吉林大学 材料力学课程设计(完整版).doc

材料力学课程设计一.设计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，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，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。二，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，前部受重力作用，后部受到重力作用，乘客区均布载荷为q（含部分车身重），梁为变截面梁。计算过程重忽略圆角的影响，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面数表给出。 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。三，设计计算过程以下计算q=15400N/m, =2680N, =4200N.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=, 同理得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=-10429.7 M2=-8938.39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：可得到 Nd1=16996.06 N， =10323.94 N同理可得：Nd2=30117.77 N Nf2=17622.23 N Ng=16446 N Nf1=12394 N 其中Nd=Nd1+Nd2=47113.83 N， Nf=Nf1+Nf2=30016.23 N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。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：（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55.44mm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 stdio.h#include math.h#define PI 3.1415926#define mpa 1e6void main()double l1=1.1,l2=1.6,l3=3.1,l4=1.6,l5=2.1,L0,L1,L2,L3,L4;double q,Fa=2680,Fb,M0,M1,M2,M3;double Nd,Nd1,Nd2,Nf,Nf1,Nf2,Nc,Ng,w1,w2,w3,a1,a2,B2,B3,H1,H2;printf(请输入q:n);scanf(%lf,&q);printf(请输入Fb:n);scanf(%lf,&Fb);q=q*1000;L0=l1;L1=l2;L2=l3;L3=l4;L4=l5;w1=q*L1*L1*L1/12;w2=q*L2*L2*L2/12;w3=q*L3*L3*L3/12; a1=L1/2; B2=L2/2; a2=B2; B3=L3/2; M0=-Fa*L0; M3=-Fb*L4; H1=-6*(w1*a1/L1+w2*B2/L2); H2=-6*(w2*a2/L2+w3*B3/L3); M2=(H1-M0*L1)/2/(L1+L2)-(H2-M3*L3)/L2)/(L2/2/(L1+L2)-2*(L3+L2)/L2); M1=(H2-2*(L3+L2)*M2-M3*L3)/L2; Nd1=(q*L1*L1/2+M0-M1)/L1; Nc=Fa+q*l2-Nd1; Nf2=(q*l3*l3/2+M1+M2)/l3; Nd2=q*l3-Nf2; Nf1=(q*l4*l4/2-M2+M3)/l4; Ng=Fb+q*l4-Nf1; Nd=Nd1+Nd2; Nf=Nf1+Nf2;printf(M0=%0.3lfnM1=%0.3lfnM2=%0.3lfnM3=%0.3lfnNc=%0.3lfnNd=%0.3lfnNf=%0.3lfnNg=%0.3lfn,M0,M1,M2,M3,Nc,Nd,Nf,Ng); 结果执行如下图：II组数据：q=16000N/m, FB=4800N结果执行如下图：五设计体会经过本次材料力学课程设计，使我更好的掌握了所学的材料力学知识，并且进一步的巩固了C