HZ140TR2后置旅游车底盘车架材料力学课程设计.docx

材料力学课程设计班 级： 姓 名： 学 号： 题 目： HZ140TR2后置旅游车底盘车架的 静力学分析及强度、刚度计算 指导老师： 一、 课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，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，独立地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工程实际问题之目的。同时，可以使我们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；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，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。1.使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们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问题。2.综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。3.使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。二课程设计的任务和要求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，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。三设计题目 HZ140TR2后置旅游车底盘车架简化后如图1-1所示。满载时，前部受重力FA作用，后部受FB作用，乘客区均布荷载为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有数表1-1给出。表1-1 固定数据1.11.63.11.62.1 0.10.060.12E/GPa/MPaFA/N0.080.110.070.0052101602680（一） 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。（二） 画出车架的内力图。（三） 画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。（四）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。（五） 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。图1-1 HZ140TR2后置旅游车底盘车架简化图一.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：可取书上的一组值进行计算q=15000N/M, FA=2680N, FB=4110N.所以对旅游车底盘车架进行外力分析由题得，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：用c语言解上面的方程组可得：M1=- 10146.7 M2=- 8703.3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。通过c语言程序解得：Nc=10180.8N Nd=40214.8N Nf=34829.7N Ng=16064.8N1、对上诉支反力的c语言程序：#include#define FA 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,FB,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;printf(Enter q,FB:n);scanf(%lf,%lf,&q,&FB);printf(q=%e,FB=%en,q,FB);w1=q*l1*l1*l1/12;w2=q*l2*l2*l2/12;w3=q*l3*l3*l3/12;M0=-FA*l0;M3=-FB*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*(l2+l3)/(l2*l2-4*(l1+l2)*(l2+l3);M2=(H-M1*l2)/(2*(l2+l3);printf(M1=%enM2=%en,M1,M2);ND1=-(-M0-q*l1*l1/2+M1)/l1;NC=FA+q*l1-ND1;NF1=-(-M3-q*l3*l3/2+M2)/l3;NG=FB+q*l3-NF1;ND2=-(-q*l2*l2/2+M1-M2)/l2;NF2=q*l2-ND2;ND=ND1+ND2;NF=NF1+NF2;printf(NC=%enND=%enNF=%enNG=%enND1=%enND2=%enNF1=%enNF2=%en,NC,ND,NF,NG,ND1,ND2,NF1,NF2);二.画出车架的内力图。对底盘进行受力分析，如下图（1） 剪力图（2）弯矩图三.画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。解：由题可知，弯曲正应力的最大值为：其中可通过c语言由公式：求得:弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线2、对求最大正应力的程序：#include#define mc 2948#define m1 1072.6#define md 10146.72#define m2 8798.42#define mf 8600.928#define m3 3867.16#define mg 8631#define lz1 1.9625e-6#define lz2 3.755833e-6#define lz3 2.76417e-6#define y1 0.05#define y2 0.06#define y3 0.055main()double a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9;a1=mc*y1/lz1;a2=mc*y2/lz2;a3=m1*y2/lz2;a4=md*y2/lz2;a5=m2*y2/lz2;a6=mf*y2/lz2;a7=m3*y2/lz2;a8=mg*y2/lz2;a9=mg*y3/lz3;printf(a1=%ena2=%ena3=%ena4=%ena5=%ena6=%ena7=%ena8=%ena9=%en,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9);四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60.19车架挠曲线如下图所示，单位mm五.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D点处的截面：用matlab解上述方程得（取小值）：h=0.18m b=