材力課程設計--hz140tr2后置旅游車底盤車架的靜力學分析及強度剛度計算

1、<p><b>　　材料力學課程設計</b></p><p>　　HZ140TR2后置旅游車底盤車架的靜力學分析及強度、剛度計算</p><p><b>　　學院： </b></p><p>　　專業(yè)： </p><p>　　姓名： </p>

2、;<p>　　學號： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、 材料力學課程設計的目的1</p><p>　　二、 材料力學課程設計的任務和要求1</p><p>　?。?、設計計算說明書的要求1</p><p>　　2、分析討論及說明部

3、分的要求1</p><p>　　3、程序計算部分的要求2</p><p><b>　　三、 設計題目2</b></p><p><b>　　１、求支座反力3</b></p><p>　?。病?畫出車架的內力圖5</p><p>　?。?、畫出各截面上彎曲正應力最大值沿

4、軸線方向的變化曲線6</p><p>　　4、求出車架上特殊點的撓度，其中最大的就是車架最大撓度所在截面。7</p><p>　　5、按等截面梁重新設定截面尺寸16</p><p>　　四、 程序計算17</p><p>　　1、計算機編程圖框17</p><p>　　2.Ｃ語言程序17</p>

5、<p>　　3、Mathematics程序18</p><p>　　五、 設計體會19</p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p>　　材料力學課程設計的目的</p><p>　　本課程設計的目的是在于系統(tǒng)學習完材料力學之后，能結合工程中的實際問題，運用材料力學的基本理論和計算方

6、法，獨立的計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學的知識解決實際問題的目的。同時，可以使學生將材料力學的理論和現(xiàn)代計算方法及手段融為一體。既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力，既是為以前所學知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等）的綜合應用，又為后繼課程（零件、專業(yè)課等）打下基礎，并初步掌握工程中的設計思想和設計方法，對實際工作能力有所提高。具體的有以下六項：<

7、/p><p>　　1.使學生的材料力學知識系統(tǒng)化完整化；</p><p>　　2.　在全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程中的實際問題；</p><p>　　3.　由于選題力求結合專業(yè)實際，因而課程設計可以把材料力學知識與專業(yè)需要結合起來；</p><p>　　4.　綜合運用以前所學習的各門課程的知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語

8、言、計算機和材料力學等），使相關學科的只是有機的聯(lián)系起來；</p><p>　　5.初步了解和掌握工程實踐中的設計思想和設計方法；</p><p>　　6.為后續(xù)課程的教學打下基礎。</p><p>　　材料力學課程設計的任務和要求</p><p>　　參加設計者要系統(tǒng)復習材料力學課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設計題目的已知條件

9、和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內力圖，列出理論依據(jù)并導出計算公式，獨立編制計算機程序，通過計算機給出計算結果并完成了設計說明書。</p><p>　?。?、設計計算說明書的要求</p><p>　　設計計算說明書是該題目設計思想、設計方法和設計結果的說明，要求書寫工整，語言簡潔，條理清晰、明確，表達完整。具體內容應包括：</p><p>　　1．設計題目的已知條件

10、、所求及零件圖。</p><p>　　2．畫出構件的受力分析計算簡圖，按比例標明尺寸、載荷及支座等。　</p><p>　　3. 靜不定結構要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應的全部求解過程。</p><p>　　4. 畫出全部內力圖，并表面可能的各危險截面。</p><p>　　5. 各危險截面上各種應力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應

11、力狀態(tài)圖。</p><p>　　6. 各危險點的主應力大小及主平面的位置。</p><p>　　7. 選擇強度理論并建立強度條件。</p><p>　　8. 列出全部計算過程的理論依據(jù)、公式推導過程及必要的說明。</p><p>　　9. 對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內力圖和單位力圖。</p><p&

12、gt;　　10. 疲勞強度計算部分要說明循環(huán)特征，бmax，бmin，r，бm，бa的計算，所查各系數(shù)的，ｋ,ε，β依據(jù)，疲勞強度校核過程及結果，并繪出構件的持久曲線。</p><p>　　2、分析討論及說明部分的要求</p><p>　　1. 分析計算結果是否合理，并討論其原因、改進措施。</p><p>　　2. 提出改進設計的初步方案及設想。</p>

13、;<p>　　3. 提高強度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。</p><p>　　3、程序計算部分的要求</p><p><b>　　1. 程序框圖。</b></p><p>　　2. 計算機程序（含必要的說明語言及標識符說明）。</p><p>　　3. 打印結果（數(shù)據(jù)結果要填寫到設計計算說明書上）。<

