材料力学课程设计车架的静力及强度刚度分析.docx
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材料力学课程设计车架的静力及强度刚度分析
材料力学课程设计
设计题目：
HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力及强度刚度分析
目录
一、课程设计的目的…………………………………2
二、设计题目…………………………………………2
三、设计计算过程……………………………………3
1、计算C、D、F、G处支反力……………………………………………3
2、画出车架内力图………………………………………………………6
3、画出截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线……………8
4、求最大挠度并画出挠度曲线…………………………………………9
5、按等截面梁重新设计车架截面尺寸…………………………………17
四、程序设计…………………………………………17
五、设计体会…………………………………………20
六、参考书目录………………………………………20
一、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，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[σ]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
0.12
t/m
E/GPa
[σ]/MPa
/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=16000,=2680N,=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。
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。
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。
由上图可知，各个部分形心位置
a1=/2,a2=b2=/2,b3=/2.
由此可得，
w1=
w2=
w3=
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
根据三弯矩方程：
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：
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。
对AD段受力分析：
对DF段受力分析：
对BF段受力分析：
解上述方程组可得各点支反力如下表：
受力
大小（N）
10500.19
43164.10
36405.96
18209.75
2．画出车架的内力图
（1）剪力图。
单位（KN）
（2）弯矩图：
单位（N.m）
3．画出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，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
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：
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：
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：
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：
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
49.5mm
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度条件
由弯矩图可知，最大弯矩发生在D点处。
根据上述方程组，经过matlab运算如下：
所以结果b=0.0833m;h=1.5*b=0.1250m。
四、程序设计
#include
main（）
{doubleFA=2680;
doublel0=1.1,l1=1.6,l2=3.1,l3=1.6,l4=2.1;
doubleA1=l1/2,A2=l2/2,B2=l2/2,B3=l3/2;
doubleM0,M1,M2,M3,w1,w2,w3;
doubleNC,ND,NF,ND1,ND2,NF1,NF2,NG,FB,q;
doublelz1,lz2,lz3;
doubleb1=0.06,h1=0.1,b2=0.08,h2=0.12,b3=0.07,h3=0.11,t=0.005;
intn;
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=%e\nlz2=%e\nlz3=%e\n",lz1,lz2,lz3）;
printf（"Enterq,FB:
\n"）;
scanf（"%lf,%lf",&q,&FB）;
printf（"q=%e,FB=%e\n",q,FB）;
w1=q*l1*l1*l1/12;
w2=q*l2*l2*l2/12;
w3=q*l3*l3*l3/12;
M0=-FA*l0;
M3=-FB*l4;
M1=（（-6*（w2*A2/l2+w3*B3/l3）-M3*l3）*l2-（-6*（w1*A1/l1+w2*B2/l2）-M0*l1）*2*（l1+l2））/（l2*l2-4*（l1+l2）*（l1+l2））;
M2=（（-6*（w2*A2/l2+w3*B3/l3）-M3*l3）-M1*l2）/（2*（l1+l2））;
ND1=-（-M0-q*l1*l1/2+M1）/l1;
NC=FA+q*l1-ND1;
NF1=-（-M3-q*l3*l3/2+M2）/l3;
NG=FB+q*l3-NF1;
ND2=-（-q*l2*l2/2+M1-M2）/l2;
NF2=q*l2-ND2;
ND=ND1+ND2;
NF=NF1+NF2;
printf（"Theresultis:
\n"）;
printf（"M1=%e\nM2=%e\n",M1,M2）;
printf（"FC=%e\nFD=%e\nFF=%e\nFG=%e\n",NC,ND,NF,NG）;
printf（"FD1=%e\nFD2=%e\nFF2=%e\nFF1=%e\n",ND1,ND2,NF2,NF1）;
}
C语言运行结果：
2、MATLAB程序
>>clearall
>>symsb;
>>vpa（expand（2.25*b^3/6-（（b-0.01）*（1.5*b-0.01）^3）/（9*b）-10.916/160000））
ans=
0.01125*b^2-0.0000000011111111111111111111111111111111/b-0.000125*b-0.000067613888888888893821922037524135
>>p=[0.01125,-0.000125,-0.00006761,-0.00000000111];
>>r=ro
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