材料力学课程设计 龙门刨床5-1-8

NO 答辩成绩：设计成绩：材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：龙门刨床门架题号: 5-1-8教学号: ******姓名：指导教师：完成时间：2014年10月2日目录（1）设计的目的、任务及要求。

（2）课程设计题目。

（3）超静定部分分析求解。

（4）门架强度的校核。

（5）求解门架上加力点的水平、垂直位移。

（6）C程序部分。

7设计体会。

8 参考文件。

1、材料力学课程设计的目的、任务及要求。

（1）设计的目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，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知识解决工程实际问题的目的。

同时可以使学生间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计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力；既是对以前所学知识（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）的综合运用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力提高。

具体有以下六项：1）使所学的材料力学知识系统化、完整化。

2）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中的问题。

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）综合运用以前所学的各门课程的知识，使相关学科的知识有机地联系起来。

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。

（2）设计的任务和要求参加设计者要系统股息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，画出手里分析计算简图和内力图，列出理论依据并到处计算公式，对立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。

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路、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简练，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画出结构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和及与之相应的全部求和过程。

④画出全部内力图，并标明可能的各危险截面。

⑤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、公式推导过程以及必要的说明。

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。

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（含必要的语言说明及标识符说明）。

③打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上）。

二、材料力学课程设计题目：龙门刨床门架计算某龙门刨床门架示意图如图①所示，可简化为图②所示的钢架，尺寸如图②所示。

危险工况有最大切削力F，另外有两种力矩Me1、Me2，作用位置及作用方式如图所示。

门架材料为灰铸铁（HT250）。

1）校核门架的强度。

（取安全系数n=3）2）求门架上加力点的水平、垂直位移。

数据：F=170kN Me1=30kN·m Me2=50kN·m设a=0.6m，l=0.8m。

查表得：E=100GPa，G=40GPa。

①②③④3．超静定部分分析求解判断超静定次数，此结构为12次超静定结构。

分析外载荷F、Me1、Me2分别单独作用于结构上的情况。

（1）最大水平切削力F单独作用时，简化受力图如图所示。

由于该结构是对称结构，且外载荷相对于Y轴构成镜反映像，所以为对称内力素。

将该结构沿对称面截开，加多余约束X1 X2。

在截开的对称面处，相对的转角为零，可得正则方程δ11X1+δ12X2+∆1F=0δ21X1+δ22X2+∆2F=0X1=1 X2=1 单独作用下的内力图，如取左半部分画出静定基在F2下图所示。

由非圆截面扭转公式可得：It柱=β1ℎ1b13−β2ℎ2b23=7.69∗10−4m4(β1=0.179,β2=0.184 ℎ1=0.4 b1=0.3 ℎ2=0.36 b2=0.26)It梁=β1ℎ1b13−β2ℎ2b23=2.87∗10−5m4( β1=0.179,β2=0.184 ℎ1=0.2 b1=0.12 ℎ2=0.18 b2=0.10)I y=b1ℎ1312−b2ℎ2312=3.14∗10−5m4( ℎ1=0.2 b1=0.12 ℎ2=0.18 b2=0.10)δ11=∑ωM cEI y+∑ωM xGIt柱=aEI y+2lGIt柱=2.43∗10−7m4δ22=∑ωM cEI y+∑ωM xGIt柱=aEI y+lGIt柱=2.17∗10−7m4δ12=δ21=∑ωM xGIt柱=lGIt柱=2.60∗10−8m4∆1F=∑ωM xGIt柱=−Fal2GIt柱=−1.33∗10−3m4∆2F=∑ωM xGIt柱+∑ωM cEI y=−Fal2GIt柱−14Fa2EI y=−6.19∗10−3m4解得X1=2.45kN∙m X2=28.23kN∙m M e1单独作用时：沿对称面截开，M e1相对于截开面构成符号相反的镜像，所以将对称面截开，并加两对多余约束力 X 3 X 4，如下图所示：力 X 3 X 4，如 下图所示：在截开的对称面处，相对垂直位移为零，可得方程： δ33X 3+δ34X 4+∆3F =0 δ43X 3+δ44X 4+∆4F =0画出静定基在M e12⁄ X 3=1 X 4=1 单独作用时的内力图，如下图所示：I z梁=ℎ1b1312−ℎ2b2312=1.38∗10−5m4( ℎ1=0.2 b1=0.12 ℎ2=0.18 b2=0.10)I z柱=ℎ1b1312−ℎ2b2312=3.73∗10−4m4( ℎ1=0.4 b1=0.3 ℎ2=0.36 b2=0.26)δ33=∑ωM cEIz梁+∑ωM cEIz柱=23∗a32EIz梁+2la2EIz柱=6.76∗10−8m4δ44=∑ωM cEIz梁+∑ωM cEIz柱=23∗a22EIz梁+la2EIz柱=5.99∗10−8m4δ34=δ43=∑ωM cEIz柱=la2EIz柱=7.72∗10−9m4∆3F=∑ωM cEIz柱=−alM e12EIz柱=−1.93∗10−4m4∆4F=∑ωM cEIz柱+∑ωM cEIz梁=−alM e12EIz柱−a2M e14EIz梁=−2.15∗10−3m4解得 X3=−1.30kN X4=36.06kNM e2单独作用时：外载荷相对于对称面构成镜反映像所以沿对称面截开做静定基，并施加两对多余约束力 X5 X6，如下图所示：在截开的对称面处，相对的转角为零，可得方程δ55X5+δ56X6+∆5F=0δ65X5+δ66X6+∆6F=0由图层互乘法可知∆5F=0 ∆6F=0解得： X5=0kN X6=0kN4.门架强度的校核：由于该机构为对称机构，所以将该结构分为左右两部分，只校核左部分，并将其分为：顶横、横梁、立柱三部分来分别对其进行校核。

