吉林大学材料力学课程方案说明书[]

1、.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，能结合项目中的实际 问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立的计算项目中的典型零部 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，并初步掌握项目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项目中的实际问题；3. 因为选题力求结合专业实际，因而课

2、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. 初步了解和掌握项目实践中的设计思想和设计方法；6. 为后续课程的教案打下基础。二，设计题目HZ140TR2后置旅游车底盘车架简化后如下图所示01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。凹a回凹a凹1.11.63.11.62.10.10.060.12LrJ 'LrJLrJt /mE/GPa(

3、T /MPag/N0.080.110.070.00521016026801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I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=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，但因为水平方向外力为0,所以此机构可认

4、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M/KNm由此可得,W1二w2=w3=由上图可知，各个部分形心位置a1= q /2,a2=b2=. i /2,b3=. 112.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：M仁-10348.69 3 M2=-8910

5、.73 也求得M1和M2以后，连续连三个跨度的受力情况如图所示Nd2N 佗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：10294.57N可得到，Nd1 = 16865.43N, Nc=厂=TI同理可得：Nd2=29927.72NNf2=17502.28NNf仁 12427.95NNg=16152.05N其中 Nd二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、

6、后簧 滑板G处的支反力。2, 画出车架的内力图。Fa.Fbq1irDriNc NdNF Ng<1)剪力图。单位<N)FQ29927.72<2)弯矩图：单位vN.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 I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。q根据上图，作出每个载荷单独作用时的弯矩图:

7、Fa单独作用时Fb单独作用时 Nc单独作用时ZTCDFGNcNg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V1）求A点挠度 111+12在A端加单位力，弯矩图如上图所示。由图乘法可知：工Fa单独作用下A点挠度：ISFb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LJCD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：U<2）求CD中点E挠度，在E处加单位力1Fa单独作用下CD中点挠度:Fb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

8、挠度:II BB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。I 1DF段均布载荷单独作用时CD中点挠度：综上得:<3）求DF中点0挠度，在0处加单位力1Fa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：r<4）求FG中点K挠度，在K处加单位力1Fb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

9、中点挠度:FG段均布载荷单独作用时DF中点挠度qCyGq<4L4/8综上得：riV5）求B端挠度，在B处加单位力1。1(4+15Fa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

10、，经mathematica软件求得:其中b,h>0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：#in clude<stdio.h>#defi ne PA 2680main (>double 10=1.1,11 = 1.6,12=3.1,13=1.6,14=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 Iz1

11、,lz2,lz3。double b1= 0.06,h 1= 0.1,b2=0.08,h2=0.12,b3=0.07,h3=0.11,t=0.005 int n。lz 1= (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 pr

12、intf("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*

13、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+

14、ND2 。NF二NF1+NF2 printf("The result is:n">。printf("M 1=%enM2=%en",M1,M2> 。printf("NC=%enND=%enNF=%enNG=%en",NC,ND,NF,NG> 。 结果执行如下图:Hui ”nwt w 阴2甬d 1也时愿加FT121=1-96 2500e-006ls2-3.755«33e-006iz3=2.?64167e-006Enter q,PB:IE300,4100q=l. 530000e +004, PB=4_ lWi00

15、00e +003The result is：Ml=-1.034«69e+004M2=-8.91072Ge+003NC=1匕+004ND=4.679315e+004NF=2.993024e+004HG=15£20£总4呂04Enter- q,PB：14000,4700(1=1 4000 00e +004, PB=4 700000© +003TFe result istMl 9-546992e+003N2 =-7.78 902 4e+003NC=9-755630e+003ND-4.2G1663e*004NF=2.600713c+004NG=1-720061e+004Enter qPB=16500,5380q=l_650000e +004 r PB =5 _ 300000e +003The result is:Ml =-l ：1320?0e+004柩=-9_242734e+003NC=1.06呛70E匕*004ND=5.064131b>004NF=3-096209e+004NG=1.967954匕+004