材料力學(xué)課程設(shè)計 龍門刨床518

1、材料力學(xué)課程設(shè)計 龍門刨床5-1-8 NO 答辯成績： 設(shè)計成績： 材料力學(xué)課程設(shè)計 設(shè)計計算說明書 設(shè)計題目：龍門刨床門架 題 號:5-1-8 教學(xué)號:451201 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成時間：2014年10月2日 目錄 （1） 設(shè)計的目的、任務(wù)及要求。 （2） 課程設(shè)計題目。 （3） 超靜定部分分析求解。 （4） 門架強度的校核。 （5） 求解門架上加力點的水平、垂直位移。 （6） C程序部分。 7 設(shè)計體會。 8 參考文件。 1、材料力學(xué)課程設(shè)計的目的、任務(wù)及要求。 （1）設(shè)計的目的 本課程設(shè)計是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實際中的問題，運用材料力學(xué)的基本理論和計算方法，獨立

2、的計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學(xué)知識解決工程實際問題的目的。同時可以使學(xué)生間材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計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)代計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學(xué)知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機和材料力學(xué)等）的綜合運用，又為后續(xù)課程（機械設(shè)計、專業(yè)課等）的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計思想和設(shè)計方法，使實際工作能力提高。具體有以下六項： 1）使所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化。 2）在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運用材料力學(xué)知識解決工程實際 中的問題。 3）由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以把材料力學(xué) 知識與

3、專業(yè)需要結(jié)合起來。 4）綜合運用以前所學(xué)的各門課程的知識，使相關(guān)學(xué)科的知識有 機地聯(lián)系起來。 5）初步了解和掌握工程實踐中的設(shè)計思想和設(shè)計方法。 6）為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。 （2）設(shè)計的任務(wù)和要求 參加設(shè)計者要系統(tǒng)股息材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨立分 析、判斷設(shè)計題目的已知條件和所求問題，畫出手里分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并到處計算公式，對立編制計算程序，通過計算機給出計算結(jié)果，并完成設(shè)計計算說明書。 1）設(shè)計計算說明書的要求 設(shè)計計算說明書是該題目設(shè)計思路、設(shè)計方法和設(shè)計結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括： 設(shè)計題目的已知條件、所

4、求及零件圖。 畫出結(jié)構(gòu)的受力分析計算簡圖，按比例標明尺寸、載荷及支座等。 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。 畫出全部內(nèi)力圖，并標明可能的各危險截面。 危險截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應(yīng)力狀態(tài)圖。 各危險點的主應(yīng)力大小及主平面的位置。 選擇強度理論并建立強度條件。 列出全部計算過程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過程以及必要的說明。 對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。 2）分析討論及說明部分的要求 分析計算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進措施。 提出改進設(shè)計的初步方案及設(shè)想。 提高強度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。 3）程序

5、計算部分的要求 程序框圖。 計算機程序（含必要的語言說明及標識符說明）。 打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計計算說明書上）。 二、材料力學(xué)課程設(shè)計題目：龍門刨床門架計算 某龍門刨床門架示意圖如圖所示，可簡化為圖所示的鋼架，尺寸如圖所示。危險工況有最大切削力F，另外有兩種力矩Me1、Me2，作用位置及作用方式如圖所示。門架材料為灰鑄鐵（HT250）。 1） 2） 校核門架的強度。（取安全系數(shù)n=3） 求門架上加力點的水平、垂直位移。 數(shù)據(jù)：F=170kNMe1=30kN·mMe2=50kN·m 設(shè)，。查表得：E=100GPa，G=40GPa。 3超靜定部分分析求解 判斷超靜定次數(shù)

6、，此結(jié)構(gòu)為12次超靜定結(jié)構(gòu)。分析外載荷F、Me1、Me2分別單獨作用于結(jié)構(gòu)上的情況。 （1） 最大水平切削力F單獨作用時，簡化受力圖如圖所示。 由于該結(jié)構(gòu)是對稱結(jié)構(gòu)，且外載荷相對于Y軸構(gòu)成鏡反映像，所以為對稱內(nèi)力素。將該結(jié)構(gòu)沿對稱面截開，加多余約束?1?2。 在截開的對稱面處，相對的轉(zhuǎn)角為零，可得正則方程 ?11?1+?12?2+?1F=0 ?21?1+?22?2+?2F=0 取左半部分畫出靜定基在 ?1=1 ?2=1 單獨作用下的內(nèi)力圖，如2?下圖所示。 由非圓截面扭轉(zhuǎn)公式可得： 33?柱=1?1?1?2?2?2=7.69?10?4?4 (1=0.179,?2=0.184 ?1=0.4 ?1

