吉林大学材料力学课程设计

班级：机械学号：4109姓名：吉林大学材料力学课程设计——HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力学分析及强度、刚度计算2011-10-21材料力学课程设计目录材料力学课程设计...........................................................................................................................1〇、题目：HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力学分析及强度、刚度计算..........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、设计题目要求...........................................................................................................3四、问题求解...................................................................................................................41.计算各端支座反力........................................................................................................42.画出车架的内力图........................................................................................................63.画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线........................................74.用能量法求解车架的最大挠度𝒇𝒎𝒂𝒙及画出车架挠曲线的形状.............................85.按等截面梁重新设计车架截面尺寸............................................................................9五、程序设计（MATLAB）...........................................................................................101.流程图与程序..............................................................................................................102.程序结果......................................................................................................................16六、课程设计总结.........................................................................................................18七、参考资料.................................................................................................................18材料力学课程设计1材料力学课程设计〇、题目：HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力学分析及强度、刚度计算一、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：材料力学课程设计21．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。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，бmax，бmin，r，бm，бa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）。材料力学课程设计3三、设计题目要求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[σ]及有关数据有表7-1给出。本次课程设计选取计算数据𝐹𝐵=4400N，q=15300N/m。表7-1固定数据1/lm2/lm3/lm4/lm5/lm1/hm1/bm2/hm1.11.63.11.62.10.10.060.122/bm3/hm3/bm/tm/EGPa[]/MPa/AFN0.080.110.070.00521016026801.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maxf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。材料力学课程设计4四、问题求解1.计算各端支座反力这个设计题目的力学模型是多支座的超静定梁，从所给的模型可以判断为三次超静定。由于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，因此可以把第三个固定端铰支座看作是活动端铰支座，经过适当处理可以把底盘车架的力学模型再度简化为多跨连续梁的力学模型，形成了二次超静定的连续梁力学模型。计算这种梁时最好选用这样的静定基：在中间支座处将梁切开，安上铰链并加上成对的力矩X1、X2、…、Xm代替被去掉的在相邻两跨之间的约束。本题设计的静定基如下图。简化后的多跨连续梁力学计算模型根据材料力学的知识，对每一个中间支座可以列出一个三弯矩方程，Mn−1ln+2Mn(ln+ln+1)+Mn+1ln+1=−6(wnanln+wn+1an+1ln+1)可列出的方程数目恰好等于中间支座的数目，也就是等于超静定的次数。解方程组求出力矩后，可以把力矩作为载荷，每一跨梁可以看作是静定的简支梁，进而便可求出梁的内力、应力、变形。由于MATLAB具有强大的数值计算功能和图形绘制功能，编程易于实现，本次设计采用MATLAB编程求解问题，具体程序见五、程序设计。将力FA、FB向𝐶、𝐺点简化，得到Mc=−FAl1=−2948Nm，MG=−FBl5=−9240Nm。对跨度l2和l3写出三弯矩方程，Mcl2+2MD(l2+l3)+MFl3=−6(w2a2l2+w3b3l3)材料力学课程设计5对跨度l3和l4写出三弯矩方程，MDl3+2MF(l3+l4)+MGl4=−6(w3a3l3+w4b4l4)a2=b2=l22=0.8m,a3=b3=l32=1.55m,a4=b4=l42=0.8mω2=112ql24=5222.4Nm2,ω3=112ql34Nm2=37984Nm,ω4=112ql44Nm2=5222.4Nm将以上数据代入两个三弯矩方程，解方程组可求得弯矩MD=−10388.4Nm,MF=−8790.4Nm下面用简化的模型对每一段梁求解支反力对梁l2求解支反力：由计算简图可列出平衡方程{∑MC=MD+FD1l2−12ql22−MC=0∑MD=MC+(FC−FA)l2−12ql22−MD=0代入数据，可得此方程组的解为{FC=10269.8NFD1=16890.2N对梁l3求解支反力，同样可以求出：{FD2=24230.5NFF1=23199.5N对梁l4求解支反力，同样可以求出：{FF2=11959.0NFG=16921.0N综上，各支座支反力如下FC=10270NFD=FD1+FD2=41121NFF=FF1+FF2=35159NFG=16921N材料力学课程设计62.画出车架的内力图以A点为原点，由1问得到的结果，对车架的每一段求剪力方程，得到第一段到第五段梁的剪力方程（单位：N）分别为：FQ1=−2680FQ2=24419.77−15300xFQ3=65540.47−15300xFQ4=100699−15300xFQ5=4400由此可以画出剪力图对剪力方程积分，利用边界条件，求得第一段到第五段梁的弯矩方程(单位：Nm)分