材料力学课程设计

材料力学课程设计 班级 城轨一班作者 罗昌华学号 20107243题目 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 任小平 2012 6 10 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 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 求支座反力为了求解该题 需要用到连续梁问题中的三弯矩方程 为减小跨度很大直梁的弯曲变形和应力 常在其中间安置若干中间支座的这类结构称为连续梁 连续梁中是在两端的固定端铰支座和活动铰支座之间加上若干个活动铰支座组成的力学模型 在HZ140TR2后置旅游车底盘车架的力学模型中 该模型是三次超静定结构 该模型仅在竖直方向上受到外力作用 水平方向上不受外力作用 因此可以把第三个固定端铰支座看作是活动端铰支座 这样就把底盘车架的力学模型再度简化为连续梁的力学模型 连续梁力学模型中的静定次数等于连续梁力学模型中间活动铰支座的个数 所以该模型是二次超静定的连续梁力学模型 解决静不定结构的方法是把超静定结构化作静定基本机构 然后再在静定基本结构上添加外荷载及多余约束力得到静不定结构的相当系统 然后在相当系统中列出平衡方程 列出位移或者受力的补充方程 联立求解支座反力 设想将每个中间支座上的梁切开 并装上铰链 将连续梁变成若干个简支梁 每个简支梁都是一个静定基本系 这相当于把每个支座上梁的内约束解除 即将其内力弯矩作为多余约束力 则每个支座上方的铰链两侧截面上需加上大小相等 方向相反的一对力偶矩 与其相应的位移是两侧截面的相对转角 于是多余约束处的变形协调条件是梁中间支座处两侧截面的相对转角为零 图 简化后的后置旅游车底盘车架的力学模型图经过简化的连续梁模型中 标出由于梁的内力解除需要维持与原来系统相当的变形而产生的力矩 其中中间支座之间的力矩为多余约束 把F1和F2分别移到支座C和支座G处 则 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 为了计算时便于利用三弯矩方程进行计算 设CD段为 DF段为 FG段为 由此计算得 同理可得 有上图可知 各个力矩图形的形心位置由三弯矩方程 对跨度和写出三弯矩方程为 对跨度和写出三弯矩方程为 且由方程1和2联立解得 求的后 相当系统的各部分受力如图 根据简单的解简单的简支梁的方法 列出竖直方向的受力平衡方程和一个支点处的力矩平衡方程结果可以求出的值 从而得到固定端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 画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线 根据公式 可以求出各段的惯性矩的值 根据上一题的弯矩方程和公式求出各段的最大弯曲正应力方程 有MATLAB画出弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线 特殊点最大正应力值列表 4 求出最大绕度的值 画出车架扰曲线的大致形状 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 做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 Ng单独作用时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 综上得 CD中点E的绕度DF中点0的绕度FG的中点K的绕度B点的绕度由以上计算 可以得到车架在B端得挠度最大车架挠曲线如下图所示 单位mm 5 按等截面梁重新设定截面尺寸重新设计截面梁的截面尺寸时的主要判断依据是判断截面上的最大弯曲正应力是否小于许用应力 根据弯矩图可以判断最大弯矩发生的截面 最大弯矩已知 想要改变最大正应力的大小 就需要根据重新设计截面的尺寸 根据弯曲正应力的强度条件 由弯矩图可知 最大弯矩发生在后簧滑板G处的截面 程序计算 1 语言程序 include defineFA2680main doublel0 1 1 l1 1 6 l2 3 1 l3 1 6 l4 2 1 doubleA1 l1 2 A2 l2 2 B2 l2 2 B3 l3 2 doubleM0 M1 M2 M3 w1 w2 w3 H G doubleFC FD FF FD1 FD2 FF1 FF2 FG FB q FZ doublelz1 lz2 lz3 doubleb1 0 06 h1 0 1 b2 0 08 h2 0 12 b3 0 07 h3 0 11 t 0 005 定义变量的值 intn 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 计算个截面的惯性矩 printf lz1 e nlz2 e nlz3 e n lz1 lz2 lz3 for n 1 n 10 n printf Enterq FB n 输入参变量Fb和q scanf lf lf 计算各段力矩所围的面积 M0 FA l0 M3 FB l4 计算m0和m3的值 H 6 w2 A2 l2 w3 B3 l3 M3 l3 G 6 w1 A1 l1 w2 B2 l2 M0 l1 简化方程的计算和表达 M1 H l2 G 2 l1 l2 l2 l2 4 l1 l2 l1 l2 M2 H M1 l2 2 l1 l2 L1 L3简化计算得到M1和M2 FD1 M0 q l1 l1 2 M1 l1 M0 FA L0 FC FA q l1 FD1 FF1 M3 q l3 l3 2 M2 