HZ140TR2后置旅游車底盤車架的靜力分析及強度、剛度計算

1、太原理工大學2013年材料力學課程設計設計題目：HZ140TR2后置旅游車底盤車架的靜力分析及強度、剛度計算姓名：學號：學院：車輛工程學院專業(yè)：聯(lián)系電話子郵件：目錄一、材料力學課程設計的目的1二、材料力學課程設計的任務和要求1、設計計算說明書的要求12、分析討論及說明部分的要求23、程序計算部分的要求2三、設計題目2四、求解過程31、求支座反力32、車架內(nèi)力圖73、各截面上彎曲正應力最大值沿軸線方向的變化曲線94、求車架最大撓度fmax的值及所發(fā)生的截面，畫出車架撓曲線的大致形狀95、若壁厚t不變，取h/b=1.5，按等截面梁重新設計車架截面尺寸10五、設計感想11六

2、、參考文獻11附錄部分運算程序段及結(jié)果截圖12一、材料力學課程設計的目的本課程設計的目的是在于系統(tǒng)學習完材料力學之后，能結(jié)合工程中的實際問題，運用材料力學的基本理論和計算方法，獨立的計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學的知識解決實際問題的目的。同時，可以使學生將材料力學的理論和現(xiàn)代計算方法及手段融為一體。既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力，既是為以前所學知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等）的綜合應用，又為后繼課程（零件、專業(yè)課等）打下基礎，并初步掌握工程中的設計思想和設計方法，對實際工作能力有所提高。具體的有以下六

3、項：1.使學生的材料力學知識系統(tǒng)化完整化；2.在全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程中的實際問題；3.由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設計可以把材料力學知識與專業(yè)需要結(jié)合起來；4.綜合運用以前所學習的各門課程的知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等），使相關學科的只是有機的聯(lián)系起來；5.初步了解和掌握工程實踐中的設計思想和設計方法；6.為后續(xù)課程的教學打下基礎。材料力學課程設計的任務和要求參加設計者要系統(tǒng)復習材料力學課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設計題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導出計算公式，獨立編制計算機程序

4、，通過計算機給出計算結(jié)果并完成了設計說明書。二、材料力學課程設計的任務和要求、設計計算說明書的要求設計計算說明書是該題目設計思想、設計方法和設計結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡潔，條理清晰、明確，表達完整。具體內(nèi)容應包括：（1）設計題目的已知條件、所求及零件圖。（2）畫出構(gòu)件的受力分析計算簡圖，按比例標明尺寸、載荷及支座等。（3）.靜不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應的全部求解過程。（4）. 畫出全部內(nèi)力圖，并表面可能的各危險截面。（5）. 各危險截面上各種應力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應力狀態(tài)圖。（6）. 各危險點的主應力大小及主平面的位置。（7）. 選擇強度理論并建立強度

5、條件。（8）. 列出全部計算過程的理論依據(jù)、公式推導過程及必要的說明。（9）. 對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。（10）. 疲勞強度計算部分要說明循環(huán)特征，max，min，r，m，a的計算，所查各系數(shù)的，,，依據(jù)，疲勞強度校核過程及結(jié)果，并繪出構(gòu)件的持久曲線。2、分析討論及說明部分的要求（1）. 分析計算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進措施。（2）. 提出改進設計的初步方案及設想。（3）. 提高強度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。3、程序計算部分的要求（1）. 程序框圖。（2）. 計算機程序（含必要的說明語言及標識符說明）。（3）. 打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設

6、計計算說明書上）。三、設計題目HZ140TR2后置旅游車底盤車架簡化后如下圖所示。滿載時受重力FA作用，后部受重力FB作用，乘客區(qū)均布載荷為q（含部分車身重），梁為變截面梁。計算過程中忽略圓角影響，并把梁抽象為等厚閉口薄壁矩形截面的階梯梁。材料的彈性模量E，許用應力及有關數(shù)據(jù)有表7-1給出。其他數(shù)據(jù)選取設計計算數(shù)據(jù)第一組中的FB=4100N,q=15600N/m.表7-1 固定數(shù)據(jù) 1.1 1.6 3.1 1.6 2.1 0.1 0.06 0.12t/mE/GPa/MPa/N0.08 0.11 0.07 0.005210 160 26801.計算前簧固定端C處，前簧滑板D處、后簧固定端F處、后

