2022年吉林大学材料力学课程设计说明书.docx

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1、精品学习资源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运算方法， 独立的运算工程中的典型零部件， 以到达综合运用材料力学的学问解决实际问题的目的；同时，可以使同学将材料力学的理论和现代运算方法及手段融为一体；既从整体上把握了基本理论和现代的 运算方法，又提高了分析问题、解决问题的才能，又为后继课程零件、专业课等打下基础， 并初步把握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作才能有所提高；详细的有以下六项：1. 使同学的材料力学学问系统化完整化；2. 在全面复习的基础上，运用材料力学学问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

2、设计可以把材料力学学问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学问，使相关学科的只是有机的联系起来；5. 初步明白和把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后置旅行车底盘车架简化后如以下图所示；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；运算过程重忽视圆角的影响，欢迎下载精品学习资源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 及有关数据由下面数表给出；l1 / ml 2 / ml3 / ml4 / ml5 / mh1 / mb1

3、/ mh2 / mb2 / mh3 / mb3 / mt /mE/GPa /MPaFA /N0.0721016026801. 运算前簧固定端 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；fmax 的值及所发生的截面，画出车架挠曲线的大致外形；5.假设壁厚 t 不变，取 h/b=1.5，按等截面梁重新设计车架截面尺寸；三，设计运算过程以下运算 q=15300, FA =2680N, FB =4100N.1，运算前簧固定端 C 处，前簧滑板 D 处、后簧固定端 F 处、后簧滑板 G 处的支反

4、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； 这样此结构梁就满意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；欢迎下载精品学习资源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余外约束， 取静定基的每个跨度皆为简支梁； 这些简支梁在原先的外载荷作用下的弯矩图如以下图所示 ； 为便于运算， 令欢迎下载精品学习资源L0l1, L1l2, L2l 3, L3l 4, L4l5 ；欢迎下载精品学习资源由此可得，w1= 21 qLL1 qL 31113812w2= 21 qLL1 qL

5、32223812w3= 21 qLL1 qL 33333812由上图可知，各个部分形心位置欢迎下载精品学习资源a1=L1 /2,a2=b2=L2 /2,b3=L3 /2.梁在左端和右端分别有外伸部分，M 0FAL026801.1KNm2948KN mM 3FBL441002.1KNm8610KN m依据三弯矩方程：Mn 1 nl2Mnlnln 1Mn 1 n 1l6 wnanlwn 1bn 1 nln 1对跨度 L1 和 L2 写出三弯矩方程为：M L012M1L1L2M L226 w1a1L1w2b2 L2对跨度 L2 和 L3 写出三弯矩方程为：M L122M2L2L3M L336 w2a

6、2Lw3b3 2L3解上面的方程组可得：KNmM2=KNm求得 M1 和 M2 以后，连续连三个跨度的受力情形如下图可以把它们看成三个静定梁， 而且载荷和端截面上的弯矩 余外约束欢迎下载精品学习资源力都是已知的， 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；如图左端部分：欢迎下载精品学习资源Mc=MM1 ql 2Nd 1 l0欢迎下载精品学习资源01112欢迎下载精品学习资源可得到,Nd1=，Nc=Faq l1Nd1欢迎下载精品学习资源同理可得： Nd2=Nf2= Nf1=Ng=其中 Nd=Nd1+Nd2=， Nf=Nf1+Nf2=从而求

7、出前簧固定端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剪力图；单位 N欢迎下载精品学习资源2弯矩图：单位 N.m3, 画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线；欢迎下载精品学习资源弯曲正应力的最大值为：MmaxymaxIz其中 I z 可由公式： I zb h3b2t h2t 312求得I z11.9625 106I z 23.755833 106I z32.76417 106各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线如以下图；4， .用能量法求出车架最大挠度fmax 的值及所发生的截面，画出车架挠曲线的大致外形；解：求出车架上特

