材料力学课程设计.doc

教学号： 答辩成绩： 设计成绩：材料力学课程设计设计计算说明书 设计题目： 龙门刨床门架计算 题号: 7526 教学号: 姓名： 指导教师： 完成时间： 目录一 材料力学课程设计目的二 设计题目三 设计过程四 校核门架的强度1、横梁1的强度校核2、横梁2的强度校核3、立柱3的强度校核五 设计门架加力点的水平位移六 设计门架加力点的垂直位移七 设计改进措施及方法八 设计总结及体会九 参考文献一、材料力学课程设计的目的本课程设计是在系统教学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学知识解决工程实际问题的目的。1、 使所学的材料力学知识系统化、完整化。2、 在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。3、 由于选题力求结合实际，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、 运用以前所学的知识，使相关学科的知识有机地联系起来。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。二、 材料力学课程设计的题目某龙门刨床门架的简化图为如图所示的刚架，尺寸如图所示。危险工况 有最大水平切削力 F=150 kN, 另外有两种力矩e1=40kN.m 、e2=46kNm，作用的位置及作用方式如图所示。门架材料为灰铸铁（HT250）。1、 校核门架的强度（取安全系数n=3）。2、 求门架上加力点的水平、垂直位移。三 、设计过程解：该结构为12次静不定结构。将外载荷F、M1、M2分别单独作用于该结构，进行如下分析：1、 F单独作用时，如图所示，因为该结构为平面对称结构，在构件的的对称平面出的横截面处，反对称内力素也等于零。将构件沿对称平面截开得到如图的原静不定的静定基，约束力偶X1、X2.。 由力法正则方程有， 作已知力F/2引起的内力图和X，X=1的单位力引起的内力图，取左半部分进行分析，设a=0.6m，l=0.8m，则由于该构件为灰铸铁，查表得 E=100GPa,G=40GPa由非圆截面扭转的公式得：It=h1b13-h2b23=7.710-4（m4）立柱：I1=Iy立柱=（b1h13-b2h23）/12=(0.30.43-0.260.363)/12=5.9横梁：I1=Iy横梁=（b1h13-b2h23）/12=3.14应用图乘法有：=a/EI2+2l/GIt=2.43=l/ GIt=2.60=a/ EI2+l/GIt=2.17=Fal/ 2GIt=7.8=Fa2/4EI2-Fal/2GIt=3.64将以上所求数值代入方程组，解得：= 1.43 kN.m ， 2=16.64kN.m2、 将M1单独作用于该结构，由于M1为其反对称载荷，在其对称面上对称的内力素为零。将构件沿对称平面截开作为原静不定的静定基，外加约束力X3，X4，。如图所示由力法正则方程有：取构件右半部分进行分析，作M/2和XX的单位力引起的内力图，如图所示立柱：I=I=（b1h13-b2h23）/12=(0.40.33-0.360.263)/12=3.7横梁：I=I=（b3h33-b4h43）/12=(0.20.1230.180.13)/12=1.4所以：=aa2l/EI3+(aa/22a/3)/ EI4=6.8 =(aal)/ EI3=7.8 =al/EI3+(aa/22a/3)/ EI4=6.0 =（M1la）/ 2EI3=1.28=（M1/2aa/2）/ EI4（M1la）/ 2EI3=0.72将以上求得的数值代入方程组，解得 X3= ，X4 =3、将M单独作用该结构时，M为该对称结构的对称载荷，在其对称截面上的反对称内力素都为零，不为零的仅仅是水平面内的弯矩M，将构件沿对称面截开作为原静不定的静定基，加上多余约束力偶X5，X6。如图所示由力法正则方程有取构件左半部分进行分析，作M2 X5 = X6=1的单位力引起的内力图由上述内力图可知，=0，=0。所以，X5=0，X6=0一、校核门架的强度，如图该结构为对称结构，取左半部分对横梁1、横梁2、立柱3进行校核。1、横梁1的强度校核（1）、外力分析：横梁1上作用有多余的约束力矩X1和约束力X3（2）、内力分析：作内力图My，max=X1= Mz，max=X1a=而I=3.110-5m I=1.410-5m 则W=I/z=3.110 W=I/z=2.310由于构件的材料为灰铸铁，是脆性材料，抗压不抗拉，故左截面上的危险点为A点（3）、强度校核：而，许用应力=/n=83.3MPa。由第一强度理论，故横梁1满足强度条件，安全。2、横梁2的强度校核（1）、外力分析：横梁2上有F/2、M/2、M/2以及多余约束力X和约束力偶X作用（2）、内力分析：作内力图，可以看出横梁已受两项弯曲和扭转组合变形，危险截面为左右两端面。（3）、强度校核：在B点处，扭转应力为零，正应力最大，如图 M=M=由第一强度理论3、立柱3的强度校核（1）、外力分析：立柱3 受到多个外力的作用（2）、内力分析：画出内力图，由此确定立柱的固定端为危险截面，受到两项弯曲和扭转组合变形。（3）、强度校核：对D点进行应力分析，仅受正应力M= M= W=W=I/z Wz=由第三强度理论，对D点进行校核，受到正应力和切应力同时作用由闭口薄壁杆件的自由扭转公式 得在D2点处取单元体，如图则 由第一强度理论，对D点进行校核，综上所述，立柱3满足强度条件，安全。五、门架加力点的水平位移沿F的方向加单位力1，如图，由摩尔积分的图形互乘法，得到沿F方向的水平位移 =沿X轴方向加单位力1，如图，由摩尔积分的图形互乘法，得到沿X轴方向的水平位移 =六、门架加力点的垂直位移沿Y轴方向加单位力1，如图， 由摩尔积分的图形互乘法，得到沿Y轴方向的垂直位移=七、改进措施及方法八、设计总结及体会本次课程设计是一次对材料力学教材全部内容的又一次复习，而这个课题中主要涉及的内容也是教材中的重点、难点。本题所要求的知识点面广，却又是侧重于超静定结构问题的解决，该超静定结构是一个12次静不定，是高次超静定结构，对于这样的问题，考虑到问题的复杂性、综合性。如果采用常规的变形比较法去解决这个问题，根本就无从下手，而唯一的方法就是采用高次静不定结构的正则方程去解。我在本题的求解过程中运用了方程组求解的方法，并没有运用课程中介绍的“矩阵”求解，原因是考虑到运用矩阵时，其中含有的未知数太多，需要采用编制计算机程序来求解，而调试的过程也很复杂。在此，没有能完全按教材所要求的去完成本次课程设计，使这次作业不够完满，是我这次设计的最大缺点，今后我一定在这方面加强。通过本次长达近两个月的材料力学的课程设计，我深深地体会到从理论到工程实践的不同，这次作业的完成使我想到即将走向工作岗位的我们不能仅仅依靠课本，我们需要从掌握课本知识到工程实际的转变，这样才能更快地适应将来的工作。大学里，这样的课程实践很多，我们应该好好把握每一次，争取将来更