7、=0.3 ?2=0.36 ?2=0.26) 33?梁=1?1?1?2?2?2=2.87?10?5?4 (1=0.179,?2=0.184 ?1=0.2 ?1=0.12 ?2=0.18?2=0.10) 33?1?1?2?2?=?=3.14?10?5m4 ( ?1=0.2 ?1=0.12 ?2=0.18?2=0.10) ?11 ?22?a2?= + =+=2.43?10?7?4 ?柱?柱?a?= + =+=2.17?10?7?4 ?柱?柱 ?12=?21?= =2.60?10?8?4 ?柱?柱 ?a?1F= =?=?1.33?10?3?4 ?柱?柱 ?a?1F?2 ?2F= + =?=?6.19?

8、10?3?4 ?柱?柱?解得X1=2.45? ?2=28.23? ?1單獨作用時： 沿對稱面截開，?1相對于截開面構(gòu)成符號相反的鏡像，所以將對稱面截開，并加兩對多余約束力 ?3 ?4，如下圖所示：力 ?3 ?4，如 下圖所示： 在截開的對稱面處，相對垂直位移為零，可得方程： ?33?3+?34?4+?3F=0 ?43?3+?44?4+?4F=0 ?畫出靜定基在?1 2 ?3=1 ?4=1 單獨作用時的內(nèi)力圖，如下圖 所示： ?梁33?1?1?2?2=?=1.38?10?5m4 ( ?1=0.2 ?1=0.12 ?2=0.18?2=0.10) ?柱33?1?1?2?2=?=3.73?10?4m4

9、 ( ?1=0.4 ?1=0.3 ?2=0.36 ?2=0.26) ?33 ?44?2a32?2= + =?+=6.76?10?8?4 ?梁?柱?梁?柱?2a2?2 = + =?+=5.99?10?8?4 ?梁?柱?梁?柱 ?34=?43?2 = =7.72?10?9?4 ?柱?柱 ?1?3F= =?=?1.93?10?4?4 ?柱?柱 ?1?2?1?4F= + =?=?2.15?10?3?4 ?柱?梁?柱?梁 解得 ?3=?1.30kN ?4=36.06? ?2單獨作用時： 外載荷相對于對稱面構(gòu)成鏡反映像所以沿對稱面截開做靜定基，并施加兩對多余約束力 ?5 ?6，如下圖所示： 在截開的對稱面

10、處，相對的轉(zhuǎn)角為零，可得方程 ?55?5+?56?6+?5F=0 ?65?5+?66?6+?6F=0 由圖層互乘法可知?5F=0 ?6F=0 解得： ?5=0kN ?6=0? 4.門架強度的校核： 由于該機構(gòu)為對稱機構(gòu)，所以將該結(jié)構(gòu)分為左右兩部分，只校核左部分，并將其分為：頂橫、橫梁、立柱三部分來分別對其進行校核。 1） 頂梁的校核： 頂梁受到多余約束?1和?3的作用，畫出內(nèi)力簡圖，如下， 由于材料為灰鑄鐵，抗壓不抗拉，因此，危險點為左端面的A點，如圖所示。 M?=?1=2.45? M?=?3?=?0.78? ?= ? ? ? ? ?梁+ ? ? ? ? 查表?=250MPa n=3 ? =8

11、3.8MPa ?< ? 滿足強度要求，因此頂梁是安全的。 2)橫梁的校核： 橫梁上作用有外載荷? 2 ?1 2?2 2以及多余約束?2?4?6 畫出彎矩圖和扭矩圖: 對右端面進行校核，截面上的危險點為BCD，如下圖所示 B點處正應(yīng)力最大，切應(yīng)力為零 M?=?2=28.23? M?=Me1/2=15? ?= ? ? ? ? ?+ ? ? ? ?梁 ?> ? 橫梁不安全。 3）校核立柱： 立柱上作用有外載荷? 2 ?1 2?2 2和多余約束力?1?2?3?4?5?6 畫出彎矩圖和扭矩圖如下： 立柱受 到彎扭組合變形，危險截面在立柱固定端，對E F 進行校核。如下圖： 點