1）顶梁的校核：顶梁受到多余约束X1和X3的作用，画出内力简图，如下，由于材料为灰铸铁，抗压不抗拉，因此，危险点为左端面的A 点，如图所示。

M ymax =X 1=2.45kN ∙mM zmax =X 3a =−0.78kN ∙mσAmax =|M z |max ∙|y |maxI z 梁+|M y |max∙|z |maxI y=11.19MPa查表 σb =250MPa n=3 [σ]=σb n=83.8MPa σAmax <[σ]满足强度要求，因此顶梁是安全的。

2)横梁的校核：横梁上作用有外载荷F 2⁄ M e12⁄ M e22⁄ 以及多余约束 X 2 X 4 X 6 画出弯矩图和扭矩图:对右端面进行校核，截面上的危险点为 BCD ，如下图所示B 点处正应力最大，切应力为零M ymax =X 2=28.23kN ∙m M zmax =Me1/2=15kN ∙mσBmax =|M y |max∙|z |maxI y+|M z |max ∙|y |maxI z 梁=155.12MPaσBmax >[σ]横梁不安全。

3）校核立柱：⁄ M e12⁄ M e22⁄和多余约束力X1 X2 X3立柱上作用有外载荷F2X4 X5 X6画出弯矩图和扭矩图如下：立柱受到弯扭组合变形，危险截面在立柱固定端，对E F Ｇ进行校核。

如下图：Ｅ点校核：Ｅ点切应力为零仅受正应力，|M x|max=Fl2−M e22=43kN∙m|M z|max=X4a+M e12−X3a=37.42kN∙mW x=I xz max=2.95∗10−3m3W z=Iz柱x max=2.49∗10−3m3F N=X3+X4=34.76kNA=0.3∗0.4-0.26∗0.36=2.64∗10-2m2σEmax=|M x|maxW x +|M z|maxW z+F NA=30.92MPa σEmax<[σ]E点满足强度要求，安全。

F点校核：F点同时纯在正应力和切应力。

正应力：σFmax=|M x|maxW x +F NA=15.89MPa闭口薄壁杆件的切应力：τ=M x2ωδ=43∗1032∗0.28∗0.38∗0.02=10.10MPaσ1=σF2+√(σFmax2)2+τ2=20.80MPa<[σ]F 点满足要求安全。

G点校核：G点同时纯在正应力和切应力。

σGmax=|M z|maxW z +F NA=16.34MPaσ1=√σ2Gmax+4τ2=25.98MPa<[σ]G 点满足要求安全。

所以立柱满足强度要求安全。

5.求解门架上加力点的水平垂直位移：X轴方向位移：∆x=∑ωM ciEI i =M e12∙l2∙lEIz柱-X4∙a∙l2∙lEIz柱-X3∙a∙l2∙lEIz柱=−5.03∗10−5m4 y轴方向位移：∆y=∑ωM ciEI i =M e12∙l∙aEI z柱+M e12∙a2∙aEI z梁−X3∙a∙l∙aEI z柱−X4∙a∙l∙a EI z柱−a2∙23∙X4∙a∙aEI z梁=7.51∗10−5m4 Z轴方向位移：∆z=∑ωM ciEI i +∑ωM xiGI t=F l2∙l2∙2l3EI x+F a2∙a2∙2a3EI y+F a2∙l∙aGIt柱−X2∙l∙aGIt柱−X1∙l∙aGIt柱−M e22∙l2∙lEI x−X2∙a2∙aEI y=4.41*10-4m4(方向与单位力方向相同)1.C语言程序：#include<stdio.h>#define A E*Ix#define B E*Iy#define C E*Iz1#define D E*Iz2#define H G*It#define J F/2#define K Me1/2#define N Me2/2void main(){int i;float h1,h2,b1,b2,pA,pB,pE,pF,pG,p=250/3; double E,G,a,l,Me1,Me2,F,N1,N2,I[5],X1,X2,X3,X4,x,y,z,Ix,Iy,Iz1,Iz2,It;E=100e9; G=40e9; a=0.6; l=0.8;Me1=3.0e4; Me2=5.0e4; F=1.7e5;N1=0.179; N2=0.184; X1=2.45e3;X2=2.823e4; X3=-1.30e3; X4=3.606e4;for(i=0;i<5;){printf("\nInput the h1,b1,h2,b2\n");scanf("%f,%f,%f,%f",&h1,&b1,&h2,&b2);if (i>3)I[++i]=N1*h1*b1*b1*b1-N2*h2*b2*b2*b2;elseI[++i]=(h1*b1*b1*b1-h2*b2*b2*b2)/12;printf("I[%d]=%.2e\n",i,I[i]);}printf("\nInput the pA\n");scanf("%f",&pA);if(pA<p)printf("\n顶梁安全。