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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書</b></p><p> 設(shè)計(jì)題目:龍門刨床門架計(jì)算</p><p><b> 目錄</b></p><p> 設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)及要求。</p><p&
2、gt;<b> 課程設(shè)計(jì)題目。</b></p><p> 超靜定部分分析求解。</p><p><b> 門架強(qiáng)度的校核。</b></p><p> 求解門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。</p><p><b> C程序部分。</b></p><p&
3、gt;<b> 設(shè)計(jì)體會(huì)。</b></p><p> 1. 設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)及要求。</p><p> 1.1 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的。</p><p> 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)際問題的目的。同時(shí),
4、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,又提高了分析問題、解決問題的能力;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):</p><p> 使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化。</p><p> 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
5、實(shí)際中的問題。</p><p> 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。</p><p> 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。</p><p> 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。</p><p> 為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。</p>&l
6、t;p> 1.2 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求</p><p> 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(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,通過計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果,并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。</p><p> ?。?).設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求</p><p>
7、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書是該題目設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說明,要求書寫工整,語言簡(jiǎn)練,條理清晰、明確,表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括:</p><p> ?、?設(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。</p><p> ?、?畫出結(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。</p><p> ?、?靜不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)和及與之相應(yīng)的全部求和過程。</
8、p><p> ?、?畫出全部?jī)?nèi)力圖,并標(biāo)明可能的各危險(xiǎn)截面。</p><p> 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。</p><p> ⑥.各危險(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面的位置。</p><p> ?、?選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。</p><p> ?、?列出全部計(jì)算過程的理論依據(jù)、公式
9、推導(dǎo)過程以及必要的說明。</p><p> ⑨.對(duì)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。</p><p> ?、?疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說明循環(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)度校核過程及結(jié)果,并繪出構(gòu)件的持久極限曲線。</p><p> ?。?).分析討論及說明部分的要求</p>
10、<p> ?、?分析計(jì)算結(jié)果是否合理,并討論其原因、改進(jìn)措施。</p><p> ?、?提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的初步方案及設(shè)想。</p><p> ?、?提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的 措施及建議。</p><p> ?。?).程序計(jì)算部分的要求</p><p><b> ?、?程序框圖。</b></p>&l
11、t;p> ?、谟?jì)算機(jī)程序(含必要的語言說明及標(biāo)識(shí)符說明)。</p><p> ?、鄞蛴〗Y(jié)果(數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計(jì)計(jì)算說明書上)。</p><p> 2.設(shè)計(jì)題目:龍門刨床門架計(jì)算</p><p> 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
12、料為灰鑄鐵(HT250)。</p><p> 校核門架的強(qiáng)度。(取安全系數(shù)n=3)</p><p> 求門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。</p><p> 數(shù)據(jù):F=180kN,Me1=40kN·m,Me2=50kN·m。</p><p> 設(shè)a=0.6m,l=0.8m,即龍門刨床寬為1.2m,高為1.6m。<
