材料力學課程設計--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>　　后置旅游車底盤車架的靜力學分析及強度、剛度計算</p><p>　　專業(yè)：交通運輸（汽車運用工程）</p><p><b>　　指導老師：</b></p><p><b>　　姓名： </b></

2、p><p><b>　　班級： </b></p><p><b>　　題目號： </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　材料力學課程設計的目的</p><p>　　材料力學課程設計的任務和要求</p><p

3、><b>　　設計題目</b></p><p><b>　　1、求支座反力</b></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><p>　　4、求出最大撓度的值，畫出車架撓曲線的大致形狀</p>&

4、lt;p>　　5、按等截面梁重新設定截面尺寸</p><p><b>　　四、程序計算</b></p><p><b>　　五、設計體會</b></p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　一、材料力學課程設計的目的</p><

5、;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

6、（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：</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；<

7、/p><p>　　4.　綜合運用以前所學習的各門課程的知識（高等數學、工程圖學、理論力學、算法語言、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>　　二、材料力學課程設計的任務和要求</p

8、><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，

9、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、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?！?lt;/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

10、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、公式推導過程及必要的說明。</p><p&

11、gt;　　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>　　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，所查各系數的，ｋ,ε，β依據，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

12、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><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

13、標識符說明）。</p><p>　　3. 打印結果（數據結果要填寫到設計計算說明書上）。</p><p><b>　　三、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

14、口薄壁矩形截面的階梯梁。材料的彈性模量E，許用應力[σ]及有關數據有表7-1給出。其他數據選取設計計算數據第一組中的 。</p><p>　　圖7-1 車底盤簡化圖</p><p><b>　　表7-1 固定數據</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>&l

15、t;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><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>　　１

16、、求支座反力</b></p><p>　　為了求解該題，需要用到連續(xù)梁問題中的三彎矩方程。為減小跨度很大直梁的彎曲變形和應力，常在其中間安置若干中間支座的這類結構稱為連續(xù)梁。連續(xù)梁中是在兩端的固定端或鉸支座之間加上若干個鉸支座或支桿組成的力學模型。在HZ140TR2后置旅游車底盤車架的力學模型中，該模型是三次超靜定結構。該模型僅在豎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F處鉸支座看作

17、是支桿，將該模型簡化成二次超靜定的連續(xù)梁力學模型。</p><p>　　設計計算數據：FB =4700N q=13.0N/mm </p><p>　　下面用力法求解該模型的各支座反力：</p><p>　　選取下圖所示基本結構：</p><p>　　去掉C、G處多余支桿約束，以豎直向上的力X1、X2代之，得到如下圖所示力法基本體系：<

18、;/p><p>　　變形協(xié)調方程為： </p><p>　　分別做FA ,FB ,q ,X1 ,X2單獨作用下的引起的彎矩圖。</p><p>　　利用公式，對彎矩圖的每個部分分別應用圖乘法，然后求其總</p><p><b>　　和。</b></p><p>　　如下圖為1、2、3、4、5、6 彎

19、矩圖：</p><p><b>　　FA單獨作用</b></p><p><b>　　DF段q單獨作用</b></p><p>　　3.CD、FG段q單獨作用</p><p><b>　　FC單獨作用</b></p><p><b>　　FG單

20、獨作用</b></p><p><b>　　FB單獨作用</b></p><p><b>　　FG=1單獨作用</b></p><p><b>　　FG=1單獨作用</b></p><p><b>　　圖乘法：</b></p>&

21、lt;p><b>　　由 即</b></p><p><b>　　帶入數據整理得：</b></p><p>　　-19396.053+25818.867-51916.8+4.011X1+1.323X2-14375.733=0</p><p>　　4.011X1+1.323X2=59869.719 <1&g

22、t;</p><p><b>　　由 即 </b></p><p><b>　　帶入數據整理得：</b></p><p>　　-5981.76+25818.867-51916.8+1.323X1+4.011X2-47802.133=0</p><p>　　1.323X1+4.011X2=79881

23、.826 <2></p><p>　　聯(lián)立<1><2>兩式，解得：</p><p>　　X1=9378N方向向上</p><p>　　X2=16822N方向向上</p><p><b>　　求其他支座反力</b></p><p><b>　　帶入

24、數據解得</b></p><p>　　FD=34820N方向向上</p><p>　　FF=28260N方向向上</p><p>　　所以求得各支座反力分別為：</p><p>　　FC=9378N FD=34820N FF=28260N FG=16822N </p><p><b>

25、;　　結果驗證：</b></p><p><b>　　結果正確。</b></p><p><b>　　畫出車架的內力圖</b></p><p><b>　?。?）車架剪力圖</b></p><p><b>　　車架彎距圖</b></p&g

