HZ140TR2后置旅游車底盤車架的靜力分析及強(qiáng)度、剛度計(jì)算

1、太原理工大學(xué)2013年材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：HZ140TR2后置旅游車底盤車架的靜力分析及強(qiáng)度、剛度計(jì)算姓名：學(xué)號：學(xué)院：車輛工程學(xué)院專業(yè)：聯(lián)系電話子郵件：目錄一、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的1二、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求12、分析討論及說明部分的要求23、程序計(jì)算部分的要求2三、設(shè)計(jì)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(yīng)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(shè)計(jì)車架截面尺寸10五、設(shè)計(jì)感想11六

2、、參考文獻(xiàn)11附錄部分運(yùn)算程序段及結(jié)果截圖12一、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的本課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)學(xué)習(xí)完材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，獨(dú)立的計(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)的知識解決實(shí)際問題的目的。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。既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力，既是為以前所學(xué)知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合應(yīng)用，又為后繼課程（零件、專業(yè)課等）打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對實(shí)際工作能力有所提高。具體的有以下六

3、項(xiàng)：1.使學(xué)生的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化完整化；2.在全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識解決工程中的實(shí)際問題；3.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)知識與專業(yè)需要結(jié)合起來；4.綜合運(yùn)用以前所學(xué)習(xí)的各門課程的知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等），使相關(guān)學(xué)科的只是有機(jī)的聯(lián)系起來；5.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；6.為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。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題，畫出受力分析計(jì)算簡圖和內(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)算機(jī)程序

4、，通過計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果并完成了設(shè)計(jì)說明書。二、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求設(shè)計(jì)計(jì)算說明書是該題目設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡潔，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）畫出構(gòu)件的受力分析計(jì)算簡圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。（3）.靜不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應(yīng)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(xiǎn)截面。（5）. 各危險(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

5、條件。（8）. 列出全部計(jì)算過程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)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(jì)算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。（10）. 疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說明循環(huán)特征，max，min，r，m，a的計(jì)算，所查各系數(shù)的，,，依據(jù)，疲勞強(qiáng)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(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。3、程序計(jì)算部分的要求（1）. 程序框圖。（2）. 計(jì)算機(jī)程序（含必要的說明語言及標(biāo)識符說明）。（3）. 打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)

6、計(jì)計(jì)算說明書上）。三、設(shè)計(jì)題目HZ140TR2后置旅游車底盤車架簡化后如下圖所示。滿載時(shí)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(jì)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(yīng)力及有關(guān)數(shù)據(jù)有表7-1給出。其他數(shù)據(jù)選取設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)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(yīng)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(shè)計(jì)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(gè)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(dú)作用時(shí)： （2）FB單獨(dú)作用時(shí)：（3）分布載荷q作用時(shí)，分3段： CD部分均布載荷單獨(dú)作用時(shí) DF段均布載荷單

8、獨(dú)作用時(shí) FG段單獨(dú)作用時(shí)X1處加單位力1單獨(dú)作用時(shí)： 1*l2 A C D F G B由此圖可得： X2處加單位力1單獨(dú)作用時(shí)：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(shè)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(diǎn)處彎矩相等且A、B兩點(diǎn)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(yīng)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(jì)算出各截面上彎曲正應(yīng)力的最大值,最大正應(yīng)力沿軸線變化的方程為(單位:MPa):則最大正應(yīng)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(shè)計(jì)車架截面尺寸重新設(shè)計(jì)截面梁的截面尺寸時(shí)的主要依據(jù)是使截面上的最大彎曲正應(yīng)力小于許用應(yīng)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(yīng)力的大小，就需要根據(jù)重新設(shè)計(jì)截面的尺寸。根據(jù)彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)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(shè)計(jì)感想通過材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)首先我體驗(yàn)到了自己知識的缺乏，僅是學(xué)習(xí)課本會做課本上的習(xí)題是解決不了工程實(shí)際問題的。至少目前是這樣，目前所學(xué)的知識僅僅是可以去做做課后習(xí)題。在做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，我使用了很多工具，我查了很多資料，利用網(wǎng)絡(luò)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(xué)課程設(shè)計(jì)的過程中，解決工程實(shí)際問題的一般方法是把實(shí)際問題抽象成力學(xué)模型，并通過對力學(xué)模型的分析建立平衡方程，從而得到計(jì)算結(jié)果?？傮w感覺在材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的時(shí)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(jìn)行編輯。從使用力

12、學(xué)知識進(jìn)行力學(xué)分析，到使用WORD編輯文檔。每一項(xiàng)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(shí)候可以使用標(biāo)題，導(dǎo)航等各種工具以方便進(jìn)行文檔排版和設(shè)計(jì)，還有頁眉頁腳等使文檔排版更加美觀。在做這些事情的時(shí)候，我覺得一篇文章就是一個(gè)學(xué)生綜合能力的反映，也是學(xué)生對待課程設(shè)計(jì)態(tài)度的反映。通過設(shè)計(jì)我的能力應(yīng)該是得到了提高，在做設(shè)計(jì)的過程中，我對自己的設(shè)計(jì)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(xué)的平均時(shí)間，我大概多用了三四天的時(shí)間。在設(shè)計(jì)過程中，我主要是重新復(fù)習(xí)了MATLAB的使用方法，并且學(xué)習(xí)了一些需要用到但是還沒有學(xué)到的力學(xué)方面的知識，同時(shí)也參考了在網(wǎng)絡(luò)上下載的一篇論文。

13、雖然我使用了一周左右是的時(shí)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(xiàn)聶毓琴 吳宏材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).2006.機(jī)械工業(yè)出版社聶毓琴 孟廣偉材料力學(xué).2009.機(jī)械工業(yè)出版社譚浩強(qiáng)C語言程序設(shè)計(jì)（第四版）.2010.清華大學(xué)出版社朱偉明 孟廣偉材料力學(xué)全解.2009.吉林大學(xué)出版社李輝來 大學(xué)數(shù)學(xué)課程實(shí)驗(yàn).2008.高等教育出版社附錄部分運(yùn)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(jì)算個(gè)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(jì)算各段力矩所圍的面積"*/ M0=-FA*l0; M3=-FB*l4; /*"計(jì)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(jì)算和表達(dá)*/ 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(jì)算得到M1和M2*/ FD1=-(-M0-q*l1*l1/2+M1)/l1; /*- M0=FA*L0*/