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1、材料力学课程设计吉林大学材料力学课程设计说 明书（HZ140TR2后置旅游车底盘 车架）一.设计目的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计算方法，独立的计算工程中的典型零部件, 以达到综合运用材料力学的知识解决实际问题的目的。同时，可以使学生将材 料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和 现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力，又为后继课程（零件、 专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作 能力有所提高。具体的有以下六项：1. 使学生的材料力学知识系统化完整化；2. 在
2、全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；3. 由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需 要结合起来；4. 综合运用以前所学习的各门课程的知识，使相关学科的只是有机的联系起 来；5. 初步了解和掌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后置旅游车底盘车架简化后如下图所示满载时，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。计算过程重忽略圆角的影响，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
3、2 / mI3 / ml4 / mI5/ mh1 / mbi / mh2 / m1.11.63.11.62.10.10.060.12b2 / mh3 / mb3 /mt /mE/GPa /MPaFa/N0.080.110.070.00521016026801计算前簧固定端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。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形状。5.若壁厚t不变，取h/b=1.5，按等截面梁重新设计车架截面尺寸。三，设计计算过程以下计算 q=15300
4、, Fa=2680N, Fb=4100N.1,计算前簧固定端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。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。这样此结构梁就满足多跨梁及 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。需门M1MP M2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 力矩为多余约束，取静定基的每个跨度皆为简支梁。这些简支梁在原 来的外载荷作用下的弯矩图如下图所示。为便于计算，令L0#由此可得,Wl = 2 -qLi Li 丄 qLi33 8122 1 1 3w2
5、=3 8qL2 L2 12qL22 1w3=2 8qL3L3討3由上图可知，各个部分形心位置a1 = Li/2,a2=b2= L2/2,b3= L3 /2.梁在左端和右端分别有外伸部分,M 0FA L0 2680 1.1KN m 2948KN mM3 FB L44100 2.1KN m 8610KN m根据三弯矩方程：Mn 1ln 2Mn ln ln11 6(譽 2)1 nln 1对跨度L1和L2写出三弯矩方程为:M 2M1 L1L26(石对跨度L2和L3写出三弯矩方程为:M1L2 2M2 L2 L3M 3L36(W2O1 W3b3) (U TT)解上面的方程组可得:M仁-10348.69 K
6、N m M2=-8910.73 KN m求得M1和M2以后，连续连三个跨度的受力情况如图所示Nd2FbIB可以把它们看成三个静定梁，而且载荷和端截面上的弯矩（多余约束力）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：1Mc= Mo Mi qlj Nd1 h 02可得到，Nd1 = 16865.43N, Nc= Fa q li Ndl 10294.57N同理可得：Nd2=29927.72NNf2=17502.28NNf仁 12427.95NNg=16152.05N其中 Nd二Nd1+Nd2=46793.15N，Nf
7、=Nf1+Nf2=29930.24N从而求出前簧固定端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。FaFbqcD-!:H 匚NdWNg（1）剪力图。单位（N）FQX(2)弯矩图：单位(N.m)X3,画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。弯曲正应力的最大值为:z23.755833 10I z32.76417 10各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线如下图MmaxMmaxI z其中Iz可由公式：33Iz b h (b 2t) (h 2t)求得12Iz11.9625 1064,.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
8、曲线的大致形状。解：求出车架上特殊点的挠度，其中最大的就是车架最大挠度所在截 面。为了便于计算，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。Faq根据上图，作出每个载荷单独作用时的弯矩图:Fa 单独作用时 M Fa maxFa(l1 l2)Fb 单独作用时 M Fbmax Fb(l4 l5)、L F厂/Nc单独作用时NcXISAAC DRGBNcNg单独作用CD部分均布载荷单独作用时M qCD maxDF段均布载荷单独作用时M qDF max132qc 5FG段单独作用时MqFGmaxq匚DJ、LJA一kGq3Kl4L4/2(1)求A点挠度M fAmaxI1I2BA11
9、 + 12在A端加单位力，弯矩图如上图所示由图乘法可知:n wMcii 1 EliFa单独作用下A点挠度:I1Elz1I2fAmax2I13I1l2Fa maxElz2fAmaxI1I12 mFa maxl1 l2匚MEIz2 2I1 I2I12I2fAmaxFamax1 I1M fA max22mFa max3Fb单独作用下A点挠度:fA2Elz21 I3 M fAmax21Fb max3Nc单独作用下A点挠度:fA3EIz2 1l2Nc I2I1212fAmax丄13 Nc I22 3 223M fAmaxNg单独作用下A点挠度fA41Ng 143 M fAmax3CD部分均布载荷单独作用
10、时A点挠度:5 EIz21 M l3 M qCD max12I 3l2II4l1 l2M fAmax1 M2 l 3M fAmax2m3 qCD maxDF段均布载荷单独作用时A点挠度:fA621 M qDF max l3 M fA maxEIz2 32FG段均布载荷单独作用时A点挠度:fA711T l3MfAmaxMqFG maxEIz223综上得:A2fA3 +f A4fA5A6A75.3mm(2)求CD中点E挠度，在E处加单位力1。l2 /2M fE maxFa单独作用下CD中点挠度:E1l见 !1EIz2fE max11M FFa max1 , “2 l3M fEmax2Mf3 Fa
11、maxFb单独作用下CD中点挠度:fE21L l3M fE maxEIz2 2；MFbmax3Nc单独作用下CD中点挠度:E3EIz2 2 2MfEmax5 Nc l2 -|36 2Nc l2 2M3fEmax材料力学课程设计Ng单独作用下CD中点挠度1EIZ2i2l3 Ng14-M3fEmax23#CD部分均布载荷单独作用时 CD中点挠度:2 2MqEDmax q 匚 / 8 M qCE max 3q 匚 /8ql2*l2/8为便于计算，将CD部分一分为二，分别画出其弯矩图。然后图乘fE51EIZ2-MqEDmax1223MfE maxi13qED max-MfE max1EIz2fEmaxI2224M qCE max2mfEmaxDF段均布载荷单独作用时CD中点挠度:fE61EIz22mqDF max131MfE maxFG段均布载荷单独作用时CD中点挠度:E71EIz21 l3 M qFGmaxfE max综上彳得：fEfE1f E2f E3 +fE4f E5fE6fE70.794mm材料力学课程设计1/4(3)求DF中点0挠度，在0处加单位力1。M Qmax#Fa单独作用下DF中点挠度:fO1Elz21- l3 M fOmax2Fa maxFb单独作用下DF中点挠度:fo2丄Elz2 2M fO max
