材料力学课程设计-HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度、刚度计算.docx

材料力学课程设计班级：机电二班作者： 题目：HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度、刚度计算 指导老师：2017.6.10一、材料力学课程设计的目的本课程设计的目的是在于系统学习完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立的计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决实际问题的目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力，既是为以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合应用，又为后继课程（零件、专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体的有以下六项：1.使学生的材料力学知识系统化完整化；2.在全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；3.由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来；4.综合运用以前所学习的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等），使相关学科的只是有机的联系起来；5.初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；6.为后续课程的教学打下基础。材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果并完成了设计说明书。二、材料力学课程设计的任务和要求、设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简洁，条理清晰、明确，表达完整。具体内容应包括：（1）设计题目的已知条件、所求及零件图。（2）画出构件的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。（3）.静不定结构要画出所选择的基本静定系统及与之相应的全部求解过程。（4）. 画出全部内力图，并表面可能的各危险截面。（5）. 各危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。（6）. 各危险点的主应力大小及主平面的位置。（7）. 选择强度理论并建立强度条件。（8）. 列出全部计算过程的理论依据、公式推导过程及必要的说明。（9）. 对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位力图。（10）. 疲劳强度计算部分要说明循环特征，max，min，r，m，a的计算，所查各系数的，,，依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件的持久曲线。2、分析讨论及说明部分的要求（1）. 分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。（2）. 提出改进设计的初步方案及设想。（3）. 提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。3、程序计算部分的要求（1）. 程序框图。（2）. 计算机程序（含必要的说明语言及标识符说明）。（3）. 打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上）。三、设计题目HZ140TR2后置旅游车底盘车架简化后如下图所示。满载时受重力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影响，并把梁抽象为等厚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有表7-1给出。其他数据选取设计计算数据第一组中的FB=4090N,q=15300N/m.表7-1 固定数据 1.1 1.6 3.1 1.6 2.1 0.1 0.06 0.12t/mE/GPa/MPa/N0.08 0.11 0.07 0.005210 160 26801.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.画出车架的内力图。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。四、求解题目以下计算q=15300, =2680N, =4100N.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。解：由题得，此连续梁为三次静不定结构，但由于水平方向外力为0，所以此机构可认为是二次静不定结构。这样此结构梁就满足多跨梁及三弯矩方程的条件。左边第一支座为固定绞支座，其余均为可动绞支座。支座编号从左向右依次为0，1，2，3。以中间的两个支座的约束反力矩为多余约束，取静定基的每个跨度皆为简支梁。这些简支梁在原来的外载荷作用下的弯矩图如下图所示。为便于计算，令。由此可得，w1=w2=w3=由上图可知，各个部分形心位置a1=/2,a2=b2=/2,b3=/2.梁在左端和右端分别有外伸部分，根据三弯矩方程：对跨度L1和L2写出三弯矩方程为：对跨度L2和L3写出三弯矩方程为：解上面的方程组可得：M1=-10348.69 M2=-8910.73 求得M1和M2以后，连续连三个跨度的受力情况如图所示可以把它们看成三个静定梁，而且载荷和端截面上的弯矩（多余约束力）都是已知的，即为原结构的相当系统。