材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)龍門刨床

材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書--------7.5-Ⅰ-23龍門刨床班級(jí)：機(jī)械5班姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：完成時(shí)間：2016.09.19目錄一．設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)及要求二．設(shè)計(jì)題目三．題目求解約束力求解校核門架的的強(qiáng)度求門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移四．C語(yǔ)言程序部分五．CATIA有限元分析驗(yàn)證計(jì)算六．設(shè)計(jì)感想七．參考文件一．材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)及要求。1.設(shè)計(jì)目的本課程設(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(wèn)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)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的目的。同時(shí)可以使學(xué)生間材料力學(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)代計(jì)算方法，又提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程（機(jī)械設(shè)計(jì)、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(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，使實(shí)際工作能力提高。具體有以下六項(xiàng)：（1）使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化。（2）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)解決工程實(shí)際中的問(wèn)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(shí)與專業(yè)需要結(jié)合起來(lái)。（4）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(lái)。（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。為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。2.設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求參加設(shè)計(jì)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(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問(wèn)題，畫出手里分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并到處計(jì)算公式，獨(dú)立編制計(jì)算程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)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(shuō)明，要求書寫工整，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，條理清晰、明確，表達(dá)完整。二．設(shè)計(jì)題目1.已知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。門架材料為灰鑄鐵（HT250（1） 校核門架的強(qiáng)度。（取安全系數(shù)n=3）（2） 求門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。已知數(shù)據(jù)：F=230kNMe1=10kN·mMe2=45kN·查手冊(cè)知灰鑄鐵HT250的E=100GPa，G=40GPa。

圖1圖2

圖3圖42.題目分析：（1）結(jié)構(gòu)中存在兩個(gè)空間的固定端，和一個(gè)空間的封閉結(jié)構(gòu)，所以是12次超靜定。（2）求解時(shí)應(yīng)運(yùn)用書11.5節(jié)中利用結(jié)構(gòu)對(duì)稱、載荷對(duì)稱、平面-空間系統(tǒng)的知識(shí)進(jìn)行求解。（3）利用力法正則方程，分別求解F、Me1、（4）對(duì)橫梁及立柱進(jìn)行校核。（5）利用圖形互乘法求解位移。三．題目求解1.約束力求解（1）當(dāng)F單獨(dú)作用時(shí)該結(jié)構(gòu)是關(guān)于y軸是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，F(xiàn)單獨(dú)作用時(shí)為對(duì)稱載荷，截面反對(duì)稱內(nèi)力素都為零。其次，此結(jié)構(gòu)為平面-空間系統(tǒng)，所以在任意截面上作用于結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的內(nèi)力也為零。所以，只存在一個(gè)作用于x-z平面的彎矩。將結(jié)構(gòu)沿著z-y平面截開(kāi)，取左半部分為靜定基，分別施加多余約束X1、X2于橫梁上。令

