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1、材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：龙门刨床门架计算图号：7-9数据号：II-27指导教师：学号：目录1. 设计的目的、任务及要求。2. 课程设计题目。3. 超静定部分分析求解。4. 门架强度的校核。5. 求解门架上加力点的水平、垂直位移6. C 程序部分。7. 设计体会。1. 设计的目的、任务及要求。1.1 材料力学课程设计的目的。本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用 材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合 运用材料力学知识解决工程实际问题的目的。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，即从整体上掌握了
2、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；既是对以前所学知识的综合运用，又 为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作 能力有所提高。具体有以下六项：（1）使所学的材料力学知识系统化、完整化。（2）在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问 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）综合运用以前所学的各门课程的知识，使相关学科的知识有机地联系 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。1.2 材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要
3、系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、 判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理 论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成 设计计算说明书。（1）.设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思路、设计方法和设计结果的说明，要求书写 工整，语言简练，条理清晰、明确，表达完整。具体内容应包括： 设计题目的已知条件、所求及零件图。 画出结构的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。 静不定结构要画出所选择的基本静定系统和及与之相应的全部求和过 程。 画出全部内力图，并标明可能的各危险截面。 危险截面上各种应力的分布
4、规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。 .各危险点的主应力大小及主平面的位置。 选择强度理论并建立强度条件。 .列出全部计算过程的理论依据、公式推导过程以及必要的说明。 对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位力图。 .疲劳强度计算部分要说明循环特性，b , b , r , b , bmax min m a 的计算，所查K,B各系数的依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件 的持久极限曲线。（2）.分析讨论及说明部分的要求 分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。 提出改进设计的初步方案及设想。 提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。（3）.程序计算部分的要求 程序
5、框图。 计算机程序（含必要的语言说明及标识符说明）。 打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上）。2. 设计题目：龙门刨床门架计算某龙门刨床门架示意图如图所示，可简化为图所示的钢架，尺寸如图 所示。危险工况有最大切削力F,另外有两种力矩Mel、Me2，作用位置及作用 方式如图所示。门架材料为灰铸铁（HT250）。1）校核门架的强度。（取安全系数n=3）2）求门架上加力点的水平、垂直位移。数据：F=110kN，Me1=50kN m，Me2=47kN m。 设 a=0.6m， l=0.8m。查表得： E=100GPa， G=40GPa。3超静定部分分析求解判断超静定次数，此结构为12次超静定结构
6、。分析外载荷F、Mel、Me2分 别单独作用于结构上的情况。(1)最大水平切削力F单独作用时，简化受力图如图所示。处，作用在此结构平面内的内力素均为零，此外，构件形状关于y轴对称， 外载荷关于 y 轴也对称，所以，在结构对称面的横截面处，反对称内力素也 为零。建立多余约束处的变形协调条件，在截开的对称面处，相对转角为零，由正则方程有S 11X1+ 12X2 + 人 1F = 22X2 + 21X1 + 人 2F=取左半部份分别画出静定基在 F/2， X1=1， X2=1 单独作用下的内力图，如 图所示。由非圆截面扭转公式可得立柱的It=B ihib一B 2h2b23 =7.69X 10-4m4
