中辰杯理论说明书电子版-轻工计算

目第1章结构方 设计构 如何选择合理的结构形 结构选 模型结构选 从题中求解，用计算定 关于模型设计的若干考 模型设计特 结构布 模型整体三视 主要构件详 第2章材料力学性能及截面选 材料力学性 材料力学特征分 材料力学实 竹材密 试验得出的结 截面的选取以及结构受力简 第3章结构分 结构分析模 截面以及材料属 不同工况下结构内力分 工况1作用下内力及位移分 工况2作用下内力及位移分 工况3作用下内力及位移分 工况4作用下内力及位移分 工况结果分 第4章模型制 制作流 下 杆件制 组 结 附表 工况1作用下内力及位移 附表 工况2作用下内力及位移 附表 工况3作用下内力及位移 附表 工况4作用下内力及位移 1章系的合理性，经济性和实用性。结构设计，应以“安全、适用、经济”为如何选择合理的结构模型结构选从题中求解，用计算定150mm-200mm范围内，桥面长度不小于桥墩的净跨度桥面在跨度加载点处的结构宽度应不大于200mm，60mm50mm面标高以上可以有结构构件，但应保证有一定宽度及高度的通车，能让横截面150mm（宽）×150mm（高）的无质量汽车模型顺利通过整个桥面。桥底以小于800mm，中部主航道500mm范围内未加载前通航不小于150mm关于支座“加载在两水高的平台间进行模型加载时两侧桥墩支（用分发的材料自行制作）分别用压紧钢板固定于加载承台上”。 整体结构示意1-2我们的结构设计思路来源于实际工程中常用的一个上承式拱桥结构(1-2)。的特点。经试验证明，竹皮做成杆件后的抗压强度是非常可观的，因而使得3(1 (2 结构单榀简化基本体我们的桁架 等跨的简支梁1(123(1(213(1(2123(3(1(21150000 3(1(3(1(21 (1 2图1- 00，不能充分发挥材料作用。00，较拱更优。1-1中两榀之间的连杆还有那两组相互交叉的拉带，在侧向荷载开始施加时，模1.4.23小节中我们会来讲解这个承性范围内的角钢形状的杆件来组成桥面，不比赛规则。Midas进行反复模拟计算，（以关于模型设计的若干1-1为本次参赛的结构方案。结构底部支座四个脚（支座）压在钢板下，421mm,800mm900mm。模型整体三视1-7 3D模拟正视 侧视 图1-103D侧视 俯视 图1-123D俯视主要构件详（四根）采用0.35mm竹皮作为内层，截面采用12mm×9mm，材料上内层0.35mm0.2mm竹皮包贴三面加上内层（3mm。 主杆三视

主杆实物0.35mm竹皮单层制作，8mm×8mm150mm，两头采用多出来主杆宽度的一个L 中间连杆三视 图1-16中间连杆实物图1-17承台三视 图1-18承台实物6mm60mm的0.5mm+0.2mm中间小连杆（4根图1-19中间小连杆三视 图1-20中间小连杆实物3kg的横向风荷载，我们在模型两榀之间安置了四个的连杆，0.35mm竹皮单层。1-21三者为桥面的重要组成部分,0.35mm竹皮对折，尺细节详1-221-231-241-251-261-272章破坏形式，我们通过材料力学中的公式进行分析，在求解过程中使用了软件对于我们所列出的非线性方程组求解，得出了详细的结果，用理材料力学特征60MPa502胶水作为粘结剂。502胶本次竞赛中使用的竹材均为本色复压竹皮，有三种规格：1250×430×0.50mm1250×430×.35mm1250×430×.20mm60P，而竹材的抗折和抗剪能力较差；另外，它的横纹力学性能也较差。在设计与制作过程中，我们应充分利用竹材顺纹的拉压性能，在使用竹皮的时候应尽量采用顺纹，同时尽量减小弯折过程中对竹纤维的破坏。与其它材料相比，竹材的延性较好，故我们在设计时也做了充分的考虑。在重复的制作过程中我们发现不同厂家每一批竹皮甚至是同一厂家不同批次的竹皮在性能上有着不小的偏差，它不仅体现在竹皮的厚度上更体现在竹皮的质量上。有时还会碰上竹皮上结疤过多的地方，竹皮的结疤处不利于竹皮的弯折，会导致杆件的棱边在此处发生变形；同时结疤处在竹皮的受拉状态下也会是一个不稳定的因素，有可能产生低于正常受拉强度破坏的现象，我们想出的对策是：.精挑细选，保证重要构件处竹皮的良好质量；.制作拉带时适当增加拉带的宽度给予其的强度富余量以避免因为结疤而导致的强度破坏关于竹皮弯折的方面，顺纹弯折时我们采片轻微滑痕的形式来保证棱边的平直，横纹弯折时0.5mm0.35mm厚的竹皮在光面会比粗糙面在弯折边上更少的产生顺纹方向上的损失；0.2mm厚竹皮在像纸的一面进行横纹弯折时几乎不会产生任502502胶水很脆，如果大量涂抹在竹片上会到少量、均匀。另外，502胶水的挥发性和腐蚀性较强，使用时要，涂胶之后应马上粘贴，否则粘结强度将会受到严重影响。还有，502涂抹在构502502某种程度上会溶解已经凝固的自己，造成此处胶水迟迟不干不形成有效502502用量与竹皮强度提升的关系：502与竹皮的结合在初始阶段呈线性，随着用胶量的增加竹皮的强度也会随之增加；达到一个饱和点后，502的用量再不会影响竹皮的强热熔胶用于加载钢板（宽度60mm）与模型的固定，根据大赛要求，因10s属于模型失效，故研究热熔胶的粘贴性能意义重大。我组最初根据实验过程中碰到的问题是热熔胶跟钢板的粘接性能非常差而热熔胶与竹材的粘结效果较好。在后来询问了主办方的老师后发现我们对用热熔胶在钢板与竹材的粘接方式采用的不恰当，我们是在结构上涂完热熔胶然后将钢板放置于胶层之上，而老师讲述的正确方式应该是将钢板放置于结构之上而在结构与钢板的缝隙之间涂少量热熔胶。我们又经过仔细分析后得出的结论是：.热熔胶在冰冷的天气里凝结的很快；.钢板与竹材在没有压力的情况下通过热熔胶的粘接性能十分的差，但是在有压力垂直施加在热熔胶粘接面上时钢板与竹材的粘接性能发生了质的提升。由于题目所给加载装置上钢板与钢板下悬挂荷载砝码的挂钩自身已经存在有足够固定住侧向刹车力的重量来提供垂直于粘接面的压力，所以在实际加载中胶与钢板的粘接面强度已足够提供能够固定住侧向荷载下的钢板的强度。我组通过多次加载试验，证明了这一理论分析的正确性。材料力学实502胶水对材料抗拉极限应力的影响情况。保证率之后，得出：1.50260.9Mpa；2.50282.1Mpa30Mpa。竹材密1250mm430mm0.2mm（长×宽×厚）的竹材，测得质量分别为73.856g,71.915g,75.788g，取平均值得73.853g，进而算出密度为0.01374g/cm2.同理1250mm×430mm×0.35mm密度为0.02226g/cm2,1250mm×430mm×0.5mm0.02907g/cm2。杆件，0.5mm0.35mm0.35mm0.2mm组合厚度的杆件力学性0.2mm厚竹皮制作的节点板就能够保证安全要求。在本次比赛中，所有的杆件均为竹皮为原材料，502做粘合剂做成的。破坏前，都是可近似为线弹性的。因而是满足使 公式

