材料力学课程设计--底盘车架静力分析及强度刚度计算.doc

材料力学课程设计底盘车架静力分析及强度刚度计算在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。目录一 材料力学课程设计目的3二 材料力学课程设计任务和要求3三 材料力学课程设计过程与结果3.1 设计题目43.2 设计题目已知条件及具体任务3.2.1 已知条件和数据4 3.2.2 具体要求5 3.3 设计计算求解过程 3.3.1 支反力求解5 3.3.2 车架内力图11 3.3.3 截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线12 3.3.4 车架最大挠度fmax求解与所在截面确定12 3.3.5 车架挠曲线23 3.3.6 按给定条件车架截面尺寸设计243.4 结果分析及讨论25一 材料力学课程设计目的本课程设计的目的在于系统的学完材料力学这门课后，能运用其基本原理与计算方法，在实际工程问题的研究中，独立的分析计算工程中典型零件的受力情况，以达到综合运用材料力学知识解决工程实际问题的目的。同时，在解决实际问题的过程中既将材料力学的基本理论语现代的计算方法融为一体，又锻炼了分析解决实际问题的能力；既综合运用之前所学的知识（高数 工图 理力 材力 c语言）并得以巩固加强，又为之后的理论课如机械设计和汽车专业课打下坚实的基础。具体化为以下四点： 1 系统化完整化所学的材料力学知识；2 在复习的基础上，结合对实际工程问题的研究解决得以深化；3初步了解和掌握解决实际工程问题的设计思路及方法；4 巩固并灵活运用之前所学几门课程的知识，有机结合这几门学科并为之后的课程学习打下基础。二 材料力学课程设计的任务和要求要求参加者系统复习材料力学的基本理论和方法，独立分析判断课程设计已知的数据 条件和具体要求。画出受力分析简图和内力图，列出理论依据和计算得出结果的详细过程。对结果进行分析与讨论，写下心得体会，并完成课程设计说明书。三 材料力学课程设计过程与结果3.1 设计题目： hz140tr2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度刚度计算3.2 设计题目已知条件及具体任务3.2.1 已知条件和数据hz140tr2后置旅游车底盘车架简化后如图（1）所示。满载时前部受重力fa作用，后部受重力fb作用，乘客区均布载荷为q（含部分车身重），梁为变截面梁。计算过程中忽略圆角的影响，并把梁抽象为等厚度闭口薄壁矩形截面的阶梯梁。材料的弹性模量e，许用应力及有关数据由下表给出：l1/ml2/ml3/ml4/ml5/mh1/mb1/mh2/mb2/m1.11.63.11.62.10.10.060.120.08h3/mb3/mt/me/gpa/mpafa/nfb/nq/n/mm0.110.070.0052101602680430015faqfbacdfgb123l1l2l3l4l5h1h2h3b1b2b33.3.2 具体要求1 计算前簧固定端c处，前簧滑板d处，后簧固定端f处，后簧滑板g处的支反力。2 画出支架的内力图。3 画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。4 用能量法求出车架最大挠度fmax的值及所发生的截面，画出车架挠曲线的大致形状。5若壁厚t不变，取h/b=1.5，按等截面梁重新设计车架截面尺寸。3.3 数据处理与计算过程3.3.1 支反力求解计算前簧固定端c处，前簧滑板d处，后簧固定端f处，后簧滑板g处的支反力。由静不定知识可知此结构为二次静不定结构，去掉c g两处多余约束，悬梁ab作为静定基。faqfbcgadfbpcpg由于c处g处原为铰链约束所以其垂直位移都为0， fc=0 fg=0 。在c g两点分别施加沿pc，pg方向的单位力1，做其分别单独作用下的弯矩图，然后再做fa fb pc pg pd pf分别单独作用下的弯矩图。利用图乘法= mcei 分别计算。fa单独作用-7236c点单位力和pc分别单独作用1.6pc1.6g点单位力和pg分别单独作用1.6pg1.6fb单独作用-15910q单独作用-19200-19200fc=pc11+1fa+1q+12+1pg+1fb单位力1与单位力1图乘11=1mc1/ei+2mc2/ei =(1.61.612231.6+1.63.112231.6)/ei =4.011/ei单位力1与fa图乘1fa=1mc1/ei+2mc2/ei=(1.61.6122.16672.7-7236+1.63.11223-7236)/ei=-19396.064/ei单位力1与均布载荷q图乘1q= 1mc1/ei+mxmxdxei=1.6-1920013341.6ei+03.1(1.6-1.63.1x)(1.55x-x22-1.28)15000dx/ei =-12288/ei-17847.715/ei =-30135.715/ei单位力1与单位力2图乘12=1mc1/ei =3.11.612131.6/ei =1.323/ei单位力1与pg图乘1pg=pg12=1.323pg/ei单位力1与fb图乘1fb=1mc1/ei=3.11.61213-15910/ei=-13152.265/eifg=pg22+2fa+2q+21+2pc+2fb单位力2与单位力2图乘22=1mc1/ei+2mc2/ei =(1.63.112231.6+1.61.612231.6)/ei =4.011/ei单位力2与fa图乘2fa=1mc1/ei=3.11.61213-7236/ei=-5981.76/ei单位力2与均布载荷q图乘2q= 1mc1/ei+mxmxdxei=1.6-1920013341.6ei+03.11.6x3.1(1.55x-x22-1.28)15000dx/ei =-12288/ei-17802.573/ei =-30090.573/ei单位力2与单位力1图乘21=1mc1/ei =3.11.612131.6/ei =1.323/ei单位力2与pc图乘2pc=pc21=1.323pc/ei单位力2与fb图乘2fb=1mc1/ei+2mc2/ei=(3.11.61223-15910+1.61.6123.1673.7-15910)/ei=-43735.703/ei联立方程组：pc11+1fa+1q+12+1pg+1fb=0pg22+2fa+2q+21+2pc+2fb=0 4.011pc-19396.053-30135.715+1.323+1.323pg-13152.265=04.011pg-5981.76-30090.573+1.323+1.323pc-43735.703=0解得：pc=10171n pg=16543n联立方程组:fa+fb+q(l2+l3+l4)=pc+pg+pd+pfq(l2+l3+l4)(l1+(l2+l3+l4)/2+fb(l1+l2+l3+l4+l5)=pcl1+pd(l1+l2)+pf(l1+l2+l3)+pg(l1+l2+l3+l4) 解得：pd=40249.7n pf=34516.3n3.3.2 车架内力图车架剪力图 fq23740.711757749143001.1 m 2.7n5.8 k7.4 x1.64.286.589.5-2680-12243-16509-22759.3车架弯矩图 m(n*m)8624.91.1 1.66.58 x-1077.54.28-4033.7-2948 -10162.4-8641.23 -90303.3.3 截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线max=mzyiz (mpa)147.8618.4749x 50.5469.15 90.71148.14154.8174.21219.35c g两点的截面面积有突变，故这两点应力有突变3.3.4车架最大挠度fmax求解与所在截面确定有能量法可知，最大挠度发生在剪力为0处，既机架剪力图上的点，点右侧0.52m的m点处，d点右侧1.3m的n点处，f点右侧1.32m的k点处。求a点的挠度在a点施加一向下的单位力，其单独作用弯矩图为：2.7-2.7 a点单位力1与fa图乘1fa=1mc1/ei1+01.61.1+x2948+2680x/ei2+2mc2/ei2=1.11.112232948/ei1+16394.45/ei2+3.12.712237236/ei2=1189/ei1+36582.89/ei2=0.04927a点单位力1与pc图乘1pc=1mc1/ei2+2mc2/ei2=1.616273.6126.58.1-2.7/ei2+3.116273.61223-2.7/ei2=-73610.917/ei2=-0.09333a点单位力1与均布载荷q图乘1q= 1mc1/ei2+mxmxdxei2 =1.619200132.3ei2+03.1(-2.7+2.7x3.1)(1.55x-x22-1.28)15000dx/ei2 =23552/ei2+30069.403/ei2 =0.06798a点单位力1与pg图乘1pg= 1mc1/ei2=3.1-2.7121326468.8/ei2=-36923.976/ei2=-0.04681a点单位力1与fb图乘1fb=1mc1/ei2=3.12.7121315910/ei2=22194.45/ei2 =0.02814fa=1fb+1pg+1q+1pc+1fa =0.02814-0.04681+0.06798-0.09333+0.04927 =0.00525m =5.25mm求m点的挠度在m点施加一向下单位力，其单独作用弯矩为：1.65.81.1m点单位力2与fa图乘2fa=1mc1/ei2+2mc2/ei2=1.11.11278.17236/ei2+3.11.112237236/ei2=12008.186667/ei2=0.01522m点单位力2与pc图乘2pc=1mc1/ei2+2mc2/ei2=1.6-16273.612(1.1-1.613)/ei2+3.11.11223-16273.6/ei2=-25875.024/ei2=-0.03281m点单位力2与均布载荷q图乘2q=01.17500x(x+0.5)2/ei2dx+03.1(-1.1+1.1x3.1)(1.55x-1.28-x22)15000/ei2dx =7207.0625/ei2+12254.2225/ei2 =0.02467m点单位力2与pg图乘2pg= 1mc1/ei2=3.1-1.1121326468.8/ei2=-15043.10133/ei2=-0.01907m点单位力2与fb图乘2fb=1mc1/ei2=3.11.1121315910/ei2=0.01146fm=2fb+2pg+2q+2pc+2fa=0.01146-0.01907+0.02467-0.03281+0.01522=-0.53mm求n点的挠度在n点施加一向下单位力，其单独作用弯矩为：0.77472.75.8n点单位力3与fa图乘3fa=1mc1/ei2+2mc2/ei2=0.77471.5212231.523.1-7236/ei2-1.580.774712(72361.523.1+1.583.1137236)=-4316.411/ei2=-0.00547n点单位力3与pc图乘3pc=1mc1/ei2+2mc2/ei2=0.77471.522316273.6121.523.1/ei2+1.580.774712(1.523.116273.6+1.583.1131.58)/ei2=9707.511/ei2=0.01231n点单位力3与均布载荷q图乘3q=01.5815000(1.55x-1.28-x22)21.52x3.1/ei2dx+1.583.1(1.58-1.58x3.1)(1.55x-1.28-x22)15000/ei2dx =-5099.953/ei2 =-0.00647n点单位力3与pg图乘3pg= 1mc1/ei2+2mc2/ei2=0.77411.58122326468.81.583.1/ei2+1.520.774112(26468.81.583.1+131.5226468.83.1)/ei2=15981.885/ei2=0.02026n点单位力3与fb图乘3fb=1mc1/ei2+2mc2/ei2=0.77411.581223-159101.583.1/ei2+1.520.774112(-159101.583.1+131.52-159103.1)/ei2=-9606.426/ei2=-0.01217fn=3fb+3pg+3q+3pc+3fa =-0.01217+0.02026-0.00647+0.01231-0.00547 =0.00846m =8.46mm求k点的挠度在k点施加一向下单位力，其单独作用弯矩为：2.76.58-0.78k点单位力4与fa图乘4fa=1mc1/ei2=3.10.7812237236/ei2=2916.1081/ei2=0.0037k点单位力4与pc图乘4pc=1mc1/ei2=-3.10.78131216273.6/ei2=-6558.2608/ei2=-0.00832k点单位力4与均布载荷q图乘4q=03.115000-0.78x3.1(1.55x-1.28-x22)/ei2dx+00.78(-0.78+x0.78)(1.6x-x22-1.28)15000/ei2dx=3183.427/ei2=0.00404k点单位力4与pg图乘4pg= 1mc1/ei2+2mc2/ei2=-3.10.78122326468.8ei2-0.780.7812(26468.80.821.6+230.7826468.81.6)/ei2 =-28077.2428/ei2=-0.0356k点单位力4与fb图乘4fb=1mc1/ei2+2mc2/ei2=3.10.78122315910/ei2+0.780.7812(159102.983.7+230.78159103.7)/ei2 =17323.1864/ei2=0.02196fk=4fb+4pg+4q+4pc+4fa =0.02196-0.0356+0.00404-0.00832+0.0037 =0.01422m =14.22mm求b点的挠度在b点施加一向下单位力，其单独作用弯矩为：2.79.5-3.7b点单位力5与fa图乘5fa=1mc1/ei2=3.13.712137236/ei2=13832.82/ei2=0.01754b点单位力5与pc图乘5pc=1mc1/ei2=-3.73.1131216273.6/ei2=-31109.699/ei2=-0.03994b点单位力5与均布载荷q图乘5q=03.115000-3.7x3.1(1.55x-1.28-x22)/ei2dx+192001.613(2.1+1.2)/ei2 =41220.3125/ei2+33792/ei2 =0.09511b点单位力5与pg图乘5pg= 1mc1/ei2+2mc2/ei2=-3.73.1122326468.8ei2-26468.81.612(2.1+231.6)=-168253.3387/ei2=-0.21332b点单位力5与fb图乘5fb=1mc1/ei2+0