13、/p><p> 查表得:E=100GPa,G=40GPa。</p><p><b> ?、佗?lt;/b></p><p> ③ ④ </p><p> 3.超靜定部分分析求解</p><p> 判斷超靜定次數(shù),此結(jié)構(gòu)為12次超靜定
14、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。</p><p> 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。</p><p> 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。</p><p&g
15、t; 將構(gòu)件沿對(duì)稱面截開作為靜定基,加兩對(duì)多余約束力X1、X2,如圖所示。</p><p> 建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件,在截開的對(duì)稱面處,相對(duì)轉(zhuǎn)角為零,由正則方程有</p><p> δ11X1+δ12X2+Δ1F=0</p><p> δ21X1+δ22X2+Δ2F=0</p><p> 取左半部份分別畫出靜定基在F/2,X1
16、=1,X2=1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖,如圖所示。</p><p> 由非圓截面扭轉(zhuǎn)公式可得立柱的</p><p> 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)</p><p> 橫梁對(duì)Y軸的慣性矩: </p&g
17、t;<p> Iy=-=3.14×10-5 m4(其中h1=0.2,b1=0.12,h2=0.18,b2=0.1)</p><p> 立柱對(duì)X軸的慣性矩:</p><p> Ix=-=5.89×10-4m4(其中h1=0.4,b1=0.3,h2=0.36,b2=0.26)</p><p><b> 由圖形互乘法得:
18、</b></p><p> δ11==+=2.43×10-7 m4</p><p> δ22==+=2.17×10-7 m4</p><p> δ12=δ21===2.60×10-8 m4</p><p> Δ1F==﹣=-1.40×10-3m4</p><p&g
19、t; Δ2F==-=-6.56×10-3 m4</p><p> 將以上結(jié)果帶入正則方程得:</p><p> X1=2.85kN·m</p><p> X2=29.89kN·m</p><p> ?。?)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
20、,對(duì)稱內(nèi)力素等于零。</p><p> 將構(gòu)件沿對(duì)稱面截開作為靜定基,并加兩對(duì)多余約束力X3、X4,如圖所示。</p><p> 建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件,在截開的對(duì)稱面處,相對(duì)垂直位移為零,由正則方程有</p><p> δ33X3+δ34X4+Δ3F=0</p><p> δ44X4+δ43X3+Δ4F=0</p>
21、<p> 取右半部份,分別畫出靜定基在Me1/2,X3=1,X4=1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖,如圖所示。</p><p> 橫梁對(duì)Z軸的慣性矩:</p><p> =-=1.38×10-5 m4(其中h1=0.12,b1=0.2,h2=0.1,b2=0.18)</p><p> 立柱對(duì)Z軸的慣性矩:</p><p>
22、 =-=3.73×10-4 m4(其中h1=0.3,b1=0.4,h2=0.26,b2=0.36)由由圖形互乘法得:</p><p> δ33==+=6.76×10-8 m4</p><p> δ44==+=5.99×10-8 m4</p><p> δ34=δ43===7.72×10-9 m4</p>
23、<p> Δ3F==-=-2.57×10-4 m4</p><p> Δ4F==﹣-=﹣2.87×10-3 m4</p><p> 將以上結(jié)果帶入正則方程得:</p><p> X3=-1.68kN</p><p> X4=48.13kN</p><p> (3)力矩Me2單獨(dú)
24、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。</p><p> 將構(gòu)件沿對(duì)稱面截開作為靜定基,并加兩對(duì)多余約束力X5、X6,如圖所示。</p><p> 建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件,在截開的對(duì)稱面處,相對(duì)轉(zhuǎn)角為零,由正則方程有</p>&
25、lt;p> δ55X5+δ56X6+Δ5F=0</p><p> δ66X6+δ65X5+Δ6F=0</p><p> 取左半部份分別畫出靜定基在Me2/2,X5=1,X6=1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖,如圖所示。</p><p><b> 由圖形互乘法得:</b></p><p> Δ5F=0,Δ6F=0<
26、;/p><p><b> 于是可得:</b></p><p><b> X5=0</b></p><p><b> X6=0</b></p><p> 綜上可得出所有多余約束力,此結(jié)構(gòu)就化為靜定問題。</p><p><b> 門架強(qiáng)度的
27、校核。</b></p><p> 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。</p><p> 4.1.橫梁一的強(qiáng)度校核:</p><p> 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。</p><p> 內(nèi)力分析
28、:畫出內(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)。</p><p> 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:</p><p> Mz,max=X3a=1.008kN·m ,My,max=X1=2.85kN·m</p><p><b> 求
29、得:</b></p><p> 強(qiáng)度校核:對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析</p><p> 查表2-1得,灰鑄鐵σb =250MPa,n=3 故許用應(yīng)力</p><p> 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。</p><p> 4.2.橫梁二的強(qiáng)度校核:</p><p> 外力分析:
30、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。</p><p> 內(nèi)力分析:畫出內(nèi)力圖,確定危險(xiǎn)截面。分別畫出橫梁二的彎矩圖以及扭矩圖,如下所示: (一)彎矩圖 </p><p><b> (二)扭矩圖</b
31、></p><p> 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,</p><p><b> 強(qiáng)度校核:</b></p><p> 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</p><p> 先分析B點(diǎn),B點(diǎn)處正應(yīng)力最大,但扭轉(zhuǎn)切
