材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)--車架的靜力及強(qiáng)度剛度分析

1、<p><b>　　材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：HZ140TR2后置旅游車底盤 車架的靜力及強(qiáng)度剛度分析 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)的目的 …………………………………2</p><p>　　設(shè)計(jì)題目

2、 …………………………………………2</p><p>　　三、設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 ……………………………………3</p><p>　　1、計(jì)算C、D、F、G處支反力……………………………………………3</p><p>　　2、畫(huà)出車架內(nèi)力圖 ………………………………………………………6</p><p>　　3、畫(huà)出截面上彎曲正應(yīng)力最大值沿軸線方向的

3、變化曲線 ……………8</p><p>　　4、求最大撓度并畫(huà)出撓度曲線 …………………………………………9</p><p>　　5、按等截面梁重新設(shè)計(jì)車架截面尺寸…………………………………17</p><p>　　四、程序設(shè)計(jì)…………………………………………17</p><p>　　五、設(shè)計(jì)體會(huì)…………………………………………20</

4、p><p>　　六、參考書(shū)目錄………………………………………20</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的目的 </p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)學(xué)習(xí)完材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問(wèn)題，運(yùn)用材料 力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，獨(dú)立的計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)的知 識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的目的。同時(shí)，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)算方法及手段融為

5、一體。 既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法，又提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，又為后 繼課程（零件、專業(yè)課等）打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)際工作 能力有所提高。具體的有以下六項(xiàng)： </p><p>　　使學(xué)生的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化完整化； </p><p>　　在全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程中的實(shí)際問(wèn)題； </p><p>

6、　　由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識(shí)與專業(yè)需要結(jié)合起來(lái)； </p><p>　　綜合運(yùn)用以前所學(xué)習(xí)的各門課程的知識(shí)，使相關(guān)學(xué)科的只是有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)； </p><p>　　初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法； </p><p>　　為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。 </p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)題

7、目</b></p><p>　　HZ140TR2后置旅游車底盤車架簡(jiǎn)化后如下圖所示。</p><p>　　滿載時(shí)，前部受重力作用，后部受到重力作用，乘客區(qū)均布載荷為q（含部分車身重），梁為變截面梁。計(jì)算過(guò)程重忽略圓角的影響，并把梁抽象為等厚度閉口薄壁矩形截面的階梯梁。材料的彈性模量E、許用應(yīng)力[σ]及有關(guān)數(shù)據(jù)由下面數(shù)表給出。</p><p>　　1.計(jì)算

8、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(huà)出車架的內(nèi)力圖。</p><p>　　3.畫(huà)出各截面上彎曲正應(yīng)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(huà)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

9、等截面梁重新設(shè)計(jì)車架截面尺寸。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程</b></p><p>　　以下計(jì)算q=16000, =2680N, =4800N</p><p>　　1.計(jì)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>　　解：由題得，此連續(xù)梁為三次靜不定結(jié)構(gòu)，但由

10、于水平方向外力為0，所以此機(jī)構(gòu)可認(rèn)為是二次靜不定結(jié)構(gòu)。這樣此結(jié)構(gòu)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(dòng)絞支座。</p><p>　　支座編號(hào)從左向右依次為0，1，2，3。以中間的兩個(gè)支座的約束反力矩為多余約束，取靜定基的每個(gè)跨度皆為簡(jiǎn)支梁。這些簡(jiǎn)支梁在原來(lái)的外載荷作用下的彎矩圖如下圖所示。為便于計(jì)算，令。</p><p>　　由上圖可知，各個(gè)部分形心位置&

11、lt;/p><p>　　a1=/2,a2=b2=/2,b3=/2.</p><p><b>　　由此可得，</b></p><p><b>　　w1=</b></p><p><b>　　w2=</b></p><p><b>　　w3=</

12、b></p><p>　　由上圖可知，各個(gè)部分形心位置</p><p>　　a1=/2,a2=b2=/2,b3=/2.</p><p>　　梁在左端和右端分別有外伸部分</p><p><b>　　根據(jù)三彎矩方程：</b></p><p>　　對(duì)跨度L1和L2寫(xiě)出三彎矩方程為：</p&

13、gt;<p>　　對(duì)跨度L2和L3寫(xiě)出三彎矩方程為：</p><p>　　解上面的方程組可得：</p><p>　　求得M1和M2以后，連續(xù)連三個(gè)跨度的受力情況如圖所示</p><p>　　可以把它們看成三個(gè)靜定梁，而且載荷和端截面上的彎矩（多余約束力）都是已知的，即為原結(jié)構(gòu)的相當(dāng)系統(tǒng)。對(duì)每一跨度都可以求出支反力和彎矩圖，把這些圖連起來(lái)就是連續(xù)梁的剪力

14、圖和彎矩圖。</p><p><b>　　對(duì)AD段受力分析：</b></p><p><b>　　對(duì)DF段受力分析：</b></p><p><b>　　對(duì)BF段受力分析：</b></p><p>　　解上述方程組可得各點(diǎn)支反力如下表：</p><p>

