材力课设docx2Word文档下载推荐.docx
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1.4巩固并灵活运用之前所学的多门学科的知识,有机的结合多门学科并为之后的课程学习打下基础。
二、材料力学课程设计的目的和要求
参加设计者必须系统的复习材料力学课程的全部基本理论和方法,独立分析和判断设计题目的已知条件和所求问题,画出受力分析简图和内力图,列出理论依据并导出计算公式,独立编制计算机程序,通过计算机得出计算结果并完成设计说明书。
2.1.设计说明书的要求
设计说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的上面,要求书写工整,语言简洁,条理清楚、明确,表达完整。
具体内容包括:
2.1.1设计题目的已知条件、所求及零件图。
2.1.2画出零件的受力分析简图,按比例标明尺寸、载荷及支座等。
2.1.3静不定结构要画出所选择的的基本静定系统及与之相应的全部求解过程。
2.1.4画出全部的内力图,并标出可能的各危险截面。
2.1.5各危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点的应力状态图。
2.1.6各危险点的主应力大小及主平面位置。
2.1.7选择强度理论并建立强度条件。
2.1.8列出全部计算过程的理论依据、公式推导过程及必要说明。
2.1.9对变形及刚度分析要写明所用计算方法、计算过程及必要的内力图和单位力图。
2.1.10疲劳强度计算部分要说明循环特征бmax、бmin、бm、бa、r的计算,所查各系数的k、ε、β依据,疲劳强度校核过程及结果,并画出构件的持久曲线。
2.2.分析讨论及说明部分的要求
2.2.1分析计算结果是否合理,并讨论其原因、改进措施。
2.2.2提出改进设计的初步方案及设想。
2.2.3提高强度、刚度及稳定性的建议。
2.3.程序设计部分的要求
2.2.1程序框图。
2.2.2计算机程序(含有必要的说明语言及标识符的说明)。
2.2.3打印结果。
三、设计题目
HZ140TR2后置旅游车底盘车架简化后如下图所示。
满载时,前部受重力FA作用,后部受重力FB作用,乘客区均布载荷为q,梁为变截面梁。
计算过程中忽略圆角的影响,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[δ]及有关数据由表给出。
选取设计数据的第24组FB=5000N,q=15000N/m。
表7-1固定数据
l1/m
l2/m
l3/m
l4/m
l5/m
h1/m
b1/m
h2/m
1.1
1.6
3.1
2.1
0.1
0.06
0.12
b2/m
h3/m
b3/m
t/m
E/GPa
[σ]/MPa
FA/N
0.08
0.11
0.07
0.005
210
160
2680
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。
2.画出车架的内力图。
3.画出各截面上的弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。
4.用能量法求出车架的最大挠度ƒmax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。
3.1支反力的求解
在该力学模型中,该模型为三次超静定结构,仅在竖直方向受外力作用,水平方向不受外力作用。
因此,把G处的铰支座看作支杆,将该模型简化为二次超静定的连续梁的力学模型。
去掉CG两处多余约束,悬梁AB为静定基
由于CG原为铰链约束,所以其垂直位移为0.
fc=0,fG=0
在C,G两点沿X1X2方向施加单位力1,做其单独作用下的弯矩图,然后再做FA,FB,FC,FD,Ff,FG分别单独作用下的弯矩图。
利用图乘法
△=wMc/EI分别计算。
FA单独作用
C点单位力和Fc分别单独作用
G点单位力和FG分别单独作用
FB单独作用
q单独作用
fc=Fcδ11+△1FA+△1FG+△1FB+△1q
单位力1与单位力1图乘
δ11=ω1MC1/EI+ω2MC2/EI
=(1.6*1.6*0.5*2/3*1.6+1.6*3.1*0.5*2/3*1.6)/EI
=4.011/EI
单位力1与FA图乘
△1FA=ω1MC1/EI+ω2MC2/EI
=(1.6*1.6*0.5*2.1667/2.7*-7236+1.6*3.1x0.5*2/3*-7236)/EI
=-19396.064/EI
单位力1与均布载荷q图乘
△1q=ω1MC1/EI+∫M(x)m(x)dx/EI
=1.6*-19200*1/3*3/4*1.6/EI+
∫3.10(1.6-1.5/3.1x)(1.55-x2/2-1.28)*15000dx/EI
=-12288/EI-17847/EI