26、t;<p>　　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><p><b>　　已知</b></p><p>　　由于C 和G 點的出現了突變，所以在這兩點應力圖有突變。</p><p>　　4、求出最大撓度的值，畫出車架撓曲線的大致形狀</p><p><b>　　由能量法，<

27、;/b></p><p>　　設P 為CD 中點；Q 為DF 中點；E 為FG 中點。</p><p>　　最大撓度有可能在5 處取得，即：A 點，B 點，距C 點向右0.5 米的處，距D 點向右1.58 米處,距F 點向右0.8 米處。</p><p>　　在距C 點向右0.5 米的處的撓度與中點撓度相差極小，故可用P點的撓度代替點此點撓度求解。</p

28、><p>　　距D點向右1.58 米處的撓度與DF 中點Q 撓度相差極小，故用Q 點撓</p><p>　　度代替此點撓度，E 點同理。</p><p>　　即A 點，P 點，Q 點，E 點，B 點</p><p>　　為計算方便，選取去掉處DF 處兩處鉸鏈后得到得靜定基。現將選取的靜定基上外力的彎矩圖畫出，再在所求撓度的位置上作用一個單位力，利

29、用圖乘法求得撓度。</p><p>　　根據公式： ，可以求出各段的慣性矩的值：</p><p>　?。?）求A點的撓度：</p><p>　　在A點加向下的單位力1，彎矩圖如圖所示：</p><p><b>　　即 方向向下</b></p><p>　?。?）求B點的撓度：</p>

30、<p>　　在B點加向下的單位力1，彎矩圖如圖所示：</p><p><b>　　即 方向向下</b></p><p>　　為計算方便，重新選取去掉C 處和G 處兩處鉸鏈后得到得靜定基計算。將選取的靜定基上外力的彎矩圖畫出，再在所求撓度的位置上作用一個單位力，利用圖乘法求得撓度。</p><p>　?。?）求CD中點撓度：&l

31、t;/p><p>　　在P點加向下的單位力1，彎矩圖如圖所示：</p><p><b>　　即 方向向上</b></p><p>　　（4）求DF中點撓度：</p><p>　　在Q點加向下的單位力1，彎矩圖如圖所示：</p><p><b>　　即 方向向下</b>&l

32、t;/p><p>　　（5）求FG中點撓度：</p><p>　　在E點加向下的單位力1，彎矩圖如圖所示：</p><p><b>　　即 方向向上</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　由撓度圖可知最大撓度位于距B點，最大撓度為38.12m

33、m。</p><p>　　若壁厚t不變，取h/b=1.5按等截面梁重新設定截面尺寸</p><p>　　解：根據彎曲正應力的強度條件</p><p>　　由彎矩圖可知，最大彎矩發(fā)生在G點處的截面：</p><p>　　將t=0.005m 代入上式，通過C 語言解得：</p><p>　　h=0.119m,b=0.080

34、m</p><p><b>　　四、程序計算</b></p><p>　　附錄一：支反力求解程序</p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p>&l

35、t;p>　　float L1=1.1;float L2=1.6;float L3=3.1;float L4=1.6;float L5=2.1;</p><p>　　float Fa=2680;</p><p>　　float q;float Fb;float Q;</p><p>　　float A1,A2,A3,a4,a5,A6;</p>&l

36、t;p>　　float B1,B2,B3,b4,b5,B6;</p><p>　　float Fd,Ff,Fc,Fg,AA,MM;</p><p>　　printf("q=");</p><p>　　scanf("%f",&Q);</p><p>　　printf("Fb=&qu

37、ot;);</p><p>　　scanf("%f",&Fb);</p><p>　　printf("\n");</p><p><b>　　q=Q*1000;</b></p><p>　　printf("q=%f,Fb=%f",q,Fb);</p

38、><p>　　A1=L2*L1*Fa*L2/2+L2*L2*Fa*L2/3+Fa*L3*L2*(L1+L2)/3;</p><p>　　A2=L3*L3*L3*L2*q/24;</p><p>　　A3=q*L2*L2*L2*L2/8+q*L2*L3*L2*L2/4;</p><p>　　a4=L2*L2*L2/3+L2*L2*L3/3;<

39、/p><p>　　a5=L3*L4*L2/6;</p><p>　　A6=L3*Fb*(L4+L5)*L2/6;</p><p>　　B1=Fa*L3*L4*(L1+L2)/6;</p><p>　　B2=L3*L3*L3*L4*q/24;</p><p>　　B3=q*L2*L2*L3*L4/4+q*L2*L2*L4*L

40、4/8;</p><p>　　b4=L3*L2*L4/6;</p><p>　　b5=L3*L4*L4/3+L4*L4*L4/3;</p><p>　　B6=Fb*L5*L4*L4/2+Fb*L4*L4*L4/3+Fb*L3*L4*(L4+L5)/3;</p><p>　　Fg=(a4*(B1-B2+B3+B6)-b4*(A1-A2+A3+A

