材料力学课程设计HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度刚度的计算.docx
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材料力学课程设计HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度刚度的计算.docx
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材料力学课程设计HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度刚度的计算
材料力学课程设计
班级:
XXXX
姓名:
XX
学号:
XXXX
题目:
HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度刚度的计算
指导老师:
XXX
2012.06.06
目录
一、课程设计的目的1
二、课程设计的任务和要求1
三、设计题目2
四、设计计算过程3
五、程序设计部分19
六、设计体会21
一、
课程设计的目的
材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后,能结合工程中的实际问题,运用材料力学的基本理论和计算方法,独立地计算工程中的典型零部件,以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。
同时,可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。
既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法,又提高了分析问题,解决问题的能力;既把以前所学的知识综合应用,又为后继课程打下基础,并初步掌握工程中的设计思想和设计方法,对实际工作能力有所提高。
1)使所学的材料力学知识系统化,完整化。
让我们在系统全面复习的基础上,运用材料力学知识解决工程实际问题。
2)综合运用以前所学的各门课程的知识(高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等),使相关学科的知识有机地联系起来。
3)使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法,为后续课程的学习打下基础。
二、课程设计的任务和要求
要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法,独立分析、判断设计题目的已知所求问题,画出受力分析计算简图和内力图,列出理论依据并导出计算公式,独立编制计算程序,通过计算机给出计算结果,并完成设计计算说明书。
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,前部受重力作用,后部受到重力作用,乘客区均布载荷为q(含部分车身重),梁为变截面梁。
计算过程重忽略圆角的影响,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[σ]及有关数据由下面数表给出。
1.1
1.6
3.1
1.6
2.1
0.1
0.06
0.12
t/m
E/GPa
[σ]/MPa
/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.用能量法求出车架最大挠度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。
四、设计计算过程
以下计算q=15300,=2680N,=4100N.
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。
解:
由题得,此连续梁为三次静不定结构,但由于水平方向外力为0,所以此机构可认为是二次静不定结构。
这样此结构梁就满足多跨梁及三弯矩方程的条件。
左边第一支座为固定绞支座,其余均为可动绞支座。
支座编号从左向右依次为0,1,2,3。
以中间的两个支座的约束反力矩为多余约束,取静定基的每个跨度皆为简支梁。
这些简支梁在原来的外载荷作用下的弯矩图如下图所示。
为便于计算,令。
由此可得,
w1=
w2=
w3=
由上图可知,各个部分形心位置
a1=/2,a2=b2=/2,b3=/2.
梁在左端和右端分别有外伸部分,
根据三弯矩方程:
对跨度L1和L2写出三弯矩方程为:
对跨度L2和L3写出三弯矩方程为:
解上面的方程组可得:
M1=-10348.69M2=-8910.73
求得M1和M2以后,连续连三个跨度的受力情况如图所示
可以把它们看成三个静定梁,而且载荷和端截面上的弯矩(多余约束力)都是已知的,即为原结构的相当系统。
对每一跨度都可以求出支反力和弯矩图,把这些图连起来就是连续梁的剪力图和弯矩图。
如图左端部分:
Mc=
可得到,Nd1=16865.43N,Nc=10294.57N
同理可得:
Nd2=29927.72NNf2=17502.28N
Nf1=12427.95NNg=16152.05N
其中Nd=Nd1+Nd2=46793.15N,Nf=Nf1+Nf2=29930.24N
从而求出前簧固定端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。
(1)剪力图。
单位(N)
(2)弯矩图:
单位(N.m)
3.画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。
弯曲正应力的最大值为:
其中可由公式:
求得
各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线如下图。
