材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告龍門刨床門架計(jì)算

..材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：龍門刨床門架學(xué)號(hào):20097601姓名：張浩指導(dǎo)教師：完成時(shí)間：1.設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)及要求。1.1材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的。本課程設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后,結(jié)合工程實(shí)際中的問(wèn)題,運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法,獨(dú)立地計(jì)算工程中的典型零部件,以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的目的。同時(shí),可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)算方法及手段融為一體,即從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法,又提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用,又為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ),并初步掌握工程設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法,使實(shí)際工作能力有所提高。具體有以下六項(xiàng)：使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化。在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際中的問(wèn)題。由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際,因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識(shí)與專業(yè)需要結(jié)合起來(lái)。綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識(shí),使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。1.2材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求參加設(shè)計(jì)者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法,獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問(wèn)題,畫(huà)出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖,列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計(jì)算公式,獨(dú)立編制計(jì)算程序,通過(guò)計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果,并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)?！?.設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的要求設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)是該題目設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說(shuō)明,要求書(shū)寫(xiě)工整,語(yǔ)言簡(jiǎn)練,條理清晰、明確,表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：①.設(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。②.畫(huà)出結(jié)構(gòu)的受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖,按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。③.靜不定結(jié)構(gòu)要畫(huà)出所選擇的基本靜定系統(tǒng)和及與之相應(yīng)的全部求和過(guò)程。④.畫(huà)出全部?jī)?nèi)力圖,并標(biāo)明可能的各危險(xiǎn)截面。⑤.危險(xiǎn)截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)圖。⑥.各危險(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面的位置。⑦.選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。⑧.列出全部計(jì)算過(guò)程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過(guò)程以及必要的說(shuō)明。⑨.對(duì)變形及剛度分析要寫(xiě)明所用的能量法計(jì)算過(guò)程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。⑩.疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說(shuō)明循環(huán)特性,,,r,,的計(jì)算,所查κ,ε,β各系數(shù)的依據(jù),疲勞強(qiáng)度校核過(guò)程及結(jié)果,并繪出構(gòu)件的持久極限曲線?！?.分析討論及說(shuō)明部分的要求①.分析計(jì)算結(jié)果是否合理,并討論其原因、改進(jìn)措施。②.提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的初步方案及設(shè)想。③.提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議?！?.程序計(jì)算部分的要求①.程序框圖。②計(jì)算機(jī)程序〔含必要的語(yǔ)言說(shuō)明及標(biāo)識(shí)符說(shuō)明。