最终版吉林大学材料力学课程设计题目

吉林大学材料力学课程设计1学院：汽车工程学院学号：82140209指导老师：郭桂凯姓名：戴海勤吉林大学材料力学课程设计2吉林大学材料力学课程设计--HZ140TR2后置旅游车底盘车架一.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。吉林大学材料力学课程设计3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、许用应力[σ]及有关数据由下面数表给出。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。1/lm2/lm3/lm4/lm5/lm1/hm1/bm2/hm1.11.63.11.62.10.10.060.122/bm3/hm3/bmt/mE/GPa[σ]/MPaFA/N0.080.110.070.0052101602680吉林大学材料力学课程设计43.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=12600,FA=2680N,FB=4800N.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。如图0，去掉C处的约束，建立静定基：（图0）由于C处的竖直位移为零，所以有ƒC=0;分别作出FA,FB,FC,FG,q单独作用下引起的弯矩图，并作出C点单位力作用下的弯矩图，利用公式，对弯矩图的每一个部分分别应用图乘法，然后求出其总和。于是可得：①FA单独作用（图1）吉林大学材料力学课程设计5（图1）②q单独作用（图2）（图2）③FC单独作用（图3）（图3）④FB单独作用（图4）（图4）吉林大学材料力学课程设计6⑤FG单独作用（图5）（图5)⑥作用在C点的单位力单独作用（图6）（图6）由所画图形，结合图乘法，即图1，2,3,4,5分别于图6相乘可得：∆1=EIEI05.193966.1325.01.372366.15.06.11.11.16.172366.1322)6.11.11.11(6.17236∆2=EIEIqqq92.252946.12120125.11.321326.1211.307875.06.143316.128.1∆3=EIFEIFFCCC0107.46.1321.36.15.06.1325.06.16.1∆4=EIEIFB6.146816.1315.01.37.3∆5=EIFEIFGG3227.16.131211.36.1而ƒC=∆1+∆2+∆3∆4+∆5=0所以57.593723227.10107.4GCFF……….○1同理，在G点加载一单位力，作出其力矩图（图7）吉林大学材料力学课程设计7（图7）将图1~5分别和图7图乘可得：∆’1=EIEI76.59816.1315.01.37236∆’2=EIEIqqq92.252946.12120125.11.321326.1211.307875.06.143316.128.1∆’3=EIFEIFCC3227.16.1316.11.35.0∆’4=EIEIFFFBBB2.488196.1326.16.15.06.1211.26.16.1321.37.35.0∆’5=EIFEIFFGBG0107.46.1326.16.15.06.1326.11.35.0而ƒG=∆’1+∆’2+∆’3+∆’4+∆’5=0所以：1.3227FC+4.0107FG=80095.88………………………………….○2联立以上两个方程○1○2，解得：FC=9220.22NFG=16929.79N又由0yF03.6qFGDCBAFFFFFF0)(FMC0q3.63.6214.83.67.46.11.1BGFDAFFFFF解得FD=33734.07N吉林大学材料力学课程设计8FF=26975.92N2.画出车架的内力图。（1）剪力图。单位（N）（2）弯矩图：单位（N.m）吉林大学材料力学课程设计93,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：maxmaxzMyI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。吉林大学材料力学课程设计104.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21maxallFMAF吉林大学材料力学课程设计11FB单独作用时54maxllFMBFbFC单独作用时FG单独作用吉林大学材料力学课程设计12CD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吉林大学材料力学课程设计13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：1111111maxmax2maxmax11212212122212maxmax1maxmax2121211212EI23EI211123EI223AfAFafAFazzfAFafAFazlllllflMMlMMlllllllllllMMlMMllllFB单独作用下A点挠度：23maxmax2111EI23AfAFbzflMMNC单独作用下A点挠度：21322max32max212211123EI223AfAfAzllflNclMlNclMllNg单独作用下A点挠度434max2111EI23AfAzflNglMCD部分均布载荷单独作用时A点挠度：215max2max3maxmax212311124EI323AqCDfAfAqCDzllfMlMlMMllDF段均布载荷单独作用时A点挠度：6max3max2121EI32AqDFfAzfMlMFG段均布载荷单独作用时A点挠度：吉林大学材料力学课程设计1473maxmax2111EI23AfAqFGzflMM综上得：1234A567+5.3AAAAAAAffffffffmm（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：2121maxmax3maxmax212511126EI2223EfEFafEFazlllfMMlMMllFB单独作用下CD中点挠度：23maxmax2111EI23EfEFbzflMMNc单独作用下CD中点挠度：23max232max211512EI22623EfEfEzlfMNcllNclMNg单独作用下CD中点挠度434max2111EI23EfEzflNglMCD部分均布载荷单独作用时CD中点挠度：2max2/8qEDMql2max23/8qCEMql吉林大学材料力学课程设计15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。25maxmax3maxmax2222max23maxmax113121EI32423EI1712222423EqEDfEqEDfEzzfEqCEfElfMMlMMlMqllMMDF段均布载荷单独作用时CD中点挠度：6max3max2121EI32EqDFfEzfMlMFG段均布载荷单独作用时CD中点挠度：maxmax32z731211fEqFGEMMlEIf综上得：1E2E3E4E5E6E7+0.794EEffffffffmm（3）求DF中点O挠度，在O处加单位力1。max3/4fOMl吉林大学材料力学课程设计16FA单独作用下DF中点挠度：13maxmax2111EI22OfOFazflMMFB单独作用下DF中点挠度：23maxmax2111EI22OfOFbzflMMNc单独作用下DF中点挠度：33max22111EI22OfOzflMNclNg单独作用下DF中点挠度43max42111EI22OfOzflMNglCD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度：53maxmax2111EI22OfOqCDzflMMDF段均布载荷单独作用时DF中点挠度：36maxmax21252EI328OqDFfOzlfMMFG段均布载荷单独作用时DF中点挠度：73maxmax2111EI22OfOqFGzflMM综上得：1234567+19.06OOOOOOOOffffffffmm吉林大学材料力学课程设计17（4）求FG中点K挠度，在K处加单位力1。max4/2fKMlFB单独作用下DF中点挠度：13maxmax2111EI23KfKFazflMMFA单独作用下DF中点挠度：4542maxmax3maxmax254511126EI2223KfKFbfKFbzlllfMMlMMllNc单独作用下DF中点挠度：332max2111EI23KfKzflNglMNg单独作用下DF中点挠度44max434max211512EI22623KfKfKzlfMNgllNglMCD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度：53maxmax2111EI23KqCDfKzflMMDF段均布载荷单独作用时DF中点挠度：6max3max2121EI32KqDFfKzfMlMFG段均布载荷单独作用时DF中点挠度吉林大学材料力学