15、　　2．畫(huà)出車架的內(nèi)力圖</p><p>　　剪力圖。單位（KN）</p><p>　　彎矩圖：?jiǎn)挝唬∟.m）</p><p>　　3．畫(huà)出截面上彎曲正應(yīng)力最大值沿軸線方向的變化曲線</p><p>　　彎曲正應(yīng)力的最大值為：</p><p><b>　　其中可由公式：求得</b></p&g

16、t;<p>　　各截面上彎曲正應(yīng)力最大值沿軸線方向的變化曲線如下圖。</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(huà)出車架撓曲線的大致形狀。</p><p>　　解：求出車架上特殊點(diǎn)的撓度，其中最大的就是車架最大撓度所在截面。為了便于計(jì)算，作出每一個(gè)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)

17、上圖，作出每個(gè)載荷單獨(dú)作用時(shí)的彎矩圖：</p><p><b>　　Fa單獨(dú)作用時(shí)</b></p><p><b>　　Fb單獨(dú)作用時(shí)</b></p><p><b>　　Nc單獨(dú)作用時(shí) </b></p><p>　　Ng單獨(dú)作用 </p><p>

18、;　　CD部分均布載荷單獨(dú)作用時(shí)</p><p>　　DF段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)</p><p><b>　　FG段單獨(dú)作用時(shí)</b></p><p><b>　　求A點(diǎn)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

19、單獨(dú)作用下A點(diǎn)撓度：</p><p>　　Fb單獨(dú)作用下A點(diǎn)撓度：</p><p>　　Nc單獨(dú)作用下A點(diǎn)撓度：</p><p>　　Ng單獨(dú)作用下A點(diǎn)撓度</p><p>　　CD部分均布載荷單獨(dú)作用時(shí)A點(diǎn)撓度：</p><p>　　DF段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)A點(diǎn)撓度：</p><p>　　FG

20、段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)A點(diǎn)撓度：</p><p><b>　　綜上得： </b></p><p>　　求CD中點(diǎn)E撓度，在E處加單位力1。</p><p>　　Fa單獨(dú)作用下CD中點(diǎn)撓度：</p><p>　　Fb單獨(dú)作用下CD中點(diǎn)撓度：</p><p>　　Nc單獨(dú)作用下CD中點(diǎn)撓度：</p

21、><p>　　Ng單獨(dú)作用下CD中點(diǎn)撓度</p><p>　　CD部分均布載荷單獨(dú)作用時(shí)CD中點(diǎn)撓度：</p><p>　　為便于計(jì)算，將CD部分一分為二，分別畫(huà)出其彎矩圖。然后圖乘。</p><p>　　DF段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)CD中點(diǎn)撓度：</p><p>　　FG段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)CD中點(diǎn)撓度：</p>

22、<p><b>　　綜上得： </b></p><p>　　求DF中點(diǎn)O撓度，在O處加單位力1。</p><p>　　Fa單獨(dú)作用下DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　Fb單獨(dú)作用下DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　Nc單獨(dú)作用下DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　Ng單獨(dú)作用下D

23、F中點(diǎn)撓度</p><p>　　CD部分均布載荷單獨(dú)作用時(shí)DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　DF段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　FG段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)DF中點(diǎn)撓度：</p><p><b>　　綜上得： </b></p><p>　　求FG中點(diǎn)K撓度，在K處加單位力1。

24、</p><p>　　Fb單獨(dú)作用下DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　Fa單獨(dú)作用下DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　Nc單獨(dú)作用下DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　Ng單獨(dú)作用下DF中點(diǎn)撓度</p><p>　　CD部分均布載荷單獨(dú)作用時(shí)DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　DF段均布載荷

25、單獨(dú)作用時(shí)DF中點(diǎn)撓度：</p><p>　　FG段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)DF中點(diǎn)撓度</p><p><b>　　綜上得： </b></p><p>　　求B端撓度，在B處加單位力1。</p><p>　　Fa單獨(dú)作用下B點(diǎn)撓度：</p><p>　　Fb單獨(dú)作用下B點(diǎn)撓度：</p>

26、<p>　　Nc單獨(dú)作用下B點(diǎn)撓度：</p><p>　　Ng單獨(dú)作用下B點(diǎn)撓度</p><p>　　CD部分均布載荷單獨(dú)作用時(shí)B點(diǎn)撓度：</p><p>　　DF段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)B點(diǎn)撓度</p><p>　　FG段均布載荷單獨(dú)作用時(shí)B點(diǎn)撓度：</p><p><b>　　綜上得：</b&

27、gt;</p><p>　　由以上計(jì)算，可以得到車架在B端得撓度最大</p><p><b>　　49.5mm</b></p><p>　　車架撓曲線如下圖所示，單位mm.</p><p>　　5.若壁厚t不變，取h/b=1.5，按等截面梁重新設(shè)計(jì)車架截面尺寸。</p><p>　　解：根據(jù)彎曲正

28、應(yīng)力的強(qiáng)度條件</p><p>　　由彎矩圖可知，最大彎矩發(fā)生在D點(diǎn)處。</p><p>　　根據(jù)上述方程組，經(jīng)過(guò)matlab運(yùn)算如下：</p><p>　　所以結(jié)果b=0.0833m;h=1.5*b=0.1250m。</p><p><b>　　四、程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　#inc