③打印結(jié)果〔數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫(xiě)到設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)上。2.設(shè)計(jì)題目：龍門刨床門架計(jì)算某龍門刨床門架示意圖如圖①所示,可簡(jiǎn)化為圖②所示的鋼架,尺寸如圖②所示。危險(xiǎn)工況有最大切削力F,另外有兩種力矩Me1、Me2,作用位置及作用方式如圖所示。門架材料為灰鑄鐵〔HT250。校核門架的強(qiáng)度。〔取安全系數(shù)n=3求門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。數(shù)據(jù)：F=110kN,Me1=50kN·m,Me2=47kN·m。設(shè)a=0.6m,l=0.8m。查表得：E=100GPa,G=40GPa。①②③④3．超靜定部分分析求解判斷超靜定次數(shù),此結(jié)構(gòu)為12次超靜定結(jié)構(gòu)。分析外載荷F、Me1、Me2分別單獨(dú)作用于結(jié)構(gòu)上的情況。最大水平切削力F單獨(dú)作用時(shí),簡(jiǎn)化受力圖如圖所示。由圖可知,該結(jié)構(gòu)是一個(gè)平面—空間系統(tǒng),因此,在結(jié)構(gòu)的任意橫截面處,作用在此結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的內(nèi)力素均為零,此外,構(gòu)件形狀關(guān)于y軸對(duì)稱,外載荷關(guān)于y軸也對(duì)稱,所以,在結(jié)構(gòu)對(duì)稱面的橫截面處,反對(duì)稱內(nèi)力素也為零。將構(gòu)件沿對(duì)稱面截開(kāi)作為靜定基,加兩對(duì)多余約束力X1、X2,如圖所示。建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件,在截開(kāi)的對(duì)稱面處,相對(duì)轉(zhuǎn)角為零,由正則方程有δ11X1＋δ12X2＋Δ1F＝0δ22X2＋δ21X1＋Δ2F＝0取左半部份分別畫(huà)出靜定基在F/2,X1=1,X2=1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖,如圖所示。由非圓截面扭轉(zhuǎn)公式可得立柱的It＝β1h1b13－β2h2b23＝7.69×10-4m4〔其中h1=0.4,b1=0.3,h2=0.36,b2=0.26,β1=0.179,β2=0,184橫梁對(duì)Y軸的慣性矩：Iy=－=3.14×10-5m4〔其中h1=0.2,b1=0.12,h2=0.18,b2=0.1立柱對(duì)X軸的慣性矩：Ix=－=5.89×10-4m4〔其中h1=0.4,b1=0.3,h2=0.36,b2=0.26由圖形互乘法得：δ11==＋=2.43×10-7m4δ22==＋=2.17×10-7m4δ12=δ21===2.60×10-8m4Δ1F==﹣=-8.58×10-4m4Δ2F==-=-4.01×10-3m4將以上結(jié)果帶入正則方程得：X1=1.57kN·mX2=18.29kN·m〔2力矩Me1單獨(dú)作用于此結(jié)構(gòu)時(shí),該結(jié)構(gòu)為平面對(duì)稱結(jié)構(gòu),Me1為反對(duì)稱載荷,因此,在結(jié)構(gòu)對(duì)稱面的橫截面處,對(duì)稱內(nèi)力素等于零。將構(gòu)件沿對(duì)稱面截開(kāi)作為靜定基,并加兩對(duì)多余約束力X3、X4,如圖所示。建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件,在截開(kāi)的對(duì)稱面處,相對(duì)垂直位移為零,由正則方程有δ33X3＋δ34X4＋Δ3F＝0δ44X4＋δ43X3＋Δ4F＝0取右半部份,分別畫(huà)出靜定基在Me1/2,X3=1,X4=1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖,如圖所示。橫梁對(duì)Z軸的慣性矩：=－=1.38×10-5m4〔其中h1=0.12,b1=0.2,h2=0.1,b2=0.18立柱對(duì)Z軸的慣性矩：=－=3.73×10-4m4〔其中h1=0.3,b1=0.4,h2=0.26,b2=0.36由由圖形互乘法得：δ33==＋=6.76×10-8m4δ44==＋=5.99×10-8m4δ34=δ43===7.72×10-9m4Δ3F==-=-3.21×10-4m4Δ4F==﹣－=﹣3.58×10-3m4將以上結(jié)果帶入正則方程得：X3=-2.11kN·mX4=60.04kN·m〔3力矩Me2單獨(dú)作用于此結(jié)構(gòu)時(shí),該結(jié)構(gòu)為一個(gè)平面空間系統(tǒng),作用在結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的內(nèi)力素為零,此外,該結(jié)構(gòu)關(guān)于y軸對(duì)稱,Me2為作用在其上的對(duì)稱載荷,因此,在結(jié)構(gòu)對(duì)稱面的橫截面處,反對(duì)稱內(nèi)力素等于零。將構(gòu)件沿對(duì)稱面截開(kāi)作為靜定基,并加兩對(duì)多余約束力X5、X6,如圖所示。建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件,在截開(kāi)的對(duì)稱面處,相對(duì)轉(zhuǎn)角為零,由正則方程有δ55X5＋δ56X6＋Δ5F＝0δ66X6＋δ65X5＋Δ6F＝0取左半部份分別畫(huà)出靜定基在Me2/2,X5=1,X6=1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖,如圖所示。由圖形互乘法得：Δ5F=0,Δ6F=0于是可得：X5=0X6=0綜上可得出所有多余約束力,此結(jié)構(gòu)就化為靜定問(wèn)題。門架強(qiáng)度的校核。由于該結(jié)構(gòu)為對(duì)稱結(jié)構(gòu),故可沿對(duì)稱面截出一半,取左半部份對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核,如圖所示,將其分為三部分：橫梁一,橫梁二,立柱,分別對(duì)其進(jìn)行校核。4.1.橫梁一的強(qiáng)度校核：外力分析：橫梁一上作用有多余約束力矩X1和多余約束力X3。內(nèi)力分析：畫(huà)出內(nèi)力圖,如下圖所示,忽略剪力,根據(jù)內(nèi)力圖確定危險(xiǎn)截面,橫梁一受兩向彎曲,左端截面最危險(xiǎn)。