41、6))/(a4*b5-a5*b4);</p><p>　　Fc=(a5*(B1-B2+B3+B6)-b5*(A1-A2+A3+A6))/(a5*b4-a4*b5);</p><p>　　Ff=(Fc*L2-Fa*(L1+L2)-Fg*(L3+L4)+Fb*(L3+L4+L5)-q*L2*L2/2+q*L3*L3/2+q*L4*(L3+L4/2))/L3;</p><p&

42、gt;　　Fd=(Fa*(L1+L2+L3)-Fc*(L2+L3)+Fg*L4-Fb*(L4+L5)-q*L4*L4/2+q*L3*L3/2+q*L2*(L3+L2/2))/L3;</p><p>　　AA=Fa+Fb+q*(L2+L3+L4)-Fc-Fd-Ff-Fg;</p><p>　　MM=Fc*L1+Fd*(L2+L1)+Ff*(L1+L2+L3)+Fg*(L1+L2+L3+L4)

43、-Fb*(L1+L2+L3+L4+L5)-q*(L2+L3+L4)*(L1+L2+L3/2);</p><p>　　printf("\n");</p><p>　　printf("Fc=%f",Fc);</p><p>　　printf("\n");</p><p>　　printf

44、("Fd=%f",Fd);</p><p>　　printf("\n");</p><p>　　printf("Ff=%f",Ff);</p><p>　　printf("\n");</p><p>　　printf("Fg=%f",Fg);&

45、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　運行結果：</b></p><p>　　附錄二：截面梁設計程序</p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#include<math.h></p

46、><p>　　#define N 9999</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　double h,b=0.0100,t=0.005;</p><p>　　double i,f;</p><p><b>

47、;　　int m=0;</b></p><p>　　for(m=0;m<=N;m++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　h=1.5*b;</b></p><p>　　i=b*h*h*h/12-(b-2*t)*(h-2*t)*(h-2*t)*(h-

48、2*t)/12;</p><p>　　f=9870*h/2/i;</p><p>　　if(f<=160000000)break;</p><p>　　b=b+0.0001;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　printf("h>=%f\nb>

49、=%f\n",h,b);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　運行結果：</b></p><p><b>　　五、設計體會</b></p><p>　　本次課程設計，我所做的題目是后置旅游車底盤車價的靜力分析及強度剛度計算。通過一周的努

50、力，完成了我的任務。同時，課程設計的過程，讓我學到了很多，也成長了許多。</p><p>　　首先，本次課程設計,讓我看到了材料力學在實際中的應用，為我在課堂學習與實際應用中間建立了一座的橋梁,深化課堂上的知識，初步了解了工程實踐中的設計思想和設計方法，為后續(xù)的課程設計打下了基礎。</p><p>　　第二，激發(fā)了我學習的欲望和激情，提高了解決問題分析問題的能力。在設計過程中,需要綜合運用

51、各個學科（高等數學，工程圖學，理論力學，C 語言，材料力學等）的知識以及諸多計算機軟件程序（Word ，AutoCAD ，公式編輯器， Visual C++等）.這些平時學過，但是很少運用的東西隨之時間的推移慢慢淡忘，這次課程設計，促使我再一次復習了以前學過的知識。同時，在運用的過程中，遇到了種種問題，有了更加深入學習的動力和欲望。在設計時，同樣的計算可</p><p>　　能會有多種方法，這時候就需要我去分析，

52、對比，綜合考慮。因此，分析問題，獨立解決問題的能力有了極大的提高。</p><p>　　第三，性格以及學習態(tài)度的磨練。材料力學課程設計，是一項極其需要耐心與毅力的工作。計算時參數多，公式復雜，稍不留神就會出錯。開始時，我極其不習慣設計中遇到的繁瑣的公式推導。但是隨著設計的進行，我慢慢地適應了節(jié)奏，毅力和耐心越來越高，能夠持之以恒地堅持一一絲不茍的態(tài)度計算每一個數據，推導每一個公式。這對于我以后的工作學習以及成長，

53、都是極其寶貴的經驗。</p><p>　　一次課程設計，讓我學到了很多，成長了很多，我很慶幸有了這樣一個機會，也希望以后會有更多的機會去鍛煉自己。</p><p>　　最后感謝老師耐心的指導和不辭辛苦的批閱，謝謝您！</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　<<材料力學>&

54、gt; 孟光偉 聶毓琴主編 機械工業(yè)出版社</p><p>　　<<材料力學全解>> 朱偉民 孟光偉 主編 吉林大學出版社</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>　　<<C程序設計>> 譚浩強 著 清華大學出版社</p>