29、lude<stdio.h></p><p><b>　　main()</b></p><p>　　{double FA=2680;</p><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=

30、l2/2,B3=l3/2;</p><p>　　double M0,M1,M2,M3,w1,w2,w3;</p><p>　　double NC,ND,NF,ND1,ND2,NF1,NF2,NG,FB,q;</p><p>　　double lz1,lz2,lz3;</p><p>　　double b1=0.06,h1=0.1,b2=0.0

31、8,h2=0.12,b3=0.07,h3=0.11,t=0.005; </p><p><b>　　int n;</b></p><p>　　lz1=(b1*h1*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

32、)*(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><p>　　printf("lz1=%e\nlz2=%e\nlz3=%e\n",lz1,lz2,lz3);</p><p>　　printf(

33、"Enter q,FB:\n"); </p><p>　　scanf("%lf,%lf",&q,&FB);</p><p>　　printf("q=%e,FB=%e\n",q,FB);</p><p>　　w1=q*l1*l1*l1/12;</p>&

34、lt;p>　　w2=q*l2*l2*l2/12;</p><p>　　w3=q*l3*l3*l3/12; </p><p>　　M0=-FA*l0;</p><p>　　M3=-FB*l4; </p><p>　　M1=((-6*(w2*A2

35、/l2+w3*B3/l3)-M3*l3)*l2-(-6*(w1*A1/l1+w2*B2/l2)-M0*l1)*2*(l1+l2))/(l2*l2-4*(l1+l2)*(l1+l2));</p><p>　　M2=((-6*(w2*A2/l2+w3*B3/l3)-M3*l3)-M1*l2)/(2*(l1+l2)); </p><p>　　ND1=-(-M0-q*l1

36、*l1/2+M1)/l1; </p><p>　　NC=FA+q*l1-ND1;</p><p>　　NF1=-(-M3-q*l3*l3/2+M2)/l3; </p><p>　　NG=FB+q*l3-NF1;</p><p>　　ND2=-(-q*l2*l2/2+M1-M2)/l2;</p><

37、p>　　NF2=q*l2-ND2;</p><p>　　ND=ND1+ND2;</p><p>　　NF=NF1+NF2;</p><p>　　printf("The result is:\n");</p><p>　　printf("M1=%e\nM2=%e\n",M1,M2);</p&g

38、t;<p>　　printf("FC=%e\nFD=%e\nFF=%e\nFG=%e\n",NC,ND,NF,NG);</p><p>　　printf("FD1=%e\nFD2=%e\nFF2=%e\nFF1=%e\n",ND1,ND2,NF2,NF1);</p><p><b>　　}</b></p>

39、;<p><b>　　C語(yǔ)言運(yùn)行結(jié)果：</b></p><p>　　2、MATLAB程序</p><p>　　>> clear all</p><p>　　>> syms b;</p><p>　　>> vpa(expand(2.25*b^3/6-((b-0.01)*(

40、1.5*b-0.01)^3)/(9*b)-10.916/160000))</p><p><b>　　ans =</b></p><p>　　0.01125*b^2 - 0.0000000011111111111111111111111111111111/b - 0.000125*b - 0.000067613888888888893821922037524135&l

41、t;/p><p>　　>> p=[0.01125,-0.000125,-0.00006761,-0.00000000111];</p><p>　　>> r=roots(p)</p><p><b>　　r =</b></p><p><b>　　0.0833</b></p

42、><p><b>　　-0.0722</b></p><p><b>　　-0.0000</b></p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)讓我將C語(yǔ)言、材力知識(shí)與autoCAD等相關(guān)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)。其次我認(rèn)識(shí)到了自己知識(shí)的缺乏，僅是學(xué)習(xí)課

43、本會(huì)做課本上的習(xí)題是解決不了工程實(shí)際問(wèn)題的。我目前所學(xué)的知識(shí)僅僅是可以去做做課后習(xí)題，對(duì)于實(shí)際問(wèn)題還有些有心無(wú)力。在做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，我查了很多資料，利用網(wǎng)絡(luò)資源解決了很多問(wèn)題。另外在材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，解決工程實(shí)際問(wèn)題的一般方法是把實(shí)際問(wèn)題抽象成力學(xué)模型，并通過(guò)對(duì)力學(xué)模型的分析建立平衡方程，從而得到計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　最后重新設(shè)計(jì)b與h的時(shí)候，用Matlab解一元三次不等式。我只是看了Matl

44、ab軟件解一元三次不等式的相關(guān)程序部分，但已足夠解方程。Matlab軟件在解決這類問(wèn)題上優(yōu)點(diǎn)很突出，如果用C語(yǔ)言則麻煩許多。由此可見(jiàn)，正確選擇工具也是解決問(wèn)題的捷徑之一。這也要求我們的綜合素質(zhì)要高。未來(lái)的路，任重而道遠(yuǎn)。</p><p><b>　　六、參考書(shū)目錄</b></p><p>　　《材料力學(xué)》 聶毓琴 孟廣偉 主編 機(jī)械工業(yè)出版社