1、概述
在体系的几何组成分析中，几何瞬变体系是最难理解的，学生往往通常无法想象出为什么三点共线或三根线交于一点时体系就会发生微小位移，也无法想象出这样的微小位移究竟在什么范围内。本实验选择了两种体系，一种是几何瞬变体系，另一种是几何不变体系，施加相同大小的荷载，观察和测量相同位置处的位移值，比较两者位移和变形的区别。通过对体系位移及变形的观察，可以用实验方法对几何瞬变体系与几何不变体系作出判断。
2、实验目的
（1）通过实验方法观察几何瞬变体系与几何不变体系的区别，加深对两个概念的理解。
（2）通过实验方法观察几何瞬变体系在微小的刚体位移完成之后成为几何不变体系，之后测量其在荷载作用下杆件的应力，分析几何瞬变体系不能作为结构使用的原因。使学生对概念的理解更加清晰，有助于钢结构中桁架结构的学习。
（3）测量几何瞬变体系和几何不变体系的位移值，比较大小，学会从位移的角度判断两种体系的区别。
3、实验器材
500mm的杆件8根，707.11mm斜杆4根，百分表2个，固定铰支座2个， 纯铰结点5个，加载设备1个。
  4、实验模型

说明：A、B、G、H——为纯铰结点
C、E——固定铰支座，限制水平和竖向位移，不限制转角
横杆、竖杆、30°斜杆均为500mm，45°斜杆为707mm。
5、实验原理
几何瞬变体系由于约束的组装不合理，造成约束不够紧密，使体系能发生微小的刚体位移。只要施加很小的力，克服了结点之间的阻力，就能很容易观察到这种位移。在微小的刚体位移完成之后成为几何不变体系，这时体系在荷载的作用下会继续发生位移，但这时的位移是由于杆件发生变形而产生的，该位移在数值上应远小于前述的刚体位移。之后测量杆件在荷载作用下的应力值，会发现在很小的荷载下，杆件就会产生很大的应力，当该应力大于杆件的强度，杆件就会破坏。这就是几何瞬变体系不能作为结构使用的原因。其理论依据是由于体系的位移微小，原先水平的杆件位移后与水平方向出现很微小的夹角，
6、虚拟实验
本实验中的结构通过《结构力学求解器》模拟如下图。图（c）为瞬变体系在微小范围内发生的刚体位移，图（d）为瞬变体系在刚体位移完成变成几何不变体系后的内力图（中点竖向位移为假设值0.005m），可以看出有些杆件产生了很大的轴力（荷载为1kN，轴力放大了25倍），这使得结构的受力变得不均匀，轴力大的杆极易破坏。图（e）为几何不变体系在相同荷载下的轴力图，可以看出几何不变体系的轴力比几何瞬变体系小很多，受力更加合理。

7、思考题
（1）通过实验，观察到几何瞬变体系与几何不变体系在位移上有什么区别？
（2）通过实验，观察到几何瞬变体系与几何不变体系在内力上有什么区别？
（3）几何瞬变体系能作为结构使用吗？为什么？