32、應(yīng)力為零 。</p><p><b> ,</b></p><p><b> 得出:</b></p><p> 由于,所以B點(diǎn)不安全,因而對(duì)于C,D點(diǎn)就沒有繼續(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。</p><p> 4.3.立柱的強(qiáng)度校核:</p><p
33、><b> 外力分析</b></p><p> 內(nèi)力分析:畫出內(nèi)力圖,確定危險(xiǎn)截面。</p><p><b> ?。ㄒ唬澗貓D</b></p><p><b> ?。ǘ┡ぞ貓D</b></p><p> 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
34、固定端,可能危險(xiǎn)點(diǎn)是 E、F、G三點(diǎn),如下圖:</p><p><b> 3. 強(qiáng)度校核:</b></p><p> (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:</p><p><b> ,</b></p><p><b> 由第一強(qiáng)度理論:</b>&
35、lt;/p><p> 因此E點(diǎn)滿足強(qiáng)度要求,安全。</p><p> (2). 對(duì)F點(diǎn)校核,F(xiàn)點(diǎn)同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力。</p><p> 由閉口薄壁桿件的自由扭轉(zhuǎn)公式:</p><p> 在F點(diǎn)處取單元體,如圖所示:</p><p> 所以,由第一強(qiáng)度理論,</p><p> 滿足強(qiáng)度
36、條件,因此F點(diǎn)安全。</p><p> (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)。</p><p> , ,</p><p><b> 由第三強(qiáng)度理論,</b></p><p> 于是,滿足強(qiáng)度條件,G點(diǎn)安全。</p><p> 綜上所
37、述,立柱滿足強(qiáng)度條件。</p><p> 5.求解門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。</p><p> 5.1z軸方向位移,沿F方向加單位力1,如下圖所示:</p><p> 由上圖,根據(jù)圖形互乘法可得沿F方向的水平位移</p><p> ?。ǚ较蚺c單位力方向相同)
38、 </p><p> 5.2 x軸方向位移,沿x軸方向加單位力1,如圖:</p><p> ?。ǚ较蚺c單位力方向相反) </p><p> 5.3 y方向位移,沿y軸方向加單位力1,如圖所示:</p><p> (方向與單位力方向相同) </p><p> 6. C程序部分。</p&g
39、t;<p> 求加力點(diǎn)的水平、垂直位移</p><p> -----------------------------------------------------------</p><p> #include<stdio.h></p><p> #define A E*Ix</p><p> #def
40、ine B E*Iz2</p><p> #define C E*Iy</p><p> #define D E*Iz1</p><p> #define H G*It</p><p> #define J l*l*l</p><p> #define K a*a*a</p><
41、;p> #define M l*l</p><p> #define N a*a</p><p> #define S l*a</p><p> void main()</p><p><b> { </b></p><p> float E=100e9;</p&
42、gt;<p> float G=40e9;</p><p> float X1=2.85e3;</p><p> float X2=2.989e4;</p><p> float X3=1.68e3;</p><p> float X4=4.813e4;</p><p> float
43、 F=1.8e5;</p><p> float M1=4e4;</p><p> float M2=5e4;</p><p> float Ix=5.89e-4;</p><p> float Iz2=3.73e-4;</p><p> float Iy=3.14e-5;</p>
44、<p> float Iz1=1.38e-5;</p><p> float It=7.69e-4;</p><p> float a=0.6;</p><p> float l=0.8;</p><p> float x,y,z;</p><p> printf("The di
45、splacement of z direction is ");</p><p> z=F*J/(6*A)+F*K/(6*C)+F*N*l/(2*H)-(X1+X2)*S/H-M2*M/(4*A)-X2*N/(2*C);</p><p> printf("%.2e",z);</p><p> printf("\n&quo
46、t;);</p><p> printf("The displacement of x direction is ");</p><p> x=M1*M/(4*B)+(X3-X4)*M*a/(2*B);</p><p> printf("%.2e",x);</p><p> printf(&qu
47、ot;\n");</p><p> printf("The displacement of y direction is ");</p><p> y=M1*S/(2*B)+M1*N/(4*D)+(X3-X4)*N*l/B-X4*K/(3*D);</p><p> printf("%.2e",y);</p
48、><p> printf("\n");</p><p><b> }</b></p><p> ---------------------------------------------------------------------</p><p><b> 下面是編譯結(jié)果:</
49、b></p><p><b> 設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p> 材料力學(xué)是一門被各個(gè)工程廣泛應(yīng)用的學(xué)科,是通過理論與實(shí)驗(yàn)來進(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。</p><p> 通過這次的課程設(shè)計(jì),我對(duì)材料力學(xué)有
50、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。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶!</p><p><b> 8、參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1] 聶毓琴,孟廣偉.材料力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.</p><p> [2
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