由于構(gòu)件的材料為灰鑄鐵,是脆性材料,抗壓不抗拉,因此,危險(xiǎn)點(diǎn)為左端截面的A點(diǎn),如圖所示：Mz,max=X3a=1.266kN·m,My,max=X1=1.57kN·m求得：強(qiáng)度校核：對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析查表2-1得,灰鑄鐵σb=250MPa,n=3故許用應(yīng)力根據(jù)第一強(qiáng)度理論滿足強(qiáng)度條件,因此橫梁一是安全的。4.2.橫梁二的強(qiáng)度校核：外力分析：橫梁二上作用有外載荷以及多余約束力X4和多余約束力矩X2。內(nèi)力分析：畫(huà)出內(nèi)力圖,確定危險(xiǎn)截面。分別畫(huà)出橫梁二的彎矩圖以及扭矩圖,如下所示：〔一彎矩圖〔二扭矩圖由上圖可以看出橫梁二受兩向彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形,危險(xiǎn)截面為左、右兩端截面,強(qiáng)度校核：先對(duì)右端截面進(jìn)行校核,根據(jù)應(yīng)力分析,可以判定出截面上可能的危險(xiǎn)點(diǎn)是B,C,D三點(diǎn)。如圖所示先分析B點(diǎn),B點(diǎn)處正應(yīng)力最大,但扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為零。,得出：由于,所以B點(diǎn)不安全,因而對(duì)于C,D點(diǎn)就沒(méi)有繼續(xù)校核的必要了,因此,橫梁二不滿足強(qiáng)度條件,是不安全的。4.3.立柱的強(qiáng)度校核：外力分析內(nèi)力分析：畫(huà)出內(nèi)力圖,確定危險(xiǎn)截面?！惨粡澗貓D〔二扭矩圖由上述內(nèi)力圖可知,立柱受兩向彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形,危險(xiǎn)截面在立柱固定端,可能危險(xiǎn)點(diǎn)是E、F、G三點(diǎn),如下圖：3.強(qiáng)度校核：<1>.對(duì)E點(diǎn)校核,E點(diǎn)切應(yīng)力為0,僅受正應(yīng)力,由此可得：,由第一強(qiáng)度理論：因此E點(diǎn)滿足強(qiáng)度要求,安全。<2>.對(duì)F點(diǎn)校核,F點(diǎn)同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力。由閉口薄壁桿件的自由扭轉(zhuǎn)公式：在F點(diǎn)處取單元體,如圖所示：所以,由第一強(qiáng)度理論,滿足強(qiáng)度條件,因此F點(diǎn)安全。<3>.對(duì)G點(diǎn)校核,G點(diǎn)同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力,類似于F點(diǎn)。,,由第三強(qiáng)度理論,于是,滿足強(qiáng)度條件,G點(diǎn)安全。綜上所述,立柱滿足強(qiáng)度條件。5.求解門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。5.1z軸方向位移,沿F方向加單位力1,如下圖所示：由上圖,根據(jù)圖形互乘法可得沿F方向的水平位移〔方向與單位力方向相同5.2x軸方向位移,沿x軸方向加單位力1,如圖：〔方向與單位力方向相反5.3y方向位移,沿y軸方向加單位力1,如圖所示：〔方向與單位力方向相同6、改進(jìn)措施由上述校核可知,中間橫梁是不安全的。改進(jìn)方法有：合理設(shè)計(jì)和布置支座。彎矩是引起彎曲變形的主要因素,減小彎矩也就減小應(yīng)力強(qiáng)度。所以在不影響刨床工作的前提下,減小立柱之間的距離。將集中載荷適當(dāng)分散。工程實(shí)際中,若能把集中力變成分散力,也可以去的減小彎矩降低彎曲變形的效果。所以,作用在中間梁上的集中力,應(yīng)盡量靠近支座,以減小彎矩,降低應(yīng)力。選擇合理的截面形狀。梁的合理截面形狀應(yīng)該是：在不加大橫截面面積的條件下,盡量使大一點(diǎn),即應(yīng)使比值大一些,則這樣的截面就既合理、又經(jīng)濟(jì)。經(jīng)分析知,若將矩形截面中在中性軸附近的材料移至到中性軸較遠(yuǎn)處,使截面成為工字型及槽型,則它們要比矩形截面更為合理。合理選材。彎曲變形還與材料的彈性模量E有關(guān)。對(duì)于不同的材料,E數(shù)值越大彎曲變形越小。所以為提高強(qiáng)度,可以選擇高強(qiáng)度鑄鋼。7、C程序部分。#include<stdio.h>voidmain<>{floath1,h2,b1,b2,I,p1A,p1B,p1C,p=250/3;inti;for<i=0;i<4;i++>{printf<"\nInputtheh1,b1,h2,b2\n">;scanf<"%f,%f,%f,%f",&h1,&b1,&h2,&b2>;I=<h1*b1*b1*b1-h2*b2*b2*b2>/12;printf<"I%d=%.2e\n",i+1,I>;}printf<"\nInputthep1A\n">;scanf<"%f",&p1A>;if<p1A<p>printf<"\n1橫梁在A安全。\n">;elseprintf<"\n1橫梁在A不安全。\n">;printf<"\nInputthep1B\n">;scanf<"%f",&p1A>;if<p1B<p>printf<"\n2橫梁在B安全。\n">;elseprintf<"\n2橫梁在B不安全。\n">;printf<"\nInputthep1C\n">;scanf<"%f",&p1C>;if<p1C<p>printf<"\n立柱在C安全.\n">;elseprintf<"\n立柱在C不安全.\n">;}8、設(shè)計(jì)體會(huì)材料力學(xué)是一門被各個(gè)工程廣泛應(yīng)用的學(xué)科,是通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及材料的力學(xué)性能的研究。在保證安全、可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)省的前提下,為構(gòu)件選擇適當(dāng)?shù)牟牧?確定合理的截面形狀和尺寸提供基本理論和計(jì)算方法。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì),我對(duì)材料力學(xué)有了更深一層的認(rèn)識(shí),發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足,自己知識(shí)的很多漏洞,看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏,理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。

對(duì)我而言,知識(shí)上的收獲重