吉林大学材料力学课程设计(完整版)

.PAGE.一.设计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,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：使学生的材料力学知识系统化完整化；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；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；综合运用以前所学习的各门课程的知识,使相关学科的只是有机的联系起来；初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；为后续课程的教学打下基础。二,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。1.11.63.11.62.10.10.060.12t/mE/GPa[σ]/MPa/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。三,设计计算过程以下计算q=15400N/m,=2680N,=4200N.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=,同理得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=-10429.7M2=-8938.39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：可得到Nd1=16996.06N,=10323.94N同理可得：Nd2=30117.77NNf2=17622.23NNg=16446NNf1=12394N其中Nd=Nd1+Nd2=47113.83N,Nf=Nf1+Nf2=30016.23N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.m3,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。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：〔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55.44mm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.四,程序计算部分程序框架图程序如下：#include"stdio.h"#include"math.h"#definePI3.1415926#definempa1e6voidmain<>{ doublel1=1.1,l2=1.6,l3=3.1,l4=1.6,l5=2.1,L0,L1,L2,L3,L4; doubleq,Fa=2680,Fb,M0,M1,M2,M3; doubleNd,Nd1,Nd2,Nf,Nf1,Nf2,Nc,Ng,w1,w2,w3,a1,a2,B2,B3,H1,H2; printf<"请输入q:\n">; scanf<"%lf",&q>; printf<"请输入Fb:\n">; scanf<"%lf",&Fb>; q=q*1000; L0=l1; L1=l2; L2=l3; L3=l4; L4=l5; w1=q*L1*L1*L1/12; w2=q*L2*L2*L2/12; w3=q*L3*L3*L3/12;a1=L1/2;B2=L2/2;a2=B2;B3=L3/2;M0=-Fa*L0;M3=-Fb*L4;H1=-6*<w1*a1/L1+w2*B2/L2>;H2=-6*<w2*a2/L2+w3*B3/L3>;M2=<<H1-M0*L1>/2/<L1+L2>-<H2-M3*L3>/L2>/<L2/2/<L1+L2>-2*<L3+L2>/L2>;M1=<H2-2*<L3+L2>*M2-M3*L3>/L2;Nd1=<q*L1*L1/2+M0-M1>/L1;Nc=Fa+q*l2-Nd1;Nf2=<q*l3*l3/2+M1+M2>/l3;Nd2=q*l3-Nf2;Nf1=<q*l4*l4/2-M2+M3>/l4;Ng=Fb+q*l4-Nf1;Nd=Nd1+Nd2;Nf=Nf1+Nf2;printf<"M0=%0.3lf\nM1=%0.3lf\nM2=%0.3lf\nM3=%0.3lf\nNc=%0.3lf\nNd=%0.3lf\nNf=%0.3lf\nNg=%0.3lf\n",M0,M1,M2,M3,Nc,Nd,Nf,Ng>;}结果执行如下图：II组数据：q=16000N/m,FB=4800 N结果执行如下图：五．设计体会经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,并且进一步的巩固了C语言程序设计、CAD软件、mathmatic软件的应用。能够将这些知识有机的结