l3 FG FB q l3 FF1 FD2 q l2 l2 2 M1 M2 l2 FF2 q l2 FD2 FD FD1 FD2 FF FF1 FF2 FZ FC FD FF FG printf Theresultis n printf M1 e nM2 e n M1 M2 printf FC e nFD e nFF e nFG e nFZ f n FC FD FF FG FZ printf FD1 e nFD2 e nFF2 e nFF1 e nFZ f n FD1 FD2 FF2 FF1 FZ 2 MATLAB程序图5剪力图的MATLAB程序 FA 2680 FB 4610 FC 9010 25 FD 32021 36 FF 25641 3 FG 16217 1 L0 1 1 L1 1 6 L2 3 1 L3 1 6 L4 2 1 q 12000 symsxy0 2680 y1 2680 9010 25 12000 x 1 1 y2 19151 12000 x 2 7 y3 7592 9 12000 x 5 8 y4 4610 有参数求出各段的弯矩方程 由方程求关键点plot 0 1 1 1 1 2 7 2 7 5 8 5 8 7 4 7 4 9 5 9 5 2680 2680 6330 12870 19151 18048 7592 11607 4610 4610 0 title 剪力图 xlabel x m ylabel Fs KN 图六弯矩图的MATLAB程序 x0 0 0 1 1 1 y0 2680 x0 x1 1 1 0 05 2 7 y1 6000 x1 2 19530 x1 17171 x2 2 7 0 05 5 8 x3 5 8 0 05 7 4 x4 7 4 0 05 9 5 y2 6000 x2 2 51551 x2 103630 y3 6000 x3 2 77193 x3 252350 y4 4610 x4 43795 plot x0 y0 x1 y1 x2 y2 x3 y3 x4 y4 title 弯矩图 xlabel x m ylabel M KN m 利用弯矩方程求最大正应力的方程的MATLAB程序 Iz1 1 9625 10 6 Iz2 3 775833 10 6 Iz3 2 764167 10 6 symsx y0 2680 x y1 6000 x 2 19530 x 17171 y2 6000 x 2 51551 x 103630 y3 6000 x 2 77193 x 252350 y4 4610 x 43795 s0 abs y0 0 05 Iz1 s1 abs y1 0 06 Iz2 s2 abs y2 0 06 Iz2 s3 abs y3 0 06 Iz2 s4 abs y4 0 55 Iz3 S1 expand s1 S0 expand s0 S2 expand s2 S3 expand s3 S4 expand s4 图7最大正应力图clearallIz1 1 9625 10 6 Iz2 3 775833 10 6 Iz3 2 764167 10 6 symsx y0 2680 x y1 6000 x 2 19530 x 17171 y2 6000 x 2 51551 x 103630 y3 6000 x 2 77193 x 252350 y4 4610 x 43795 s0 abs y0 0 05 Iz1 s1 abs y1 0 06 Iz2 s2 abs y2 0 06 Iz2 s3 abs y3 0 06 Iz2 s4 abs y4 0 055 Iz3 s0s1s2s3s4fplot 316398554352266229317632 abs x 4633822111315839 0 1 1 holdonfplot 1770887431076116955136 abs 6000 x 2 19530 x 17171 111442920025707125 1 1 2 7 holdonfplot 1770887431076116955136 abs 6000 x 2 51551 x 103630 111442920025707125 2 7 5 8 holdonfplot 1770887431076116955136 abs 6000 x 2 77193 x 252350 111442920025707125 5 8 7 4 holdonfplot 3246626956972881084416 abs 4610 x 43795 163167619923179225 7 4 9 5 title 最大正应力图 xlabel x m ylabel N m 设计体会 通过材料力学课程设计首先我体验到了自己知识的缺乏 仅是学习课本会做课本上的习题是解决不了工程实际问题的 至少目前是这样 目前所学的知识仅仅是可以去做做课后习题 在做课程设计的时候 我使用了很多工具 我查了很多资料 利用网络和图书管的网上资源可以查到自己想要找的参考书籍 另外在材料力学课程设计的过程中 解决工程实际问题的一般方法是把实际问题抽象成力学模型 并通过对力学模型的分析建立平衡方程 从而得到计算结果 总体感觉在材料力学课程设计的时候涉及的知识方面很广 从CAD画出一般的受力图 到MATLAB根据方程画出内力图 并使用MATLAB绘图工具进行编辑 从使用力学知识进行力学分析 到使用WORD编辑文档 每一项想要做好都不是意见简单的事情 比如最简单的WORD 在编辑的时候可以使用标题 导航等各种工具以方便进行文档排版和设计 还有页眉页脚等使文档排版更加美观 在做这些事情的时候 我觉得一篇文章就是一个学生综合能力的反映 也是学生对待课程设计态度的反映 通过设计我的能力应该是得到了提高 在做设计的