4.用能量法求出车架最大挠度的值及所发生的截面,画出车架挠曲线的大致形状。
解:
求出车架上特殊点的挠度,其中最大的就是车架最大挠度所在截面。
为了便于计算,作出每一个载荷作用下的弯矩图,然后利用图乘法和叠加原理求其总和。
根据上图,作出每个载荷单独作用时的弯矩图:
Fa单独作用时
Fb单独作用时
Nc单独作用时
Ng单独作用
CD部分均布载荷单独作用时
DF段均布载荷单独作用时
FG段单独作用时
【1】}求A点挠度
在A端加单位力,弯矩图如上图所示。
由图乘法可知:
Fa单独作用下A点挠度:
Fb单独作用下A点挠度:
Nc单独作用下A点挠度:
Ng单独作用下A点挠度
CD部分均布载荷单独作用时A点挠度:
DF段均布载荷单独作用时A点挠度:
FG段均布载荷单独作用时A点挠度:
综上得:
【2】求CD中点E挠度,在E处加单位力1。
Fa单独作用下CD中点挠度:
Fb单独作用下CD中点挠度:
Nc单独作用下CD中点挠度:
Ng单独作用下CD中点挠度
CD部分均布载荷单独作用时CD中点挠度:
为便于计算,将CD部分一分为二,分别画出其弯矩图。
然后图乘。
DF段均布载荷单独作用时CD中点挠度:
FG段均布载荷单独作用时CD中点挠度:
综上得:
【3】求DF中点O挠度,在O处加单位力1。
Fa单独作用下DF中点挠度:
Fb单独作用下DF中点挠度:
Nc单独作用下DF中点挠度:
Ng单独作用下DF中点挠度
CD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度:
DF段均布载荷单独作用时DF中点挠度:
FG段均布载荷单独作用时DF中点挠度:
综上得:
【4】求FG中点K挠度,在K处加单位力1。
Fb单独作用下DF中点挠度:
Fa单独作用下DF中点挠度:
Nc单独作用下DF中点挠度:
Ng单独作用下DF中点挠度
CD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度:
DF段均布载荷单独作用时DF中点挠度:
FG段均布载荷单独作用时DF中点挠度
综上得:
【5】求B端挠度,在B处加单位力1。
Fa单独作用下B点挠度:
Fb单独作用下B点挠度:
Nc单独作用下B点挠度:
Ng单独作用下B点挠度
CD部分均布载荷单独作用时B点挠度:
DF段均布载荷单独作用时B点挠度
FG段均布载荷单独作用时B点挠度:
综上得:
由以上计算,可以得到车架在B端得挠度最大
55.2mm
车架挠曲线如下图所示,单位mm.
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。
解:
根据弯曲正应力的强度条件
由弯矩图可知,最大弯矩发生在DF段距D点1.956m处的截面:
根据上述方程组,经mathematica软件求得:
其中b,h>0,所以按等截面梁重新设计的车架截面尺寸为:
h=0.162m,b=0.108m.
五、程序设计部分
程序框架图
程序如下:
#include
#definePA2680
main()
{doublel0=1.1,l1=1.6,l2=3.1,l3=1.6,l4=2.1;
doubleA1=l1/2,A2=l2/2,B2=l2/2,B3=l3/2;
doubleM0,M1,M2,M3,w1,w2,w3,H,G;
doubleNC,ND,NF,ND1,ND2,NF1,NF2,NG,PB,q;
doublelz1,lz2,lz3;
doubleb1=0.06,h1=0.1,b2=0.08,h2=0.12,b3=0.07,h3=0.11,t=0.005;
intn;
lz1=(b1*h1*h1*h1-(b1-2*t)*(h1-2*t)*(h1-2*t)*(h1-2*t))/12;
lz2=(b2*h2*h2*h2-(b2-2*t)*(h2-2*t)*(h2-2*t)*(h2-2*t))/12;
lz3=(b3*h3*h3*h3-(b3-2*t)*(h3-2*t)*(h3-2*t)*(h3-2*t))/12;
printf("lz1=%e\nlz2=%e\nlz3=%e\n",lz1,lz2,lz3);
for(n=1;n<=10;n++)
{printf("Enterq,PB:
\n");
scanf("%lf,%lf",&q,&PB);
printf("q=%e,PB=%e\n",q,PB);
w1=q*l1*l1*l1/12;
w2=q*l2*l2*l2/12;
w3=q*l3*l3*l3/12;
M0=-PA*l0;
M3=-PB*l4;
H=-6*(w2*A2/l2+w3*B3/l3)-M3*l3;
G=-6*(w1*A1/l1+w2*B2/l2)-M0*l1;
M1=(H*l2-G*2*(l1+l2))/(l2*l2-4*(l1+l2)*(l1+l2));
M2=(H-M1*l2)/(2*(l1+l2));
ND1=-(-M0-q*l1*l1/2+M1)/l1;
NC=PA+q*l1-ND1;
NF1=-(-M3-q*l3*l3/2+M2)/l3;
NG=PB+q*l3-NF1;
ND2=-(-q*l2*l2/2+M1+M2)/l2;
NF2=q*l2-ND2;
ND=ND1+ND2;
NF=NF1+NF2;
printf("Theresultis:
\n");
printf("M1=%e\nM2=%e\n",M1,M2);
printf("NC=%e\nND=%e\nNF=%e\nNG=%e\n",NC,ND,NF,NG);}
}
结果执行如下图:
六、设计体会
通过本次材料力学课程设计,使我更好的掌握了所学的材料力学知识,加深了CAD,C语言等知识的理解和运用能力,能够将这些知识有机的结合起来解决工程中的实际问题,达到了理论联系实际的目的。
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- 材料力学 课程设计 HZ140TR2 后置 旅游车 底盘 车架 静力 分析 强度 刚度 计算