14、/p><p><b>　　設計題目</b></p><p>　　HZ140TR2后置旅游車底盤車架簡化后如下圖所示。滿載時受重力FA作用，后部受重力FB作用，乘客區(qū)均布載荷為q（含部分車身重），梁為變截面梁。計算過程中忽略圓角影響，并把梁抽象為等厚閉口薄壁矩形截面的階梯梁。材料的彈性模量E，許用應力[σ]及有關數(shù)據(jù)有表7-1給出。其他數(shù)據(jù)選取設計計算數(shù)據(jù)第一組中的Fb=4

15、400,q=15200N/m</p><p><b>　　表7-1 固定數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1.計算前簧固定端C處，前簧滑板D處、后簧固定端F處、后簧滑板G處的支反力。</p><p>　　2.畫出車架的內力圖。</p><p>　　3.畫出各截面上彎曲正應力最大值沿軸線方向的變化曲線。</p>

16、<p>　　4.用能量法求出車架最大撓度的值及所發(fā)生的截面，畫出車架撓曲線的大致形狀。</p><p>　　5.若壁厚t不變，取h/b=1.5，按等截面梁重新設計車架截面尺寸。</p><p><b>　?。薄⑶笾ё戳?lt;/b></p><p>　　解：由題得，此連續(xù)梁為三次靜不定結構，但由于水平方向外力為0，所以此機構可認為是二

17、次靜不定結構。這樣此結構梁就滿足多跨梁及三彎矩方程的條件。左邊第一支座為固定絞支座其余均為可動絞支座。</p><p>　　圖２　簡化后的 HZ140TR2 后置旅游車底盤車架的力學模型圖</p><p>　　經過簡化的連續(xù)梁模型中，標出由于梁的內力解除需要維持與原來系統(tǒng)相當?shù)淖冃味a生的力矩M1、M2...... ，其中中間支座之間的力矩M1、M2為多余約束。把F1和F2分別移到支座C和

18、支座G處，則:</p><p>　　M0=-2948，M3=-9240</p><p>　　取靜定基的每個跨度皆為簡支梁。這些簡支梁在原來的外載荷作用下的彎矩圖如下圖所示。為了計算時便于利用三彎矩方程進行計算，設CD段為L1=l2=1.6m;</p><p>　　DF段為L2=l3=3.1；FG段為L3=l4=1.6。</p><p><

19、;b>　　圖3 彎矩圖</b></p><p><b>　　由此計算得: </b></p><p>　　由上圖可知，各個部分形心位置：</p><p><b>　　由三彎矩方程：</b></p><p>　　對跨度寫出三彎矩方程為：</p><p>　　對跨

20、度寫出三彎矩方程為：</p><p>　　且L1=L3 由方程和聯(lián)立解得：</p><p>　　M1=-10320.60，M2=-8722.63</p><p>　　求的M1和M2后，相當系統(tǒng)的各部分受力如圖: </p><p>　　圖4 各部分的受力圖</p><p>　　根據(jù)簡單的解簡單的簡支梁的方法，列出豎直方向

21、的受力平衡方程和一個支點處的力矩平衡方程結果可以得到固定端C處，前簧滑板D處，后簧固定端F處、后簧滑板G處的支反力。</p><p>　　Nc=10232.12,Nd=40843.35,Nf=34881.17,Ng=16883.36</p><p><b>　　畫出車架的內力圖</b></p><p>　　簡化系統(tǒng)中的各部分都可以看成靜定梁，而

22、且載荷和端截面上的彎矩都是已知的。對每一跨度都可以求出支反力和彎矩圖，這些剪力圖和彎矩圖與原超靜定系統(tǒng)的對應部分的剪力圖和彎矩圖相同，所以這些剪力圖和彎矩圖連起來就是連續(xù)梁的剪力圖和彎矩圖。</p><p>　　先寫出各段的受力，代入數(shù)據(jù)，從而得到剪力方程組：</p><p>　　f[x_]:=-2680</p><p>　　f[x_]:=7552.12-15200

23、*(x-1.1)</p><p>　　f[x_]:=48395.47-15200*(x-1.1)</p><p>　　f[x_]:=83276.64-15200*(x-1.1)</p><p>　　f[x_]:=4400</p><p>　　根據(jù)建立方程書寫MATLAB程序，使用MATLAB畫出剪力圖，結果如下圖：</p>&l

24、t;p><b>　　圖5 剪力圖</b></p><p>　　根據(jù)各段的剪力方程利用積分寫出彎矩方程，再利用mathematics畫出彎矩圖，結果如下：</p><p>　　f[x_]:=-2680x</p><p>　　f[x_]:=-7600(x-1.1)*(x-1.1)+7552.12x-10232.12*1.1</p>