8、别点的挠度， 其中最大的就是车架最大挠度所在截面；为了便于运算，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；欢迎下载精品学习资源依据上图，作出每个载荷单独作用时的弯矩图：Fa 单独作用时 M Fa maxFal1l2 Fb 单独作用时 M Fb maxFb l4l5 Nc 单独作用时欢迎下载精品学习资源Ng 单独作用CD 部分均布载荷单独作用时MqCD maxq l222DF 段均布载荷单独作用时Mq l823qDF maxFG 段单独作用时 Mq l224qFG max欢迎下载精品学习资源1求 A 点挠度M fA maxl1l 2欢迎下载精品学习资源n在 A 端加单位力，

9、弯矩图如上图所示；由图乘法可知：w MiCii 1EI iFa 单独作用下 A 点挠度：l1fA11EI z112l1l 2l1l12 l1M fA maxM Fa max3 l1l 21EI z2l2l1l1M fA maxl2l1l12l 2M Fa max1EI z212 l1l22l2MfA maxl1l12l23l2MFa max12l M1fA max23MFa maxFb 单独作用下 A 点挠度：fA 21EIz21 l M23fA max1 M3Fb maxNc 单独作用下 A 点挠度：1EIz212l1fA 3l2 Nc l 2l12l23l2M fAmax12l3Nc l2

10、23M fA maxNg 单独作用下 A 点挠度f1A 41 l3Ng l41 MfAmaxEIz223CD 部分均布载荷单独作用时 A 点挠度：欢迎下载精品学习资源fA 51EIz213l1M qCD max l2l13l 24l2M fA max1 l M3fAmax22 MqCD max3DF 段均布载荷单独作用时 A 点挠度：fA 61EIz22 M3qDF max 3l1 M2fA maxFG 段均布载荷单独作用时 A 点挠度：f1A 7EIz221 l M3fA max1 M3qFG max综上得： fAf A1f A2f A3 +f A4f A5f A6f A75.3mm2求 C

11、D 中点 E 挠度，在 E 处加单位力 1； M fE maxl 2 /Fa 单独作用下 CD 中点挠度：fE11EIz21 l22 2l1M fE maxl15l 26l2M Fa max1 l M3fE max22 MFa max3Fb 单独作用下 CD 中点挠度：fE 21EIz21 l M23fE max1 M3Fb maxNc 单独作用下 CD 中点挠度：f1E 31 l2 MfE max5 Nc l21 l3Nc l22 MfE max2EIz22 2623欢迎下载精品学习资源Ng 单独作用下 CD 中点挠度欢迎下载精品学习资源lNg l11fE 4341M fE max欢迎下载精

12、品学习资源EIz223CD 部分均布载荷单独作用时 CD 中点挠度：欢迎下载精品学习资源Mq l2 / 8M3q l2 / 8欢迎下载精品学习资源qED max2qCE max2为便于运算，将 CD 部分一分为二，分别画出其弯矩图；然后图乘；欢迎下载精品学习资源fE 511 Ml2qED max31lMM fE max3qED max21M fE max欢迎下载精品学习资源EIz232423EI z2欢迎下载精品学习资源1 l 2 M7 q l 21 lM2 M欢迎下载精品学习资源fE max23qCE maxfE max欢迎下载精品学习资源2 22423DF 段均布载荷单独作用时 CD 中点

13、挠度：欢迎下载精品学习资源fE 612MlqDF max 31M fE max欢迎下载精品学习资源EIz232FG 段均布载荷单独作用时 CD 中点挠度：欢迎下载精品学习资源lM11E73qFG max1M fE max欢迎下载精品学习资源EIz223欢迎下载精品学习资源综上得： fEfE1f E2f E3 +f E4f E5fE6fE70.794mm欢迎下载精品学习资源3求 DF 中点 O 挠度，在 O 处加单位力 1； MfO maxl3 / 4欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Fa 单独作用下 DF 中点挠度：fO 11EI z21 l23MfO max1 M2Fa maxFb 单

