吉林大学 材料力学课程设计(完整版)

材料力学课程设计 1 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FA作用，后部受到重力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、 材料力学课程设计 2 许用应力[σ]及有关数据由下面数表给出。 1/lm 2/lm 3/lm 4/lm 5/lm 1/hm 1/bm 2/hm 1.1 1.6 3.1 1.6 2.1 0.1 0.06 0.12

2/bm 3/hm 3/bm t /m E/GPa [σ]/MPa

F

A

/N

0.08 0.11 0.07 0.005 210 160 2680 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。 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。 三，设计计算过程 以下计算q=15400N/m, FA=2680N, FB=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。 材料力学课程设计

3 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

0112233445,,,,LlLlLlLlLl。

由此可得， w1=23210112212LLqLdqL, 同理得w2=32112qL ， w3=33112qL

由上图可知，各个部分形心位置 a1=1L/2, a2=b2=2L/2, b3=3L/2. 梁在左端和右端分别有外伸部分， 0026801.12948AMFLNmNm 材料力学课程设计 4 4342002.18820BMFLNmNm 根据三弯矩方程： 111111126()nnnnnnnnnnnnnwawbMlMllMlll







对跨度L1和L2写出三弯矩方程为： 1122

0111222

12

26()wawbMLMLLMLLL

对跨度L2和L3写出三弯矩方程为： 3322

1222333

23

26()wbwaMLMLLMLLL

解上面的方程组可得： M1=-10429.7mN M2=-8938.39mN 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：021111102LNqLMMMdC 可得到 Nd1=16996.06 N， 12dACNlqFN=10323.94 N 材料力学课程设计 5 同理可得：Nd2=30117.77 N Nf2=17622.23 N Ng=16446 N Nf1=12394 N 其中Nd=Nd1+Nd2=47113.83 N， Nf=Nf1+Nf2=30016.23 N 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） 材料力学课程设计

6 （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：

maxmaxz

MyI

其中zI可由公式：33(2)(2)12zbhbthtI求得 611.962510zI

623.75583310zI

632.7641710zI

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。 材料力学课程设计

7 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。 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 )(21maxllFMAFA 材料力学课程设计 8 FB单独作用时)(54maxllFMBFB

Nc单独作用时 Ng单独作用 材料力学课程设计

9 CD部分均布载荷单独作用时22max2qCDqlM

DF段均布载荷单独作用时23max8qDFqlM FG段单独作用时24max2qFGqlM （1）求A点挠度 max12fAMll 材料力学课程设计

10 在A端加单位力，弯矩图如上图所示。由图乘法可知：1niCiiiwMEI FA单独作用下A点挠度：

11111

11maxmax2maxmax11212212122212maxmax1maxmax2121211212EI23EI211123EI223AfAFafAFa

zz

fAFafAFaz

lllllflMMlMMlllllllllllMMlMMllll















FB单独作用下A点挠度：

23maxmax2111EI23AfAFbz

flMM



NC单独作用下A点挠度：

21

322max32max212211123EI223AfAfAz

llflNclMlNclMll







Ng单独作用下A点挠度

434max2111EI23AfAz

flNglM



CD部分均布载荷单独作用时A点挠度： 21

5max2max3maxmax212311124EI323AqCDfAfAqCDz

llfMlMlMMll







DF段均布载荷单独作用时A点挠度：

6max3max2121EI32AqDFfAz

fMlM



FG段均布载荷单独作用时A点挠度： 材料力学课程设计 11 73maxmax2111EI23AfAqFGz

flMM



综上得：1234A567+5.308AAAAAAAffffffffmm

（2）求CD中点E挠度，在E处加单位力1。max2/2fEMl

FA单独作用下CD中点挠度：

212

1maxmax3maxmax212511126EI2223EfEFafEFa

z

lllfMMlMMll







FB单独作用下CD中点挠度：

23maxmax2111EI23EfEFbz

flMM



Nc单独作用下CD中点挠度：

23max232max211512EI22623EfEfE

z

lfMNcllNclM



Ng单独作用下CD中点挠度

434max2111EI23EfEz

flNglM



CD部分均布载荷单独作用时CD中点挠度： 2max2/8qEDMql

2

max23/8qCEMql