哈工大材料力学上机实验悬臂梁弯矩挠度 c语言完美整合.docx
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哈工大材料力学上机实验悬臂梁弯矩挠度c语言完美整合
HarbinInstituteofTechnology
课程设计
课程名称：
材料力学
设计题目：
悬臂梁的弯矩及挠度
院系：
机电工程学院
班级：
设计者：
学号：
设计时间：
指导老师：
哈尔滨工业大学
一问题描述：
在悬臂梁条件下，进行材料选取或者探究某材料是否满足设计和使用要求时，如果能够快速计算出材料任意截面的弯矩和挠度，乃至于整体的最大弯矩，最大挠度，则可以起到事半功倍的效果。
为此，我设计了这个c语言程序。
这个c语言程序有以下两个特点：
（1）界面比较友善，可以根据实际要求，具体选择计算的方式。
（2）计算迅速，占用空间小，简单实用，适用面广。
二界面展示及源代码：
（1）主界面：
图一：
主选择界面
这个界面的最显著的特点是：
界面较为友好，清晰；而且用户可以根据实际情况具体选择运用哪种方法进行计算。
具体的选项：
1-8都有文字标注，选择只需输入数字，然后回车便可出现下一步的具体提示。
（2）1：
计算一个力作用下的任意截面的弯矩，挠度：
【1】源代码：
#include
#include
doubleMz,l,a,x,v,E,I,b,F;
main（）
{
printf（"请输入长度l\n"）;
scanf（"%lf",&l）;
printf（"请输入长度a\n"）;
scanf（"%lf",&a）;
printf（"请输入弹性模量E\n"）;
scanf（"%lf",&E）;
printf（"请输入极惯性矩I\n"）;
scanf（"%lf",&I）;
printf（"请输入力F\n"）;
scanf（"%lf",&F）;
printf（"请输入x\n"）;
scanf（"%lf",&x）;
b=l-a;
if（x>0&&x{
Mz=F*（l-a）*x/l;
v=-F*b*x*（l*l-x*x-b*b）/（6*E*I*l）;
printf（"Mz=%f\n",Mz）;
printf（"v=%f\n",v）;
}
elseif（x>a&&x{
Mz=F*a*（l-x）/l;
v=-F*b*（l/b*pow（x-a,3）+（l*l-b*b）*x-x*x*x）/（6*E*I*l）;
printf（"Mz=%f\n",Mz）;
printf（"v=%f\n",v）;
}
else
{
printf（"數值溢出\n"）;
}
}
【2】检验数据：
条件：
L=1m，E=4.5GPa。
I=0.0001m4
，F=1000N，a=0.6m，x=0.3m；
理论运算结果：
Mz=120Nm
V=-0.000033m
【3】程序运行结果：
图二：
程序一运行
结论：
运行结果与理论运算结果相同，可以使用。
（3）一个力偶作用下的任意截面的弯矩，挠度。
【1】源代码：
#include
#include
doubleMz,l,a,x,v,E,I,b,M;
main（）
{
printf（"请输入长度l\n"）;
scanf（"%lf",&l）;
printf（"请输入长度a\n"）;
scanf（"%lf",&a）;
printf（"请输入弹性模量E\n"）;
scanf（"%lf",&E）;
printf（"请输入极惯性矩I\n"）;
scanf（"%lf",&I）;
printf（"请输入弯矩M\n"）;
scanf（"%lf",&M）;
printf（"请输入x\n"）;
scanf（"%lf",&x）;
b=l-a;
if（x>0&&x{
Mz=M*x/l;
v=M*x*（l*l-3*b*b-x*x）/（6*E*I*l）;
printf（"Mz=%f\n",Mz）;
printf（"v=%f\n",v）;
}
elseif（x>a&&x{
Mz=M*（l-x）/l;
v=M*（-x*x*x+3*l*（x-a）*（x-a）+（l*l-3*b*b）*x）;
printf（"Mz=%f\n",Mz）;
printf（"v=%f\n",v）;
}
else
{