12、校核： 點切應(yīng)力為零 僅受正應(yīng)力， ? ? ? ?2=?=43? ?1=?4?+?3?=37.42? ? ? ?柱 ? ?= ?= FN=X3+X4=34.76kN 2.95?10?3?3 2.49?10?3?3 A=0.3?0.4-0.26?0.36=2.64?10-2m2 ?= ? ? ?< ? E點滿足強度要求，安全。 F點校核： F點同時純在正應(yīng)力和切應(yīng)力。 正應(yīng)力： ?= ? ? 閉口薄壁桿件的切應(yīng)力： ?43?103 =10.10? ?1=?2?+ ? +?2=20.80MPa< ? 2F 點滿足要求安全。 G點校核： G點同時純在正應(yīng)力和切應(yīng)力。 ?=

13、 ? ? ?1=?max=25.98MPa< G點滿足要求安全。所以立柱滿足強度要求安全。 5.求解門架上加力點的水平垂直位移： X軸方向位移： ?x= MciEIi = Ml ?lEIz柱 X4?a?l?3?EIz柱 l?柱 =?5.03?10?5m4 y軸方向位移： ? ?y= ? ?1 = ? ?1 ?柱 + ? ? 2 ? ?梁 ?3? ?柱 ?4?4?柱?梁 =7.51?10?5?4 Z軸方向位移： MciMxi?z= + it F ll2l =2?F aa2a23 x+2?2F a3y+2?l?at柱X2?l?aX1?l?a?t柱t柱Me2l2?l2xX2?a2?ya

14、=4.41*10-4m4 (方向與單位力方向相同) 1. C語言程序： #include<stdio.h> #define A E*Ix #define B E*Iy #define C E*Iz1 #define D E*Iz2 #define H G*It #define J F/2 #define K Me1/2 #define N Me2/2 void main() int i; float h1,h2,b1,b2,pA,pB,pE,pF,pG,p=250/3; double E,G,a,l,Me1,Me2,F,N1,N2,I5,X1,X2,X3,X4,x,

15、y,z,Ix,Iy,Iz1,Iz2,It; E=100e9;G=40e9;a=0.6;l=0.8; Me1=3.0e4;Me2=5.0e4;F=1.7e5; N1=0.179;N2=0.184;X1=2.45e3; X2=2.823e4;X3=-1.30e3;X4=3.606e4; for(i=0;i<5;) printf("nInput the h1,b1,h2,b2n"); scanf("%f,%f,%f,%f",&h1,&b1,&h2,&b2); if (i&gt

16、;3) I+i=N1*h1*b1*b1*b1-N2*h2*b2*b2*b2; else I+i=(h1*b1*b1*b1-h2*b2*b2*b2)/12; printf("I%d=%.2en",i,Ii); printf("nInput the pAn"); scanf("%f",&pA); if(pA<p) printf("n頂梁安全。n"); else printf("n頂梁不安全。n"); printf("nInput the pBn");

17、 scanf("%f",&pB); if(pB<p) printf("n橫梁在B安全。n"); else printf("n橫梁在B不安全。n"); printf("nInput the pE,pF,pGn"); scanf("%f,%f,%f",&pE,&pF,&pG); if(pE<p&&pF<p&&pG<p)

18、 printf("n立柱安全。n"); else printf("n立柱不安全。n"); printf("n門架上加力點在X、Y、Z軸上的位移依次為x、y、zn"); Ix=I1; Iy=I2; Iz1=I4; Iz2=I3; It=I5; x=K*l*l/(2*C)-X4*a*l*l/(2*C)-X3*a*l*l/(2*C); printf("nx=%.2en",x); y=K*l*a/C+K*a*a/(2*D)-X3*a*l*a/C-X4*a*l*a/C-X4*a*a*a/(3*D); printf("y=%.2en",y); z=J*l*2*l*l/(2*3*A)+J*a*2*a*a/(2*3*B)+J*l*a*a/H-X2*l*a/H-X1*l*a/H-N*l*l/(2*A)-X2*a*a/(2*B); printf("z=%.2en",z); 7.心得體會： 通過本次課程設(shè)計，讓我對材料力學(xué)知識有了重新的認識，并且有了進一步的提高，同