25、<p>　　f[x_]:=-7600(x-1.1)*(x-1.1)+48395.47x-121532.377</p><p>　　f[x_]:=-7600(x-1.1)*(x-1.1)+83276.64x-323843.163</p><p>　　f[x_]:=4400x-41800</p><p>　　使用mathematics精確畫出彎矩圖的形狀，

26、主要是可以觀察彎矩圖的形狀，以此對車架模型的受力情況做出正確的判斷。</p><p><b>　　圖6 彎矩圖</b></p><p><b>　　圖6 彎矩圖</b></p><p>　　為了使讀圖方便，使用列表方式把關鍵的支點剪力發(fā)生突變的位置和彎矩的最值點和彎矩的拐點列表寫出。</p><p>

27、;　　關鍵點上的剪力和彎矩大小列表：</p><p>　?。场嫵龈鹘孛嫔蠌澢龖ψ畲笾笛剌S線方向的變化曲線</p><p><b>　　根據(jù)公式： </b></p><p>　　可以求出各段的慣性矩的值：</p><p>　　Lz1=1.9625*10-6m3 </p><p>　　Lz2=3

28、.775833*10-6m3</p><p>　　Lz3=2.764167*10-6m3 </p><p>　　根據(jù)上一題的彎矩方程和公式 求出各段的最大彎曲正應力方程，有MATLAB畫出彎曲正應力最大值沿軸線方向的變化曲線。</p><p><b>　　圖7 最大正應力圖</b></p><p>　　特殊點最大正應力值

29、列表：</p><p>　　4、求出車架上特殊點的撓度，其中最大的就是車架最大撓度所在截面。</p><p>　　為了便于計算，作出每一個載荷作用下的彎矩圖，然后利用圖乘法和疊加原理求其總和。</p><p>　　根據(jù)上圖，作出每個載荷單獨作用時的彎矩圖：</p><p><b>　　Fa單獨作用時</b></p&

30、gt;<p><b>　　Fb單獨作用時</b></p><p><b>　　Nc單獨作用時</b></p><p><b>　　Ng單獨作用</b></p><p>　　CD部分均布載荷單獨作用時</p><p>　　DF段均布載荷單獨作用時</p>

31、<p><b>　　FG段單獨作用時</b></p><p><b>　　求A點撓度</b></p><p>　　在A端加單位力，彎矩圖如上圖所示。由圖乘法可知：</p><p>　　Fa單獨作用下A點撓度：</p><p>　　Fb單獨作用下A點撓度：</p><

32、p>　　Nc單獨作用下A點撓度：</p><p>　　Ng單獨作用下A點撓度：</p><p>　　CD部分均布載荷單獨作用時A點撓度：</p><p>　　DF段均布載荷單獨作用時A點撓度：</p><p>　　FG段均布載荷單獨作用時A點撓度：</p><p><b>　　綜上得：</b>

33、;</p><p><b>　　fA=4.06</b></p><p>　?。?）求CD中點E撓度，在E處加單位力1。</p><p>　　Fa單獨作用下CD中點撓度：</p><p>　　Fb單獨作用下CD中點撓度：</p><p>　　Nc單獨作用下CD中點撓度：</p><

34、;p>　　Ng單獨作用下CD中點撓度</p><p>　　CD部分均布載荷單獨作用時CD中點撓度：</p><p><b>　　, </b></p><p>　　為便于計算，將CD部分一分為二，分別畫出其彎矩圖。然后圖乘。</p><p>　　DF段均布載荷單獨作用時CD中點撓度：</p><

35、p>　　FG段均布載荷單獨作用時CD中點撓度：</p><p><b>　　綜上得：</b></p><p><b>　　fe=-16.51</b></p><p>　?。?）求DF中點O撓度，在O處加單位力1。</p><p>　　Fa單獨作用下DF中點撓度：</p><

36、p>　　Fb單獨作用下DF中點撓度：</p><p>　　Nc單獨作用下DF中點撓度：</p><p>　　Ng單獨作用下DF中點撓度</p><p>　　CD部分均布載荷單獨作用時DF中點撓度：</p><p>　　DF段均布載荷單獨作用時DF中點撓度：</p><p>　　FG段均布載荷單獨作用時DF中點撓度

37、：</p><p><b>　　綜上得：</b></p><p><b>　　Fo=8.66</b></p><p>　?。?）求FG中點K撓度，在K處加單位力1。</p><p>　　Fb單獨作用下DF中點撓度：</p><p>　　Fa單獨作用下DF中點撓度：</p