printf（"數值溢出\n"）;
}
}
【2】检验数据：
条件：
L=1m，E=4.5GPa。
I=0.0001
m4，M=1000Nm，a=0.6m，x=0.3m；
理论计算结果：
Mz=300.00Nm
V=0.000048m
【3】程序运行结果：
图三：
程序一运行
结论：
运行结果与理论运算结果相同，可以使用。
（4）一段分布力作用下的任意截面的弯矩挠度：
【1】源代码：
#include
#include
doubleq,l,c,d,x,E,I,v,Mz;
doubleC,D,Ec,Fc;
doubleFR1,FR2;
/*函数功能：
奇异函数*/
doubleqiyi（doublex,doubley）
{
if（x<=y）
return0;
if（x>y）
returnx-y;
}
main（）
{
printf（"请输入长度l\n"）;
scanf（"%lf",&l）;
printf（"请输入弹性模量E\n"）;
scanf（"%lf",&E）;
printf（"请输入极惯性矩I\n"）;
scanf（"%lf",&I）;
printf（"请输入分布力q\n"）;
scanf（"%lf",&q）;
printf（"请输入长度c\n"）;
scanf（"%lf",&c）;
printf（"请输入长度d\n"）;
scanf（"%lf",&d）;
printf（"请输入x\n"）;
scanf（"%lf",&x）;
C=qiyi（x,c）;
D=qiyi（x,d）;
FR2=（-q*（d*d-c*c）/2）/l;//求支反力
FR1=-q*（d-c）-FR2;
Ec=-（FR1*pow（l,3）/6-q*pow（l-c,4）/24+q*pow（l-d,4）/24）/E/I/l;
Fc=0;
Mz=（FR1*x-0.5*q*C*C+0.5*q*D*D）;
v=（FR1*pow（x,3）/6-q*pow（C,4）/24+q*pow（D,4）/24）/E/I+Ec*x;
printf（"截面的弯矩为：
%f\n",Mz）;
printf（"截面的挠度为：
%f\n",v）;
}
【2】检验数据：
c，d为q作用的起止长度坐标。
条件：
L=1m，E=4.5GPa。
I=0.0001m4，q=1000N/m，c=0.6m，d=0.8m，x=0.3m；
理论计算结果：
Mz=-18Nm
V=0.000007m
【3】程序运行结果：
图三：
程序一运行
结论：
运行结果与理论运算结果相同，可以使用。
（5）n个力共同作用下的任意截面的弯矩，挠度：
【1】源代码;
#include
#include
doubleMzs,l,a[10],x,vs,E,I,F[10],Mz[10],v[10];
inti,nF;
main（）
{
printf（"请输入长度l\n"）;
scanf（"%lf",&l）;
printf（"请输入弹性模量E\n"）;
scanf（"%lf",&E）;
printf（"请输入极惯性矩I\n"）;
scanf（"%lf",&I）;
printf（"请输入集中载荷F的个nF：
"）;
scanf（"%d",&nF）;
printf（"请输入集中载荷F的值和位置a：
"）;
for（i=0;i{
scanf（"%lf%lf",&F[i],&a[i]）;
}
printf（"请输入x\n"）;
scanf（"%lf",&x）;
for（i=0;i{
if（x>0&&x{
Mz[i]=F[i]*（l-a[i]）*x/l;
v[i]=-F[i]*（l-a[i]）*x*（l*l-x*x-（l-a[i]）*（l-a[i]））/（6*E*I*l）;
}
elseif（x>a[i]&&x{
Mz[i]=F[i]*a[i]*（l-x）/l;
v[i]=-F[i]*（l-a[i]）*（l/（l-a[i]）*pow（x-a[i],3）+（l*l-（l-a[i]）*（l-a[i]））*x-x*x*x）/（6*E*I*l）;
}
Mzs=Mzs+Mz[i];
vs=vs+v[i];
}
printf（"截面的弯矩为%f",Mzs）;
printf（"截面的挠度为%f",vs）;
}
【2】检验数据：
a[n]为F[n]的作用位置坐标。