=-30135.715/EI
单位力1与单位力2图乘
△11=ω1MC1/EI
=3.1*1.6*0.5*1/3*1.6/EI
=1.323/EI
单位力1与FG图乘
△1FG=FG△12=1.323FG/EI
单位力1与FB图乘
△1FB=ω1MC1/EI
=3.1*1.6*0.5*1/3*-18500/EI
=-15293/EI
fG=FGδ22+△2FA+△2FC+△2FB+△2q
单位力2与单位力2图乘
δ22=ω1MC1/EI+ω2MC2/EI
=(1.6*1.6*0.5*2/3*1.6+1.6*3.1*0.5*2/3*1.6)/EI
=4.011/EI
单位力2与FA图乘
△2FA=ω1MC1/EI
=3.1*1.6*0.5*1、3*-7236/EI
=-5981.76/EI
单位力2与均布载荷q图乘
△2q=ω1MC1/EI+∫M(x)m(x)dx/EI
∫3.10(1.6x/3.1)(1.55-x2/2-1.28)*15000dx/EI
=-12288/EI-17802/EI
=-30090.715/EI
单位力1与单位力2图乘
△21=ω1MC1/EI
单位力2与FC图乘
△2FC=FC△21=1.323FC/EI
单位力2与FB图乘
△2FB=ω1MC1/EI+ω2MC2/EI
=(3.1*1.6*0.5/3*-18500+1.6*1.6*0.5*3.167/3.7*-18500)/EI
=(-15293.3-20268.8)/EI
=-35562.1/EI
联立方程组
fc=Fcδ11+△1FA+△1FG+△1FB+△1q=0
fG=FGδ22+△2FA+△2FC+△2FB+△2q=0
解得:
FC=10107.24N
FG=18345.97N
FA+FB+ql0=FC+FG+FD+FF
ql0(l1+l0/2)+FB(l0+l4+l5)=FCl1+FD(l1+l2)+FF(l1+l2+l3)+FG(l1+l0)
解得:
FD=40441.45N
FF=33285.97N
3.2车架内力图
车架弯矩图
车架剪力图
3.3截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线
Бmax=MZ*y/Im
CG两点的截面面积有突变,故两点应力有突变。
3.4车架最大挠度ƒmax求解及所在截面确定
由能量法可知,最大挠度发生在剪力为0处,既车架剪力图AB处,C点右侧0.645的M处,D点右侧1.24的N处,F右侧1.14的K处。
求A点的挠度
在A点施加一向下的单位力,其单独作用的弯矩图为:
A点的单位力与FA图乘
△1FA=ω1MC1/EI1+∫01.6(1.1+X)(2948+2680X)/EI2+ω2MC2/EI2=1.1*1.1*0.5*2/3*29481/EI1+16394.45/EI2+3.1*2.7*0.5*2/3*7236/EI2
=1189/EI1+36582.89/EI2
=0.04927
A点单位力与FC图乘
△1Fc=ω1MC1/EI1+ω2MC2/EI2
=1.6*1.6*12355*0.5*6.8/8.1*-2.7/EI2+3.1*1.6*12355*0.5*2/3*-2.7/EI2
=-(35845.97+55152.82)/EI2
=-0.1154
A点单位力与均布载荷q图乘
△1q=ω1MC1/EI2+∫M(x)m(x)dx/EI2
=1.6*19200/3*2.3/EI2+∫03.1(-2.7+2.7x/3.1)(1.55x-x2/2-1.28)*1500dx/EI2
=23551/EI2+30069.4/EI2
=0.068
A点单位力与FG图乘
△1FG=ω1MC1/EI2
=3.1*-2.7/2/3*11828*1.6/EI2
=-0.0335
A点单位力与FB图乘
△1FB=ω1mC1/EI2
=3.1*2.7/2/3*5000*3.7/EI2
=0.0327
ƑA=△1FA+△1FB+△1q+△1FG+△1Fc
=0.04927-0.1154+0.068-0.0335+0.0327
=0.00107m
=1.07mm
求M点的挠度
在M点施加一向下的单位力,其单独作用的弯矩图:
M点的单位力2与FA图乘
△2FA=ω1MC1/EI1+ω2MC2/EI2
=1.1*1.1/2*7/8.1*7236/EI2+3.1*1.1*2/6*7236/EI2
=12008.187/EI2
=0.0152
M点的单位力2与FC图乘
△2FC=ω1MC1/EI1+ω2MC2/EI2
=1.6*-19768/2*(1.1-1.6/3)/EI2+3.1*1.1/2*2/3*-19768/EI2
=-(8961.49+22469.63)/EI2
=-0.0398
M点单位力2与均布载荷q图乘
△2q=∫01.17500*X*(X+0.5)2/EI2dx+∫03.1(-1.1X*1.1/3.1)(1.55X-1.28-X2/2)*15000/EI2dx