38、><p>　　Nc單獨作用下DF中點撓度：</p><p>　　Ng單獨作用下DF中點撓度</p><p>　　CD部分均布載荷單獨作用時DF中點撓度：</p><p>　　DF段均布載荷單獨作用時DF中點撓度：</p><p>　　FG段均布載荷單獨作用時DF中點撓度</p><p><b&

39、gt;　　綜上得：</b></p><p><b>　　Fk=-28.25</b></p><p>　?。?）求B端撓度，在B處加單位力1。</p><p>　　Fa單獨作用下B點撓度：</p><p>　　Fb單獨作用下B點撓度：</p><p>　　Nc單獨作用下B點撓度：<

40、/p><p>　　Ng單獨作用下B點撓度</p><p>　　CD部分均布載荷單獨作用時B點撓度：</p><p>　　DF段均布載荷單獨作用時B點撓度</p><p>　　FG段均布載荷單獨作用時B點撓度：</p><p><b>　　綜上得：</b></p><p><

41、;b>　　fB=49.73</b></p><p>　　由以上計算，可以得到車架在B端得撓度最大fB=49.73</p><p>　　車架撓曲線如下圖所示，單位mm.</p><p>　　5、按等截面梁重新設定截面尺寸</p><p>　　重新設計截面梁的截面尺寸時的主要判斷依據(jù)是判斷截面上的最大彎曲正應力是否小于許用應力。

42、根據(jù)彎矩圖可以判斷最大彎矩發(fā)生的截面即危險截面，從而得到最大彎矩值，想要改變最大正應力的大小，就需要根據(jù) 重新設計截面的尺寸。</p><p>　　解：根據(jù)彎曲正應力的強度條件</p><p>　　由彎矩圖可知，該車架的最大彎矩即D點處的彎矩Mmax=10.5507kN*m，</p><p>　　重新設計的截面系數(shù)為</p><p>　　由彎

43、曲正應力強度校核條件可得：</p><p>　　由mathematics求出結果（b>0）：b=0.32m</p><p>　　所以若壁厚不變，取h/b=1.5，按等截面梁重新設計重新設計車架尺寸為：</p><p>　　h=0.48,b=0.32</p><p><b>　　程序計算</b></p>

44、<p><b>　　1、計算機編程圖框</b></p><p><b>　　2.Ｃ語言程序</b></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#define PA 2680</p><p>　　void main()</p>&

45、lt;p>　　{double l0=1.1,l1=1.6,l2=3.1,l3=1.6,l4=2.1;</p><p>　　double A1=l1/2,A2=l2/2,B2=l2/2,B3=l3/2;</p><p>　　double M0,M1,M2,M3,w1,w2,w3,H,G;</p><p>　　double NC,ND,NF,ND1,ND2,NF1

46、,NF2,NG,PB,q;</p><p>　　double lz1,lz2,lz3;</p><p>　　double b1=0.06,h1=0.1,b2=0.08,h2=0.12,b3=0.07,h3=0.11,t=0.005;</p><p><b>　　int n;</b></p><p>　　lz1=(b1*h

47、1*h1*h1-(b1-2*t)*(h1-2*t)*(h1-2*t)*(h1-2*t))/12;</p><p>　　lz2=(b2*h2*h2*h2-(b2-2*t)*(h2-2*t)*(h2-2*t)*(h2-2*t))/12;</p><p>　　lz3=(b3*h3*h3*h3-(b3-2*t)*(h3-2*t)*(h3-2*t)*(h3-2*t))/12;</p>

48、<p>　　printf("姓名：李楊 學號:45110518 學院：生物學院\n");</p><p>　　printf("lz1=%e\nlz2=%e\nlz3=%e\n",lz1,lz2,lz3);</p><p>　　for(n=1;n<=10;n++)</p><p>　　{printf(&q

49、uot;Enter q,PB:\n");</p><p>　　scanf("%lf,%lf",&q,&PB);</p><p>　　printf("q=%e,PB=%e\n",q,PB);</p><p>　　w1=q*l1*l1*l1/12;</p><p>　　w2=q*l

50、2*l2*l2/12;</p><p>　　w3=q*l3*l3*l3/12;</p><p>　　M0=-PA*l0;</p><p>　　M3=-PB*l4;</p><p>　　H=-6*(w2*A2/l2+w3*B3/l3)-M3*l3;</p><p>　　G=-6*(w1*A1/l1+w2*B2/l2)-M

51、0*l1;</p><p>　　M1=(H*l2-G*2*(l1+l2))/(l2*l2-4*(l1+l2)*(l1+l2));</p><p>　　M2=(H-M1*l2)/(2*(l1+l2));</p><p>　　ND1=-(-M0-q*l1*l1/2+M1)/l1;</p><p>　　NC=PA+q*l1-ND1;</p&g

