桁架制作的一個(gè)重要因素。當(dāng)然，最重要的還是要有足夠的理論知識(shí)作為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這還得我們?nèi)蘸笈Φ膶W(xué)習(xí)。xx：這次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度比紙材好，抗拉強(qiáng)度比紙材小，木材節(jié)點(diǎn)處容易塑形，方便連接。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中向?qū)W長(zhǎng)學(xué)姐取經(jīng)對(duì)我們幫助很大，前人的經(jīng)驗(yàn)讓我們少走彎路，能有更多的精力去設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)想法，最開始我們?cè)O(shè)計(jì)制作了一個(gè)兩排桁架向中間靠的梯形