=0.0247
M点的单位力与FG图乘
△2FG=ω1MC1/EI2
=3.1*-1.1/2/3*1.6*11828/EI2
=-10755.59/EI2
=-0.0136
M点单位力与FB图乘
△2FB=ω1mC1/EI2
=3.1*1.1/2/3*5000*3.7/EI2
=0.01333
ƑM=△2FA+△2FB+△2q+△2FG+△2Fc
=0.0152-0.0398+0.0247-0.0136+0.01333
=-0.000215m
=-0.215mm
求N点的挠度
在N点施加一向下的单位力,其单独作用的弯矩图为:
单位力3与FA图乘
△3FA=ω1MC1/EI1+ω2MC2/EI2
=0.7747*1.52*2/6*1.52*3.1*-7236/EI2+1.58*0.7747/2*(7236*1.52/3.1+1.58/3.1/3*7236)/EI2
=-4316.41/EI2
=-0.00547
单位力3与FC图乘
△3Fc=ω1MC1/EI1+ω2MC2/EI2
=0.7747*1.58/4*1.58/3.1*19768/EI2+1.58*0.7747/2*(19768*1.52/3.1+1.58/3.1/3*19768)/EI2
=(3083.11+7987.46)/EI2
=0.01403
单位力3与q图乘
△3q=∫01.58(1.55X-1.28-X2/2)*15000*1.5X/3.1/EI2dx+∫1.583.1(1.58-1.58X/3.1)(1.55X-1.28-X2/2)*15000/EI2dx
=-5099.953/EI2
=-0.00647
N点单位力3有FG图乘
△3FG=ω1MC1/EI1+ω2MC2/EI2
=0.7747*1.58/3*1.58/3.1*18924.8/EI2+1.52*0.7747/2*(18924.8*1.58/3.1+1.52/3*18924.8)/EI2
=(1855.94+7209.71)/EI2
=0.0115
N点的单位力3与FB图乘
△3FB=ω1mC1/EI1+ω2MC2/EI2
=0.7747*1.58/3*-18500*1.58/3.1/EI2+1.52*0.7747/2*(-18500*1.58/3.1+1.52/3*18500/3.1)/EI2
=-(3847.13+7331.79)/EI2
=-0.0122
ƑN=△3FA+△3FB+△3q+△3FG+△3Fc
=0.0133-0.00547-0.00647+0.01403-0.0122
=0.00659m
=6.59mm
求K点的挠度
在K点施加一向下的单位力,其单独作用的弯矩图为:
K点的单位力4与FA图乘
△4FA=ω1MC1/EI2
=3.1*0.78/3*7236/EI2
=2916.1081/EI2
=0.0037
K点单位力4与FC图乘
△4FC=ω1MC1/EI2
=-3.1*0.78/6*1.6*12355/EI2
=-7966.504/EI2
=-0.0101
K点的单位力4与均布载荷q图乘
△4q=∫03.1(1.55X-1.28-X2/2)*15000*-0.78X/3.1/EI2dx+∫00.78(-0.78+X/0.78)(1.6X-1.28-X2/2)*15000/EI2dx
=3183.427/EI2
=0.00404
K点单位力4与FG图乘
△4FG=ω1MC1/EI1+ω2MC2/EI2
=-3.1*0.78/3*18924.8/EI2-0.78*0.78/2*(18924.8*0.821/1.6+2/3*0.78*18924.8/1.6)/EI2
=-(15253.3+1079.423)/EI2
=-0.0207
K点单位力4与FB图乘
△4FB=ω1mC1/EI2+ω2MC2/EI2
=3.1*0.78/3*18500/EI2+0.78*0.78/2(18500*2.98/3.7+2/3*0.78*18500/3.7)/EI2
=(14911+5323.5)/EI2
=0.0257
ƑK=△4FA+△4FB+△4q+△4FG+△4Fc
=0.0037-0.0101+0.00404-0.0207+0.0257
=0.01173m
=11.73mm
求B点的挠度
在点B处施加一向下的单位力,其单独作用的弯矩图:
B处单位力5与FA图乘
△5FA=ω1MC1/EI2
=3.1*3.7/2*7236/EI2
=13832.82/EI2
=0.001754
B点单位力5与FC图乘
△5FC=ω1MC1/EI2
=-3.1*3.7/6*1.6*12355/EI2
=-37789.827/EI2
=-0.04793
B点的单位力5与均布载荷q图乘
△5q=∫03.1(1.55X-1.28-X2/2)*15000*-3.7X/3.1/EI2dx
+19200*1.6/3*3.3/EI2