条件：
L=1m，E=4.5GPa。
I=0.0001m4，F[1]=1000N，F[2]=2000N，a[1]=0.6m，a[2]=0.8m，x=0.4m；
理论计算结果：
Mz=320.00NmV=-0.000088m
【3】程序运行结果：
结论：
运行结果与理论运算结果相同，可以使用。
（6）h个力偶共同作用作用下的任意截面的弯矩，挠度：
【1】源代码：
#include
#include
doubleMz[10],l,b[10],x,v[10],E,I,M[10],Mzs,vs;
inti,nM;
main（）
{
printf（"请输入长度l\n"）;
scanf（"%lf",&l）;
printf（"请输入弹性模量E\n"）;
scanf（"%lf",&E）;
printf（"请输入极惯性矩I\n"）;
scanf（"%lf",&I）;
printf（"请输入外力偶M的个数nM"）;
scanf（"%d",&nM）;
printf（"请输入外力偶值和位置b：
"）;
for（i=0;i{
scanf（"%lf%lf",&M[i],&b[i]）;
}
printf（"请输入x\n"）;
scanf（"%lf",&x）;
for（i=0;i{
if（x>0&&x{
Mz[i]=M[i]*x/l;
v[i]=M[i]*x*（l*l-3*（l-b[i]）*（l-b[i]）-x*x）/（6*E*I*l）;
}
elseif（x>b[i]&&x{
Mz[i]=M[i]*（l-x）/l;
v[i]=M[i]*（-x*x*x+3*l*（x-b[i]）*（x-b[i]）+（l*l-3*（l-b[i]）*（l-b[i]））*x）;
}
Mzs=Mzs+Mz[i];
vs=vs+v[i];
}
printf（"截面的弯矩为%f",Mzs）;
printf（"截面的挠度为%f",vs）;
}
【2】检验数据：
条件：
L=1m，E=4.5GPa。
I=0.0001
m4，M[1]=1000Nm，M[2]=2000Nm，b[1]=0.6m，b[2]=0.7m，x=0.3m；
理论计算结果：
Mz=900.00Nm
V=0.00019m
【3】程序运行结果：
结论：
运行结果与理论运算结果相同，可以使用。
（7）m段分布力共同作用下的任意截面的弯矩，挠度：
【1】源代码：
#include
#include
doubleq[10],l,c[10],d[10],x,E,I,v[10],Mz[10],Mzs,vs;
doubleC[10],D[10],Ec[10],Fc[10];
doubleFR1[10],FR2[10];
inti,nq;
doubleqiyi（doublex,doubley）
{
if（x<=y）
return0;
if（x>y）
returnx-y;
}
main（）
{
printf（"请输入长度l\n"）;
scanf（"%lf",&l）;
printf（"请输入弹性模量E\n"）;
scanf（"%lf",&E）;
printf（"请输入极惯性矩I\n"）;
scanf（"%lf",&I）;
printf（"请输入均布力的个数nq"）;
scanf（"%d",&nq）;
printf（"请输入分布力q的值和位置c,d：
"）;
for（i=0;i{
scanf（"%lf%lf%lf",&q[i],&c[i],&d[i]）;
}
printf（"请输入x\n"）;
scanf（"%lf",&x）;
for（i=0;i{
C[i]=qiyi（x,c[i]）;
D[i]=qiyi（x,d[i]）;
FR2[i]=（-q[i]*（d[i]*d[i]-c[i]*c[i]）/2）/l;//求支反力
FR1[i]=-q[i]*（d[i]-c[i]）-FR2[i];
Ec[i]=-（FR1[i]*pow（l,3）/6-q[i]*pow（l-c[i],4）/24+q[i]*pow（l-d[i],4）/24）/E/I/l;
Mz[i]=（FR1[i]*x-0.5*q[i]*C[i]*C[i]+0.5*q[i]*D[i]*D[i]）;