52、t;<p>　　NF1=-(-M3-q*l3*l3/2+M2)/l3;</p><p>　　NG=PB+q*l3-NF1;</p><p>　　ND2=-(-q*l2*l2/2+M1-M2)/l2;</p><p>　　NF2=q*l2-ND2;</p><p>　　ND=ND1+ND2;</p><p>

53、;　　NF=NF1+NF2;</p><p>　　printf("The result is:\n");</p><p>　　printf("M1=%e\nM2=%e\n",M1,M2);</p><p>　　printf("NC=%e\nND=%e\nNF=%e\nNG=%e\n",NC,ND,NF,NG

54、);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　C語言運行結果：</b></p><p>　　3、Mathematics程序</p><p>　?、?、圖5 剪力圖的mathematics程

55、序：</p><p>　　f[x_]:=-2680/;0<x<1.1;</p><p>　　f[x_]:=7552.12-15200*(x-1.1)/;1.1<x<2.7;</p><p>　　f[x_]:=48395.47-15200*(x-1.1)/;2.7<x<5.8;</p><p>　　f[x_]

56、:=83276.64-15200*(x-1.1)/;5.8<x<7.4;</p><p>　　f[x_]:=4400/;7.4<x<9.5;</p><p>　　f[x_]:=0/;x=9.5;</p><p>　　Plot[f[x],{x,0,10}]</p><p>　?、凇D六 彎矩圖的mathematics程序

57、：</p><p>　　f[x_]:=-2680x/;0<x<1.1;</p><p>　　f[x_]:=-7600(x-1.1)*(x-1.1)+7552.12x-10232.12*1.1/;1.1<x<2.7;</p><p>　　f[x_]:=-7600(x-1.1)*(x-1.1)+48395.47x-121532.377/;2.7&

58、lt;x<5.8;</p><p>　　f[x_]:=-7600(x-1.1)*(x-1.1)+83276.64x-323843.163/;5.8<x<7.4;</p><p>　　f[x_]:=4400x-41800/;7.4<x<9.5;</p><p>　　f[x_]:=0/;x=9.5;</p><p>

59、　　Plot[f[x],{x,0,10}]</p><p>　?、邸D7 最大正應力圖的mathematics程序：</p><p>　　f[x_]:=(-2680x)*0.05/(1.9625*10^-6)/;0<x<1.1;</p><p>　　f[x_]:=(-7600(x-1.1)*(x-1.1)+7552.12x-10232.12*1.1)*0

60、.06/(3.775833*10^-6)/;1.1<x<2.7;</p><p>　　f[x_]:=(-7600(x-1.1)*(x-1.1)+48395.47x-121532.377)*0.06/(3.775833*10^-6)/;2.7<x<5.8;</p><p>　　f[x_]:=(-7600(x-1.1)*(x-1.1)+83276.64x-323843.

61、163)*0.06/(3.775833*10^-6)/;5.8<x<7.4;</p><p>　　f[x_]:=(4400x-41800)*0.055/(2.764167*10^-6)/;7.4<x<9.5;</p><p>　　Plot[f[x],{x,0,9.5}]</p><p><b>　　設計體會</b><

62、;/p><p>　　本次材料力學課程設計使我收獲很多，不僅鞏固了材料力學知識，并且進一步的復習了C語言程序設計、CAD軟件、mathematica軟件、mathtype軟件、wps軟件的應用，對于我所學的知識是一次綜合的應用。但同時，我也遇到很多問題，如，由mathtype打出的公式在打印后竟無法顯示，所以我只好將這些公式轉存為.jpg格式的圖片在插入文檔中。一個符號、一個圖形等也可能需要很長時間才能完成，在沒有老師

63、的指導下克服那些困難就需要自己去花一些時間查資料看課件來彌補。這次材力課程設計既是一種挑戰(zhàn)，更是一種鍛煉，完成這次設計就代表自己在一定程度上能夠將這些知識有機的結合起來解決工程中的實際問題，也達到了理論聯(lián)系實際的目的。這次課程設計也激勵我以后必將更加努力進行這方面的練習和實踐，真正地做到學以致用的目的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　

64、　《材料力學》 聶毓琴 孟廣偉 主編 機械工業(yè)出版社</p><p>　　《材料力學實驗與課程設計》 聶毓琴 吳宏 主編 機械工業(yè)出版社</p><p>　　《計算機繪圖實用教程》 侯洪生 主編 科學出版社</p><p>　　《大學數(shù)學課程實驗》 李輝來 主編 高等教育出版社</p>