7、簧滑板G處的支反力。2.畫出車架的內(nèi)力圖。3.畫出各截面上彎曲正應力最大值沿軸線方向的變化曲線。4.用能量法求出車架最大撓度的值及所發(fā)生的截面，畫出車架撓曲線的大致形狀。5.若壁厚t不變，取h/b=1.5，按等截面梁重新設計車架截面尺寸。11四、求解過程1、求支座反力此結(jié)構(gòu)為三次超靜定結(jié)構(gòu)，但整個結(jié)構(gòu)在水平方向上不受外力，因此可以簡化為二次超靜定結(jié)構(gòu)。去掉C、G兩支座，加上外力X1、X2，靜定基如圖所示：FAq FB A C D F G B X1 X2列出力法正則方程為：（1）FA單獨作用時： （2）FB單獨作用時：（3）分布載荷q作用時，分3段： CD部分均布載荷單獨作用時 DF段均布載荷單

8、獨作用時 FG段單獨作用時X1處加單位力1單獨作用時： 1*l2 A C D F G B由此圖可得： X2處加單位力1單獨作用時：1*l4 A C D F G B由此圖可得：由互等定理可知，由公式得到，同理可得：由圖乘法可算得：代入力法正則方程解得：即 FC=10294.65NFG=16125.05N設D、F處支座反力為FD、FF，取向上為正，列平衡方程：解上式得：綜上，向上，向上，向上，向上2、車架內(nèi)力圖（1）剪力圖車架所受剪力方程為(單位:N)：剪力圖為： 24176.82N 12444.95N 7614.65N 4090N-2680N-12035.05N-16865.35N-23253.

9、18N(2)彎矩圖對剪力方程積分得到彎矩方程為：由彎矩方程連續(xù)性可知，分界點處彎矩相等且A、B兩點彎矩為零，即：故彎矩方程為(單位:Nm):則彎矩圖為：-10348.60Nm -8916.92Nm-8589Nm -3855.68Nm-2948Nm -1053.17Nm 8753.36Nm3、各截面上彎曲正應力最大值沿軸線方向的變化曲線根據(jù)上題中的彎矩方程和公式可計算出各截面上彎曲正應力的最大值,最大正應力沿軸線變化的方程為(單位:MPa):則最大正應力沿軸線方向變化曲線為: 139.86 -47.09 -75.11-142.42 -16.82 -165031 -170.90-61.55-137

10、.164、求車架最大撓度fmax的值及所發(fā)生的截面，畫出車架撓曲線的大致形狀已知車架彎矩方程以及車架各部分的抗彎剛度EIZ,在A端加上單位力1,用圖乘法求得A處的撓度為,同理可以求得B處撓度為,經(jīng)過分析可知,車架最大撓度在B截面且.撓曲線大致形狀如下圖：5、若壁厚t不變，取h/b=1.5，按等截面梁重新設計車架截面尺寸重新設計截面梁的截面尺寸時的主要依據(jù)是使截面上的最大彎曲正應力小于許用應力。根據(jù)彎矩圖可以判斷最大彎矩發(fā)生的截面，最大彎矩已知，想要改變最大正應力的大小，就需要根據(jù)重新設計截面的尺寸。根據(jù)彎曲正應力的強度條件由彎矩圖可知，最大彎矩發(fā)生在前簧滑板D處的截面：帶入數(shù)據(jù)解得：h=0.1