v[i]=（FR1[i]*pow（x,3）/6-q[i]*pow（C[i],4）/24+q[i]*pow（D[i],4）/24）/E/I+Ec[i]*x;
Mzs=Mzs+Mz[i];
vs=vs+v[i];
}
printf（"截面的弯矩为%f",Mzs）;
printf（"截面的挠度为%f",vs）;
}
【2】检验数据：
条件：
L=1m，E=4.5GPa。
I=0.0001
m4，q[1]=1000Nm，q[2]=2000Nm，c[1]=0.4m，c[2]=0.5m，d[1]=0.6m，d[2]=0.7m，x=0.4m；
理论计算结果：
Mz=-78Nm
V=0.000032m
【3】程序运行结果：
结论：
运行结果与理论运算结果相同，可以使用。
（8）n个力，h个力偶，m段分布力共同作用下的任意截面的弯矩，挠度：
【1】源代码：
#include
#include
doubleF[10],M[10],q[10];//定义各个载荷大小的数组
doubleMz[10],v[10],l,E,I,Mzs,vs,Mzmax,vmax,Mzmin,vmin;//定义杆的基本参数
doublea[10],b[10],c[10],d[10];//定义各个载荷的横坐标
doubleA[10],B[10],C[10],D[10];//定义奇异函数中间变量
doubleEc[10],Fc[10];//定义积分常数
doublex;//定义任一截面横坐标
doubleFR1[10],FR2[10];//定义支反力FR1，FR2
inti,Q;//定义循环变量
intnM,nF,nq,nn;//定义载荷个数
/*函数功能：
奇异函数*/
doubleqiyi（doublex,doubley）
{
if（x<=y）
return0;
if（x>y）
returnx-y;
}
voidps（）
{
printf（"请输入长度l\n"）;
scanf（"%lf",&l）;
printf（"请输入弹性模量E\n"）;
scanf（"%lf",&E）;
printf（"请输入极惯性矩I\n"）;
scanf（"%lf",&I）;
printf（"请输入集中载荷F的个nF：
"）;
scanf（"%d",&nF）;
printf（"请输入集中载荷F的值和位置a：
"）;
for（i=0;i{
scanf（"%lf%lf",&F[i],&a[i]）;
}
printf（"请输入外力偶M的个数nM"）;
scanf（"%d",&nM）;
printf（"请输入外力偶值和位置b：
"）;
for（i=0;i{
scanf（"%lf%lf",&M[i],&b[i]）;
}
printf（"请输入均布力的个数nq"）;
scanf（"%d",&nq）;
printf（"请输入分布力q的值和位置c,d：
"）;
for（i=0;i{
scanf（"%lf%lf%lf",&q[i],&c[i],&d[i]）;
}
printf（"请输入任一截面横坐标x\n"）;
scanf（"%lf",&x）;
nn=nF;//找到最大载荷数
if（nM>nn）
nn=nM;
if（nq>nn）
nn=nq;
}
main（）
{
ps（）;//初始数据输入
for（i=0;i{
A[i]=qiyi（x,a[i]）;
B[i]=qiyi（x,b[i]）;
C[i]=qiyi（x,c[i]）;
D[i]=qiyi（x,d[i]）;
FR2[i]=（M[i]-F[i]*a[i]-q[i]*（d[i]*d[i]-c[i]*c[i]）/2）/l;//求支反力
FR1[i]=-（F[i]+q[i]*（d[i]-c[i]））-FR2[i];
Ec[i]=-（（M[i]*pow（（l-b[i]）,2）/2+F[i]*pow（（l-a[i]）,3）/6+FR1[i]*pow（l,3）/6-q[i]*pow（l-c[i],4）/24+q[i]*pow（l-d[i],4）/24））/E/I/l;//求积分常数
if（x<=b[i]）Q=0;
if（x>b[i]）Q=1;
Mz[i]=（M[i]*Q+F[i]*A[i]+FR1[i]*x）-q[i]*pow（C[i],2）/2+q[i]*pow（D[i],2）/2;