14、独作用下 DF 中点挠度：fO 21EIz21 l23MfO max1 M2Fb maxNc 单独作用下 DF 中点挠度：fO 31EIz21 l23MfOmax1 Nc l22Ng 单独作用下 DF 中点挠度fO 41EI z21 l23MfOmax1 Ng l24CD 部分均布载荷单独作用时DF 中点挠度：fO 51EIz21 l23MfOmax1 M2qCD maxDF 段均布载荷单独作用时 DF 中点挠度：f1O 622 Ml3qDF max5 MfO maxEIz2328欢迎下载精品学习资源FG 段均布载荷单独作用时 DF 中点挠度：欢迎下载精品学习资源f11 lM1 M欢迎下载精品

15、学习资源O 73fO maxqFG max欢迎下载精品学习资源EIz222欢迎下载精品学习资源综上得： fOfO1fO 2fO3 +fO 4f O5fO 6fO 719.06mm欢迎下载精品学习资源4求 FG 中点 K 挠度，在 K 处加单位力 1； MfK maxl 4 / 2欢迎下载精品学习资源Fb 单独作用下 DF 中点挠度：11l MfK 13fK max1M Fa max欢迎下载精品学习资源EI z223Fa 单独作用下 DF 中点挠度：欢迎下载精品学习资源11 l4l5l45612欢迎下载精品学习资源fK 2M fK maxM Fb maxl3 MfK maxM Fb max欢迎下

16、载精品学习资源EI z22 2l5l423Nc 单独作用下 DF 中点挠度：K 332f11 lNg l1 M欢迎下载精品学习资源EIz 223fK max欢迎下载精品学习资源Ng 单独作用下 DF 中点挠度欢迎下载精品学习资源K 4f11 l 4 M5 Ng l1 lNg l2 M欢迎下载精品学习资源2 2623EI z2fK max434fK max欢迎下载精品学习资源CD 部分均布载荷单独作用时 DF 中点挠度：f11 lM1 M欢迎下载精品学习资源K 53qCD maxfK max欢迎下载精品学习资源EIz 223DF 段均布载荷单独作用时 DF 中点挠度：欢迎下载精品学习资源fK 6

17、1EI z22 M3qDF max 3l1 M2fK maxFG 段均布载荷单独作用时 DF 中点挠度fK 711 Ml4qFK maxEI z2323M fK max412l3M qFK max23MfK max1EIz21 l 42 2MfK max7 q l24241 l23MqKG max2 M3fk max综上得： fKf K 1f K 2f K 3 +f K 4fK 5f K 6fK 71.90mm5求 B 端挠度，在 B 处加单位力 1； M fB maxl4l5Fa 单独作用下 B 点挠度：欢迎下载精品学习资源f11 l M1 M欢迎下载精品学习资源B13fB maxFa ma

18、x欢迎下载精品学习资源EI z223欢迎下载精品学习资源Fb 单独作用下 B 点挠度：ll4欢迎下载精品学习资源fB 211l5l5M fB max2l5M Fb max1l5l4M fB max52 M Fb max欢迎下载精品学习资源EIz32l4l53 l4l5EI z2l4l5l4l5欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源411l 2Ml2l 453M1 l M2 M欢迎下载精品学习资源EI2 llfB maxllFb max2 5fBmax3Fb max欢迎下载精品学习资源z24554Nc 单独作用下 B 点挠度：B 332f11 lNc l1 M欢迎下载精品学习资源EI z 22

19、3fB max欢迎下载精品学习资源Ng 单独作用下 B 点挠度l2l 4欢迎下载精品学习资源115312欢迎下载精品学习资源fB 4l4 Ng l 4M fB maxl 3 Ng l4M fB max欢迎下载精品学习资源EIz22l5l423CD 部分均布载荷单独作用时 B 点挠度：欢迎下载精品学习资源l M11fB 53fB max1M qCD max欢迎下载精品学习资源EI z223DF 段均布载荷单独作用时 B 点挠度欢迎下载精品学习资源fB 612MlqDF max 31M fB max欢迎下载精品学习资源EIz232FG 段均布载荷单独作用时 B 点挠度：欢迎下载精品学习资源11l5