2

(ul)2I，从而设计截面（

2 使用

cr可推

，再带入相关参数计算min 截面特性计F（最大值单uIImin反推出最合理截设矩形内截面的宽为bh，外截面的宽为b0=b+0.55，长为h0=h+0.55。b

杆件截面计算I00x

hyI00y

I

带入强轴与弱轴的minbb0

h 00 使用画出上述两式三维图像交线。 的求解结果图 模拟合理截面bhbhbhbhbhbh 一组5020.35mm3本章采用结构分析软件Midas2章实测的材料力学性能参数的基础Midas中建立计算模型。所采用的分析假定Midas3-13-2及图3-3分别为计算模型单元编号及节点编号。3-13-23-3力结构，所以我们采用角钢截面来作为减轻模型自重的。15kg3kg的砝码施加横向水平力（F4=3kg，代表横向风力。裁判员在以上加砝码操作完成后开始计时，模型在10秒钟内没有失效即，10秒钟内没有失效即视为加载成功。（左车道5kg使两侧荷载平衡，并通过钢板中部的拉环和纵向钢丝、滑轮装置添加一个2kg的砝码施加纵向水平力（F110kg，F210kg，F32kg，F43kg，代表有刹车力情况10秒钟内没有失效即视为加载成功。50kg，加载结束（本次比赛50kg50kg50kg。3-143-155035032383工况1作用下内力及位移分工况1：在加载钢板左右两端的吊钩上各加上1个5kg3kg的砝码施加横向水平力（F4=3kg，代表横向3-41 工况1轴力3-61 工况1弯矩 工况1X方向位移 工况1Y方向位移3-101Z3-1112.061mm,基本上达到工况三的侧向位移，工况2作用下内力及位移分工况2：在加载钢板右端（右车道）上添加一个5kg砝码，左端（左车道）3-122 工况2轴力3-142 工况2弯矩 工况2位移工况3作用下内力及位移分3：在加载钢板左端（左车道）5kg砝码，右端不添加，使2kg的砝3-173 工况3轴力3-193 工况3弯矩 工况3位移工况4作用下内力及位移分4（F1=25kg，F2=25kg，F3=8kg，F4=3kg）3-2243-2343-2443-2543-264工况结果分3-244-1

图4-14-表4- 柱、梁及拉数量用材414424444L4L2L41、为避免制作时因偶然因素导致的，所有杆件和节点板在所需数量的基础上多做2-3个，从中选取合格品使用。24-23D54-34-44-54-64-7感谢举办方的众位老师们辛勤不厌烦的回答着每一个学校提出有关于竞赛。了很多，得到了跟原来平静的学习生活里不一样的生验，找到了作为一个大新践行而不拘泥于的方向前进这也是举办本次大赛的目的之一。在这 。附表 工况一作用下内力轴力Y方向剪Z方向剪扭矩弯矩弯矩(N11223344556677808099000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000DXDYDZRXRYRZ100000020000003000400000050000006000789附表 工况二作用下内力单元Y力Z力(N•弯矩弯矩112233445566778899000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000DYDZRXRYRZ100000200000300400000500000600789附表 工况三作用下内力单元Y力Z扭矩弯矩弯矩1122334455667788990000000