v[i]=（M[i]*pow（B[i],2）/2+F[i]*pow（A[i],3）/6+FR1[i]*pow（x,3）/6）/（E*I）-（q[i]*pow（C[i],4）/24-q[i]*pow（D[i],4）/24）/（E*I）+Ec[i]*x;
Mzs=Mzs+Mz[i];
vs=vs+v[i];}
printf（"截面的弯矩为%f",Mzs）;
printf（"截面的挠度为%f",vs）;
}
【2】检验数据：
条件：
L=1m，E=4.5GPa。
I=0.0001
，F[1]=1000N，F[2]=2000N，a[1]=0.6m，a[2]=0.8m，M[1]=1000Nm，M[2]=2000Nm，b[1]=0.6m，b[2]=0.8mq[1]=1000Nm，q[2]=2000Nm，c[1]=0.4m，c[2]=0.5m，d[1]=0.6m，d[2]=0.7m，x=0.4m；
理论计算结果：
Mz=-1570.00NmV=0.00037m
【3】程序运行结果：
结论：
运行结果与理论运算结果相同，可以使用。
（9）n个力，h个力偶，m段分布力共同作用下的最大弯矩，最大挠度。
【1】源代码：
#include
#include
doubleF[10],M[10],q[10];//定义各个载荷大小的数组
DoubleMz[10],v[10],l,E,I,Mzs[100],vs[100],Mzmax,vmax,Mzmin,vmin;/
doublea[10],b[10],c[10],d[10];//定义各个载荷的横坐标
doubleA[10],B[10],C[10],D[10];//定义奇异函数中间变量
doubleEc[10],Fc[10];//定义积分常数
doublex;//定义任一截面横坐标
doubleFR1[10],FR2[10];//定义支反力FR1，FR2
inti,Q;//定义循环变量
intj;
ntnM,nF,nq,nn;//定义载荷个数
/*函数功能：
奇异函数*/
doubleqiyi（doublex,doubley）
{
if（x<=y）
return0;
if（x>y）
returnx-y;
}
/*函数功能：
初始数据输入*/
voidps（）
{
printf（"请输入长度l\n"）;
scanf（"%lf",&l）;
printf（"请输入弹性模量E\n"）;
scanf（"%lf",&E）;
printf（"请输入极惯性矩I\n"）;
scanf（"%lf",&I）;
printf（"请输入集中载荷F的个nF：
"）;
scanf（"%d",&nF）;
printf（"请输入集中载荷F的值和位置a：
"）;
for（i=0;i{
scanf（"%lf%lf",&F[i],&a[i]）;
}
printf（"请输入外力偶M的个数nM"）;
scanf（"%d",&nM）;
printf（"请输入外力偶值和位置b：
"）;
for（i=0;i{
scanf（"%lf%lf",&M[i],&b[i]）;
}
printf（"请输入均布力的个数nq"）;
scanf（"%d",&nq）;
printf（"请输入分布力q的值和位置c,d：
"）;
for（i=0;i{scanf（"%lf%lf%lf",&q[i],&c[i],&d[i]）;}
printf（"请输入任一截面横坐标x\n"）;
scanf（"%lf",&x）;
nn=nF;//找到最大载荷数
if（nM>nn）
nn=nM;
if（nq>nn）
nn=nq;
}
main（）
{
ps（）;//初始数据输入
for（j=0;j<99;j++）
{
x=j*l/100;
for（i=0;i{
A[i]=qiyi（x,a[i]）;
B[i]=qiyi（x,b[i]）;
C[i]=qiyi（x,c[i]）;
D[i]=qiyi（x,d[i]）;
FR2[i]=（M[i]-F[i]*a[i]-q[i]*（d[i]*d[i]-c[i]*c[i]）/2）/l;//求支反力
FR1[i]=-（F[i]+q[i]*（d[i]-c[i]））-FR2[i]
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