材料力学课程设计HZ140TR2后置旅游车底盘车架

1、1 / 30材料力学课程设计?后置旅游车底盘车架的静力学分析及强度、计算专业：土木工程（路桥） 指导老师：姓名：_班级：_班学号：_刚度2 / 30目录材料力学课程设计 . . 1一、材料力学课程设计的目的 . . 1二、材料力学课程设计的任务和要求 . . 11、设计计算说明书的要求 . . 12、分析讨论及说明部分的要求 . . 23、程序计算部分的要求 . . 2三、设计题目 . . 21、求支座反力 . . 42、画出车架的内力图 . . 73、画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线 . 94、求出最大绕度的值，画出车架扰曲线的大致形状 . 105、按等截面梁重新设定截面尺寸

2、 . . 12四、程序计算 . . 131、vb 程序 . 132、结构力学求解器程序 . . 24五、设计体会 . . 27体会. . 27参考文献 . . 283 / 30材料力学课程设计的目的本课程设计的目的是在于系统学习完材料力学之后， 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， 独立的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实际问题的目的。 同时，可以使学生将材料力 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，既是为以前所学知识（高等数 学、工程图学、理论力学、算法语言、计

3、算机和材料力学等）的综合应用，又为 后继课程（零件、专业课等）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。具体的有以下六项：1.使学生的材料力学知识系统化完整化；2.在全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；3.由于选题力求结合专业实际， 因而课程设计可以把材料力学知识与专业 需要结合起来；4.综合运用以前所学习的各门课程的知识 （高等数学、 工程图学、 理论力 学、算法语言、计算机和材料力学等） ，使相关学科的只是有机的联系起来；5.初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；6.为后续课程的教学打下基础。二、 材料力学课程设计的任务和要求参加

4、设计者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 断设计题目的已知条件和所求问题， 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， 独立编制计算机程序， 通过计算机给出计算结果并完成了 设计说明书。1、设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思想、 设计方法和设计结果的说明， 要求书写 工整，语言简洁，条理清晰、明确，表达完整。具体内容应包括：1设计题目的已知条件、所求及零件图。2画出构件的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。3.静不定结构要画出所选择的基本静定系统及与之相应的全部求解过程。4.画出全部内力图，并表面可能的各危险截面。4 / 3

5、05.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处的应力状态 图。6.各危险点的主应力大小及主平面的位置。7.选择强度理论并建立强度条件。8.列出全部计算过程的理论依据、公式推导过程及必要的说明。9.对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位 力图。10.疲劳强度计算部分要说明循环特征，6max6min,r,6m6 a的计 算，所查各系数的，k,依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件的持久曲线。2、 分析讨论及说明部分的要求1.分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。2.提出改进设计的初步方案及设想。3.提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。3、 程序计算部分

6、的要求1.程序框图。2.计算机程序（含必要的说明语言及标识符说明） 。3.打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上） 。三、 设计题目HZ140TR2后置旅游车底盘车架简化后如下图所示。满载时受重力FA作用， 后部受重力FB作用，乘客区均布载荷为q（含部分车身重），梁为变截面梁。计 算过程中忽略圆角影响，并把梁抽象为等厚闭口薄壁矩形截面的阶梯梁。材料的 弹性模量E,许用应力c及有关数据有表7-1给出。其他数据选取设计计算数 据第一组中的?= 4610?,?=12000?/?。Ft3 -5 / 3011L1213HZ140TR2后宣旋游车底盘车架简化图（.力学模型）图 7-1 车底盘简化图表

7、7-1 固定数据li/m12/m13/m14/m15/mhmb/mhJm1.11.63.11.62.10.10.060.12b2/mh3/mb3/mt/mE/GPa(T /MPaFA/N0.080.110.070.00521016026801.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fmax的值及所发生的截面，画出车架挠曲线的大致i|HHiH2|213|0Rrm6 / 30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。1、求支座反

8、力为了求解该题，需要用到连续梁问题中的三弯矩方程。 为减小跨度很大直梁 的弯曲变形和应力，常在其中间安置若干中间支座的这类结构称为连续梁。连续 梁中是在两端的固定端或铰支座之间加上若干个铰支座或支杆组成的力学模型。 在HZ140TR2后置旅游车底盘车架的力学模型中，该模型是三次超静定结构。该 模型仅在竖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处铰支座看作是支杆，将该模型简化成二次超静定的连续梁力学模型。下面用力法求解该模型的各支座反力：选取下图所示基本结构：A匚八T基本结构I图 7-2基本结构去掉D F处多余支杆约束，以竖直向上的力Xi、X2代之，得到如下图所示7 / 30M

9、ilA单位弯第图1图 7-4 单位弯矩图 1当X2=1单独作用时，车架的弯矩图如下：M22图 7-5 单位弯矩图 2易求得，两单位弯矩图的最大值分别为：记:10l2l3|4M12I3I4M21M13M23I2M22l3l2I0M11l3l410M2213l2单立琶矩图？fM11I3l4I2M22I2I3I48 / 30则，由图乘法易得，各位移系数如下:I2I314 M：3EI22I2+I3+I4M223EI2分别记C处、G处、CG中点处的弯矩为M、M和M,贝M1Fal11122121M11M21I2M12M22I4EI23M111 2M12l33M223M211M12I3M21M2222112

10、图 7-6 荷载弯矩图9 / 30M22M|M2ql02 8将荷载弯矩图与各单位弯矩图分别图乘可得:M310 / 301Eh仏严2M1)丄ql3M1323241(M1 2M131 136MP1JM1324 ql2M13)2p1EHM12M32132)00M23（儿2訓23313Mp2l4M23刃ql4M23)其中：Mp1Mp27600l227600(1246981.3l229482l3) 46981.3( l3l2) 2948由力法典型方程可得:11X1 12X21p021X1 22X22p解得:X2121 pX1112 p1211 221p12X211又由平衡条件MGFy0可知:0FcloF

11、d(l3I4)Ffl4Fbl5Fa(l1I0)1ql020FcX1X2FgFaFbql0即:X1U3X4Fbl5Fa(l1I0)1ql02FcFgl0FaFbql0FcX1X2带入数据计算可得:FcFdFf10256.92N40766.94N35401.73N16114.41N画出车架的内力图由叠加法知：MMpXM X2M2，各段弯矩方程如下:11/302680 x0X7600 x224296.92x20478.621.1X 2.7M27500 x65063.86X 130549.342.7X 5.87500 x2100465.59X 335879.45.8 X 7.44100 x 38950

12、7.4X 9.510230.9N m8843N m8&1DN、ID2948K nt0970 IN in386L SN ” m图 7-7结构弯矩图由各段的弯矩方程求导可得各段剪力方程如下:26800X15200X 24296.921.1X2.715200X 65063.862.7X5.815200X 100465.595.8X7.441007.4X9.5专矩图Fs12 / 30剪力国图 7-8 结构剪力图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值:Izi1.9625 106m4Iz23.7758 106m4Iz32.7642 106m4正应力方程，由VB画出弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线:根据第2问中的弯矩方程和公式m