7、 (其中 hl=0.4, bl=0.3, h2=0.36, b2=0.26, Bl=0.179,B2=0, 184)横梁对Y轴的惯性矩：b h3 b h 3Iy=- -2- =3.14X10-5 m4 (其中 h1=0.2, b1=0.12, h2=0.18, b2=0.1)12 12立柱对 X 轴的惯性矩：- -3 - - 3Ix=- -2-=5.89X10-4m4 (其中 h1=0.4, b1=0.3, h2=0.36, b2=0.26)12 12由图形互乘法得：EIyMxGItEIy+ 旦=2.43X10-7 m4GItEoMoMc+乙一x EIGIyt+ 丄=2.17X10-7 m4E
8、I GIytEoMxGI GItt=2.60X10-8 m4OMFal 1F=乙匚=- =-8.58 X 10-4m4GI2GItto矿,V OMFa 2 Fal 2F= Vc+V=-=-4.01 X 10-3 m4EIGI4 EI2GIyty t将以上结果带入正则方程得：X1=1.57kN mX2=18.29kN m( 2)力矩 Me1 单独作用于此结构时,该结构为平面对称结构, Me1 为反对称 载荷,因此,在结构对称面的横截面处,对称内力素等于零。将构件沿对称面截开作为静定基，并加两对多余约束力X3、X4,如图所示。建立多余约束处的变形协调条件，在截开的对称面处，相对垂直位移为零 由正则
9、方程有 33X3 + 34X4+ 人 3F=6 44X4+ 43X3 + A 4F= 取右半部份，分别画出静定基在Mei/2, X3=1, X4=1单独作用下的内力图, 如图所示。b h 3 b h 3I = - =1.38X10-5 m4 (其中 h1=0.12, b1=0.2, h2=0.1, b2=0.18) zi1212立柱对 Z 轴的惯性矩：b h 3 b h 3I = =3.73X10-4 m4 (其中 h1=0.3, b1=0.4, h2=0.26, b2=0.36)由 z 21212由图形互乘法得：sM a 32la 2 33=c=+=6.76X10-8 m4El3EIEIzz
10、 1z 2Y sM a3la 25 44=Yc=+=5.99X10-8 m4EI3EIEIzz1z 25 34= 5 43=工 = _ =7.72X10-9 m4EI EIa ” Y mA 3F= Y cElzzz 2alMei=-3.21X10-4 m42 Elz2MA 4F= gEIza 2 MalMei ei= - 3.58 X 10-3 m44 EI2 EIz1z 2将以上结果带入正则方程得：X3=-2.11kN mX4=60.04kN m(3)力矩Me2单独作用于此结构时，该结构为一个平面空间系统，作用在结 构平面内的内力素为零，此外，该结构关于y轴对称，Me2为作用在其上的对称 载
11、荷，因此，在结构对称面的横截面处，反对称内力素等于零。将构件沿对称面截开作为静定基，并加两对多余约束力X5、X6,如图所示。建立多余约束处的变形协调条件，在截开的对称面处，相对转角为零，由正 则方程有5 55X5 + 5 56X6 + 人 5F=5 66X6 + 5 65X5 + 人 6F= 取左半部份分别画出静定基在 Me2/2，X5=1，X6=1 单独作用下的内力图 如图所示。由图形互乘法得：A 5F=0,A 6F=于是可得：X5=0X6=0 综上可得出所有多余约束力，此结构就化为静定问题。4. 门架强度的校核。由于该结构为对称结构，故可沿对称面截出一半，取左半部份对其强度进行校核，如图所
12、示，将其分为三部分：横梁一，横梁二，立柱，分别对其进行校核。4.1. 横梁一的强度校核：1外力分析：横梁一上作用有多余约束力矩X1和多余约束力X3。2.内力分析：画出内力图，如下图所示，忽略剪力，根据内力图确定危险截面，横梁一受两向弯曲，左端截面最危险。由于构件的材料为灰铸铁，是脆性材料，抗压不抗拉，因此，危险点为左端截面的A点，如图所示：Mz,max=X3a=1.266kNm , My,max=X1=1.57kNm求得： I IW =_= 3.14 x 10-4m3W 4 = z】=2.3 x 10-4m3y zz ymax max3强度校核：对A点进行应力分析= 10.5MPaM , ma
13、x M , maxA, maxz, max +y, maxQ = Jb = 83.3MPa nz1y查表2-1得，灰铸铁ob =250MPa, n=3 故许用应力根据第一强度理论 1 = max b，所以B点不安全，因而对于C,D点就没有继续校 核的必要了，因此，横梁二不满足强度条件，是不安全的。4.3. 立柱的强度校核：1. 外力分析2. 内力分析：画出内力图，确定危险截面。一）弯矩图二)扭矩图LL-LLLLLLL;I由上述内力图可知，立柱受两向弯曲和扭转组合变形，危险截面在立柱固定端，可能危 险点是 E、F、G 三点，如下图：丸LLL 汁卜 庄壬庄土上 ! ! !_3. 强度校核：(1).对E点校核，E点
