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1、 材料力学课程设计165.32一.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：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
2、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，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，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 0.12t /mE/GPa/MPa/
3、N0.08 0.11 0.07 0.005210 160 26801.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=15200, =2680N, =4250N.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
4、构。这样此结构梁就满足多跨梁及三弯矩方程的条件。为简便计算将支座进行编号。 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=2318qL1L21=112qL13 w2=2318qL2L22=112qL23 w3=2318qL3L23=112qL33 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，M0=FAL0=26801.1KNm=-2948KNmM3= -FBL4-42502.1KNm=-8925K
5、Nm 根据三弯矩方程：Mn-1Ln+2Mn(Ln+Ln+1)+Mn+1Ln+1=-6(wnan/Ln+wn+1bn+1/Ln+1) 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=10300.76 M2=8782.792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=M0+M112qL12+Nd1L1=0 可得到,Nd1，Nc 同理可得：Nd2，Nf2
6、，Nf1， Ng其中Nd=Nd1+Nd2=46471.46N，Nf=Nf1+Nf2=29475.14 Nc=10244.52 Ng=16498.88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，
7、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
8、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
9、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
10、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：MZmax=19443.596Nm根据上述方程组，经mathematica软件求得：其中b,h0,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#define PA 2680main()double l0=1.1,l1=1.6,l2=3.1,l3=1.6,l4=2.1;double A1=l1/2,A2=l2/2,B2=l2/2,B3=l3/2;double M0,M1,M2,M3,w1,w2,w3,H,G;double NC,ND,NF,ND1
11、,ND2,NF1,NF2,NG,PB,q;double lz1,lz2,lz3;double b1=0.06,h1=0.1,b2=0.08,h2=0.12,b3=0.07,h3=0.11,t=0.005;int n;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=%enlz2=%enlz3
12、=%en,lz1,lz2,lz3);for(n=1;n=10;n+)printf(Enter q,PB:n);scanf(%lf,%lf,&q,&PB);printf(q=%e,PB=%en,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
13、+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(The result is:n);printf(M1=%enM2=%en,M1,M2);printf(NC=%enND=%enNF=%enNG=%en,NC,ND,NF,NG);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、mathematica软件的应用。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。以后必将更加努力进行这方面的练习和实践。六，参考书目录。材料力学 聂毓琴 孟广伟 主编 机械工业出版社材料力学实验与课程设计 聂毓琴 吴宏 主编 机械工业出版社计算机绘图实用教程 侯洪生 主编 科学出版社C程序设计 谭浩强 主编 清华大学出版社22