11、22mb=0.081m五、設計感想通過材料力學課程設計首先我體驗到了自己知識的缺乏，僅是學習課本會做課本上的習題是解決不了工程實際問題的。至少目前是這樣，目前所學的知識僅僅是可以去做做課后習題。在做課程設計的時候，我使用了很多工具，我查了很多資料，利用網(wǎng)絡和圖書管的網(wǎng)上資源可以查到自己想要找的參考書籍。另外在材料力學課程設計的過程中，解決工程實際問題的一般方法是把實際問題抽象成力學模型，并通過對力學模型的分析建立平衡方程，從而得到計算結(jié)果?？傮w感覺在材料力學課程設計的時候涉及的知識方面很廣，從CAD畫出一般的受力圖，到MATLAB根據(jù)方程畫出內(nèi)力圖，并使用MATLAB繪圖工具進行編輯。從使用力

12、學知識進行力學分析，到使用WORD編輯文檔。每一項想要做好都不是意見簡單的事情，比如最簡單的WORD，在編輯的時候可以使用標題，導航等各種工具以方便進行文檔排版和設計，還有頁眉頁腳等使文檔排版更加美觀。在做這些事情的時候，我覺得一篇文章就是一個學生綜合能力的反映，也是學生對待課程設計態(tài)度的反映。通過設計我的能力應該是得到了提高，在做設計的過程中，我對自己的設計過程最為不滿的是自己的做題過程非常緩慢，相對于同班同學的平均時間，我大概多用了三四天的時間。在設計過程中，我主要是重新復習了MATLAB的使用方法，并且學習了一些需要用到但是還沒有學到的力學方面的知識，同時也參考了在網(wǎng)絡上下載的一篇論文。

13、雖然我使用了一周左右是的時間寫這篇論文，但是對自己的作品還是不太滿意。六、參考文獻聶毓琴 吳宏材料力學實驗與課程設計.2006.機械工業(yè)出版社聶毓琴 孟廣偉材料力學.2009.機械工業(yè)出版社譚浩強C語言程序設計（第四版）.2010.清華大學出版社朱偉明 孟廣偉材料力學全解.2009.吉林大學出版社李輝來 大學數(shù)學課程實驗.2008.高等教育出版社附錄部分運算程序段及結(jié)果截圖C語言程序段：#include<stdio.h> #define FA 2680 main() double l0=1.1,l1=1.6,l2=3.1,l3=1.6,l4=2.1; double A1=l1/2,

14、A2=l2/2,B2=l2/2,B3=l3/2; double M0,M1,M2,M3,w1,w2,w3,H,G; double FC,FD,FF,FD1,FD2,FF1,FF2,FG,FB,q,FZ; double lz1,lz2,lz3; double b1=0.06,h1=0.1,b2=0.08,h2=0.12,b3=0.07,h3=0.11,t=0.005; /*"定義變量的值"*/ int n; 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)*(h

15、2-2*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; /*"計算個截面的慣性矩"*/ printf("lz1=%enlz2=%enlz3=%en",lz1,lz2,lz3); for(n=1;n<=10;n+) printf("Enter q,FB:n"); /*"輸入?yún)⒆兞縁B和q"*/ scanf("%lf,%lf",&q,&FB); printf(&q

16、uot;q=%e,FB=%en",q,FB); w1=q*l1*l1*l1/12; w2=q*l2*l2*l2/12; w3=q*l3*l3*l3/12; /*"計算各段力矩所圍的面積"*/ M0=-FA*l0; M3=-FB*l4; /*"計算M0和M3的值"*/ H=-6*(w2*A2/l2+w3*B3/l3)-M3*l3; G=-6*(w1*A1/l1+w2*B2/l2)-M0*l1; /*簡化方程的計算和表達*/ M1=(H*l2-G*2*(l1+l2)/(l2*l2-4*(l1+l2)*(l1+l2); M2=(H-M1*l2)/(2*(l1+l2); /*L1=L3簡化計算得到M1和M2*/ FD1=-(-M0-q*l1*l1/2+M1)/l1; /*- M0=FA*L0*/