=(4120.3125+33792)/EI2
=0.09511
B点单位力5与FG图乘
△5FG=ω1MC1/EI1+ω2MC2/EI2
=-3.1*3.7/3*18924.8/EI2-18924.8*1.6/2*(2.1+1.6*2/3)/EI2
=-(72355.819+47942.827)/EI2
=-0.15257
B点单位力4与FB图乘
△4FB=ω1mC1/EI2+ω2MC2/EI3+∫01.6MXmx/EI2dx
=3.1*3.7/6*18500/EI2+2.1*2.1/3*2.1/3.7*18500/EI3+∫01.6(X-3.7)(-18500+18500X/3.7)/EI2dx
=(68986.667+14911)/EI2+15435/EI3
=0.1729
ƑB=△4FA+△4FB+△4q+△4FG+△4Fc
=0.001754-0.04793+0.09511-0.15257+0.1729
=0.05915m
=59.15mm
综上ƒmax=ƒB=59.15mm
最大挠度发生在B截面上
车架挠度曲线
四、按给定条件车架截面尺寸设计
若壁厚t不变,取h/b=1.5,按等截面梁重新设计车架尺寸。
设截面对中心轴的惯性矩为1,由于车架为薄壁,所以:
I=bh3/12-(b-2t)(h-2t)3/12
取h/b=1.5,得b=2h/3,上式整理可得:
I=-11h4/18+6h3t-20h2t2+88ht3/3-16t4
要满足δ<
[δ],所以
Mmax*ymax/I<
[δ]=160MPa
既(16944.3*h/2)/I<
160MPa
带入I.t=0.005m
h=0.1227m,b=0.0818m
五、程序计算
5.1VB程序
代码:
DimFa,Fb,t,E,σ0,σ(1To3),q,a(1To3),k,x,y,y0,ya,S,nAsDouble
Diml(0To5),h(1To3),b(1To3),I(1To3),M(0To3),M11,M22,M12,M21,M13,M23,_
δ11,δ12,δ21,δ22,δ1p,δ2p,X1,X2,M10,M20,Fc,Fg,M0(0To9500),Iz,b0,h0,W(1To3)AsDouble‘全局变量定义
PrivateSubCommand0_Click()‘力法解车架支反力的弯矩图
Picture1.Cls
y=1000
S=0.05
Picture1.Line(x,y)-(x+1000*(l(0)+l
(1)+l(5)),y)
Picture1.Line(x,y)-(x+1000*l
(1),y+S*M
(1))
Picture1.Line(x+1000*(l(0)+l
(1)+l(5)),y)-(x+1000*(l(0)+l
(1)),y+S*M
(2))
Fork=0Tol(0)Step0.001
M(0)=a
(1)*k^2+a
(2)*k+a(3)
Picture1.PSet(x+1000*l
(1)+1000*k,y+S*M(0))'
外荷载下弯矩
Nextk
y=y+2.5*y0
Picture1.Line(x+1000*l
(1),y)-(x+1000*(l
(2)+l
(1)),y-1000*M11)
Picture1.Line(x+1000*(l(0)+l
(1)),y)-(x+1000*(l
(2)+l
(1)),y-1000*M11)
y=y+y0
Picture1.Line(x+1000*l
(1),y)-(x+1000*(l
(2)+l
(1)+l(3)),y-1000*M22)
Picture1.Line(x+1000*(l(0)+l
(1)),y)-(x+1000*(l
(2)+l
(1)+l(3)),y-1000*M22)'
单位力作用下弯矩图
EndSub
PrivateSubCommand1_Click()‘画车架弯矩图
y=3000
S=0.2
n=0
PrintTab(100);
"
A--G各特殊点弯矩值:
"
Ifk<
l
(2)Then
M10=k/l
(2)*M11
Else
M10=(l(0)-k)/(l(0)-l
(2))*M11
EndIf
l
(2)+l(3)Then
M20=k/(l(0)-l(4))*M22
M20=(l(0)-k)/l(4)*M22
M0(1000*(l
(1)+k))=(M(0)-X1*M10-X2*M20)‘车架各点弯矩值
Picture1.PSet(x+1000*l
(1)+1000*k,y+S*M0(1000*(l
(1)+k)))
Fork=0Tol
(1)Step0.001
M0(1000*k)=k/l
(1)*M
(1)
Fork=0Tol(5)Step0.001
M0(1000*(l
(1)+l(0
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