对每一跨度都可以求出支反力和弯矩图，把这些图连起来就是连续梁的剪力图和弯矩图。如图左端部分：Mc= 可得到,Nd1=16865.43N，Nc= 10294.57N同理可得：Nd2=29927.72N Nf2=17502.28NNf1=12427.95N Ng=16152.05N其中Nd=Nd1+Nd2=46793.15N，Nf=Nf1+Nf2=29930.24N从而求出前簧固定端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，画出车架的内力图。（1）剪力图。单位（N）（2）弯矩图：单位（N.m）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。弯曲正应力的最大值为：其中可由公式：求得各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线如下图。4.用能量法求出车架最大挠度的值及所发生的截面，画出车架挠曲线的大致形状。解：求出车架上特殊点的挠度，其中最大的就是车架最大挠度所在截面。为了便于计算，作出每一个载荷作用下的弯矩图，然后利用图乘法和叠加原理求其总和根据上图，作出每个载荷单独作用时的弯矩图：Fa单独作用时Fb单独作用时Nc单独作用时：Ng单独作用CD部分均布载荷单独作用时DF段均布载荷单独作用时FG段单独作用时（1）求A点挠度在A端加单位力，弯矩图如上图所示。由图乘法可知：Fa单独作用下A点挠度：Fb单独作用下A点挠度：Nc单独作用下A点挠度：Ng单独作用下A点挠度CD部分均布载荷单独作用时A点挠度：DF段均布载荷单独作用时A点挠度：FG段均布载荷单独作用时A点挠度：综上得： （2）求CD中点E挠度，在E处加单位力1。Fa单独作用下CD中点挠度：Fb单独作用下CD中点挠度：Nc单独作用下CD中点挠度：Ng单独作用下CD中点挠度CD部分均布载荷单独作用时CD中点挠度： 为便于计算，将CD部分一分为二，分别画出其弯矩图。然后图乘。DF段均布载荷单独作用时CD中点挠度：FG段均布载荷单独作用时CD中点挠度：综上得：（3）求DF中点O挠度，在O处加单位力1。Fa单独作用下DF中点挠度：Fb单独作用下DF中点挠度：Nc单独作用下DF中点挠度：Ng单独作用下DF中点挠度CD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度：DF段均布载荷单独作用时DF中点挠度：FG段均布载荷单独作用时DF中点挠度：综上得：（4）求FG中点K挠度，在K处加单位力1。Fb单独作用下DF中点挠度：Fa单独作用下DF中点挠度：Nc单独作用下DF中点挠度：Ng单独作用下DF中点挠度CD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度：DF段均布载荷单独作用时DF中点挠度：FG段均布载荷单独作用时DF中点挠度综上得：（5）求B端挠度，在B处加单位力1。Fa单独作用下B点挠度：Fb单独作用下B点挠度：Nc单独作用下B点挠度：Ng单独作用下B点挠度CD部分均布载荷单独作用时B点挠度：DF段均布载荷单独作用时B点挠度FG段均布载荷单独作用时B点挠度：综上得：由以上计算，可以得到车架在B端得挠度最大55.2mm车架挠曲线如下图所示，单位mm.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。解：根据弯曲正应力的强度条件由弯矩图可知，最大弯矩发生在DF段距D点1.956m处的截面：根据上述方程组，经mathematica软件求得：其中b,h0,所以按等截面梁重新设计的车架截面尺寸为：h=0.162m,b=0.108m.四，程序计算部分程序框架图程序如下：#include#define PA 2680main()double l0=1.1,l1=1.6,l2=3.1,l3=1.6,l4=2.1;double A1=l1/2,A2=l2/2,B2=l2/2,B3=l3/2;double M0,M1,M2,M3,w1,w2,w3,H,G;double NC,ND,NF,ND1,ND2,NF1,NF2,NG,PB,q;double lz1,lz2,lz3;double b1=0.06,h1=0.1,b2=0.08,h2=0.12,b3=0.07,h3=0.11,t=0.005;int n;lz1=(b1*h1*h1*h1-(b1-2*t)*(h1-2*t)*(h1-2*t)*(h1-2*t)/12;lz2=(b2*h2*h2*h2-(b2-2*t)*(h2-2*t)*(h2-2*t)*(h2-2*t)/12;lz3=(b3*h3*h3*h3-(b3-2*t)*(h3-2*t)*(h3-2*t)*(h3-2*t)/12;printf(lz1=%enlz2=%enlz3=%en,lz1,lz2,lz3);for(n=1;n=10;n+)printf(Enter q,PB:n);scanf(%lf,%lf,&q,&PB);printf(q=%e,PB=%en,q,PB);w1=q*l1*l1*l1/12;w2=q*l2*l2*l2/12;w3=q*l3*l3*l3/12;M0=-PA*l0;M3=-PB*l4;H=-6*(w2*A2/l2+w3*B3/l3)-M3*l3;G=-6*(w1*A1/l1+w2*B2/l2)-M0*l1;M1=(H*l2-G*2*(l1+l2)/(l2*l2-4*(l1+l2)*(l1+l2);M2=(H-M1*l2)/(2*(l1+l2);ND1=-(-M0-q*l1*l1/2+M1)/l1;NC=PA+q*l1-ND1;NF1=-(-M3-q*l3*l3/2+M2)/l3;NG=PB+q*l3-NF1;ND2=-(-q*l2*l2/2+M1+M2)/l2;NF2=q*l2-ND2;ND=ND1+ND2;NF=NF1+NF2;pri