20、3l 4412欢迎下载精品学习资源fB 7M qFG max l4M fB maxl 3M fB maxM qFG max欢迎下载精品学习资源EIz23l 5l423综上得：欢迎下载精品学习资源f Bf B1f B 2f B3 +f B 4fB5f B6f B 755.2mm欢迎下载精品学习资源由以上运算，可以得到车架在 B 端得挠度最大fmax车架挠曲线如以下图所示，单位mm.5.假设壁厚 t 不变，取 h/b=1.5，按等截面梁重新设计车架截面尺寸；解：依据弯曲正应力的强度条件欢迎下载精品学习资源maxM max欢迎下载精品学习资源Wz由弯矩图可知，最大弯矩发生在DF 段距 D 点处的截面

21、：欢迎下载精品学习资源M Z max18920.62N m欢迎下载精品学习资源MmaxWzWIzb* h3b2t3 /12z2t* hh / 2b* h2 6b2t h2t3 6hh / bY1.5依据上述方程组，经 mathematica软件求得：其中 b,h0,所以按等截面梁重新设计的车架截面尺寸为： h=,b=.四，程序运算部分程序框架图欢迎下载精品学习资源程序如下： #include #define PA 2680 maindouble l0=1.1,l1=1.6,l2=3.1,l3=1.6,l4=2.1;double A1=l1/2,A2=l2/2,B2=l2/2,B3=l3/2;

22、double M0,M1,M2,M3,w1,w2,w3,H,G;double NC,ND,NF,ND1,ND2,NF1,NF2,NG,PB,q;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;int n;lz1=b1*h1*h1*h1-b1-2*t*h1-2*t*h1-2*t*h1-2*t/12;欢迎下载精品学习资源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

23、*h3-2*t/12; printflz1=%enlz2=%enlz3=%en,lz1,lz2,lz3; forn=1;n=10;n+printfEnter q,PB:n;scanf%lf,%lf,&q,&PB; printfq=%e,PB=%en,q,PB; w1=q*l1*l1*l1/12; w2=q*l2*l2*l2/12; w3=q*l3*l3*l3/12;M0=-PA*l0;M3=-PB*l4;H=-6*w2*A2/l2+w3*B3/l3-M3*l3; G=-6*w1*A1/l1+w2*B2/l2-M0*l1;M1=H*l2-G*2*l1+l2/l2*l2-4*l1+l2*l1+l2

24、;M2=H-M1*l2/2*l1+l2; ND1=-M0-q*l1*l1/2+M1/l1; NC=PA+q*l1-ND1;NF1=-M3-q*l3*l3/2+M2/l3; NG=PB+q*l3-NF1;ND2=-q*l2*l2/2+M1+M2/l2; NF2=q*l2-ND2;欢迎下载精品学习资源ND=ND1+ND2;NF=NF1+NF2;printfThe result is:n;printfM1=%enM2=%en,M1,M2; printfNC=%enND=%enNF=%enNG=%en,NC,ND,NF,NG;结果执行如以下图：五设计体会欢迎下载精品学习资源经过本次材料力学课程设计，使我更好的把握了所学的材料力学知识，并且进一步的稳固了 C 语言程序设计、 CAD 软件、 mathematica软件的应用；能够将这些学问有机的结合起来解决工程中的实际问 题，到达了理论联系实际的目的； 以后必将更加努力进行这方面的练习和实践；六，参考书目录；材料力学聂毓琴孟广伟 主编机械工业出版社材料力学试验与课程设计聂毓琴 吴宏 主编 机械工业出版社电脑绘图有用教程侯洪生 主编科学出版社C 程序设计谭浩强主编清华高校出版社欢迎下载