圖1圖2圖3由二次超靜定力法正則方程可知：δδ對(duì)于非圓截面立柱，利用插值法求得β1=0.1793，Ιδδ由位移互等定理可得：

δΔΔ帶入方程組，解得X1=3.29kN?mX（2）當(dāng)Me該結(jié)構(gòu)是關(guān)于y軸是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，Me1單獨(dú)作用時(shí)為反對(duì)稱載荷，截面對(duì)稱內(nèi)力素都為零。進(jìn)行受力分析，固定端不存在垂直于結(jié)構(gòu)平面的作用力，所以將結(jié)構(gòu)沿著z-y平面截開(kāi)，只存在一個(gè)作用于y方向的剪力。取左半部分為靜定基，分別施加多余約束X3、X4由二次超靜定力法正則方程可知：δδIIδδ由位移互等定理可得：δ??帶入方程組，解得XX（3）當(dāng)Me該結(jié)構(gòu)是關(guān)于y軸是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，Me2單獨(dú)作用時(shí)為對(duì)稱載荷，截面反對(duì)稱內(nèi)力素都為零。進(jìn)行受力分析，固定端不存在平行于結(jié)構(gòu)平面的作用力，所以將結(jié)構(gòu)沿著z-y平面截開(kāi)，只存在一個(gè)作用于水平面的彎矩。取左半部分為靜定基，分別施加多余約束X5、X6由二次超靜定力法正則方程可知：δδ由圖可知，顯然?5F=?6F=0，而δ55，δ56，X5=2.校核門架的強(qiáng)度。（1）頂部梁架的校核由前面計(jì)算可知，頂部梁架受到X1，X3的作用，為斜彎曲的情況，危險(xiǎn)截面在左側(cè)端面，MM經(jīng)過(guò)分析，灰鑄鐵的抗拉性能最差，所以截面p點(diǎn)受到兩個(gè)方向的最大拉應(yīng)力，為危險(xiǎn)點(diǎn)。σ查資料得HT250的σb=250Mpa，n=3,所以σ由第一強(qiáng)度理論，σp<σ,（2）下端橫梁的校核由前面計(jì)算可知，頂部梁架受到F2，Me12,Me22,X2，X4兩個(gè)彎矩圖分別如下一個(gè)扭矩圖如下經(jīng)過(guò)分析，左端面為危險(xiǎn)截面，計(jì)算得到：MM若將My，Mz合成，由于截面為矩形（非圓截面），所以不是平面彎曲。分析知道在M點(diǎn)受到兩個(gè)彎矩造成的最大拉應(yīng)力，所以不妨先取由第一強(qiáng)度理論，σ所以，下端橫梁是不安全的。（3）立柱的校核原理同下端橫梁的校核，立柱受到F2，Me12,Me22,彎矩，扭矩以及軸力圖如下：彎矩圖：扭矩圖：軸力圖：由以上圖可知，危險(xiǎn)截面在端面。校核A點(diǎn)：A點(diǎn)只存在正應(yīng)力。A=0.3MMIσ由第一強(qiáng)度理論，σmax<[σ],所以，校核B點(diǎn)：B點(diǎn)同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力。σ由教科書P74頁(yè)薄壁桿件扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力計(jì)算公式可知Mτ=σ由第一強(qiáng)度理論，σmax<[σ],所以，B校核C點(diǎn)：στ=σ由第一強(qiáng)度理論，σmax<[σ],所以，綜上，立柱安全。3.求門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。（1）求水平位移求Z方向位移：在門架上加力點(diǎn)沿著Z方向施加一個(gè)單位力，力矩圖如圖：由之前計(jì)算得到的內(nèi)力，分別畫出力矩圖：Ι運(yùn)用圖形互乘法求解：Δ==0.39m求X方向位移：在門架上加力點(diǎn)沿著X方向施加一個(gè)單位力，力矩圖如圖：運(yùn)用圖形互乘法求解：（2）求水平位移求Y方向位移：在門架上加力點(diǎn)沿著Y方向施加一個(gè)單位力，力矩圖如圖：運(yùn)用圖形互乘法求解：Δ四．C語(yǔ)言程序#include<stdio.h>#defineAE*Ix//定義變量#defineBE*Iy#defineCE*Iz1#defineDE*Iz2#defineHG*It#defineJF/2#defineKMe1/2#defineNMe2/2voidmain(){inti;floath1,h2,b1,b2,p1,p2,pA,pB,pC,p=250/3;doubleE,G,a,l,Me1,Me2,F,N1,N2,I[5],X1,X2,X3,X4,x,y,z,Ix,Iy,Iz1,Iz2,It;E=100e9;//為變量賦值G=40e9;a=0.6;l=0.8;Me1=1.0e4;Me2=4.5e4;F=2.3e5;N1=0.1793;N2=0.1845;X1=3.29e3;X2=3.824e4;X3=-0.42151e3;X4=1.202e4;for(i=0;i<5;)//求解慣性矩及It{printf("\nInputtheh1,b1,h2,b2\n");scanf("%f,%f,%f,%f",&h1,&b1,&h2,&b2);if(i>3)I[++i]=N1*h1*b1*b1*b1-N2*h2*b2*b2*b2;elseI[++i]=(h1*b1*b1*b1-h2*b2*b2*b2)/12;printf("I[%d]=%.2e\n",i,I[i]);}printf("\nInputthep1\n");//為p1賦值scanf("%f",&p1);if(p1<p)//與許用應(yīng)力比較，判斷是否安全printf("\n頂部梁架安全。\n");elseprintf("\n頂部梁架不安全。\n");printf("\nInputthep2\n");//為p2賦值scanf("%f",&p2);if(p2<p)//與許用應(yīng)力比較，判斷是否安全printf("\n下端橫梁在M安全。\n");elseprintf("\n下端橫梁在M不安全。\n");printf("\nInputthepA,pB,pC\n");//為pA,pB,pC賦值scanf("%f,%f,%f",&pA,&pB,&pC);if(pA<p&&pB<p&&pC<p)//與許用應(yīng)力比較，判斷是否安全printf("\n立柱安全。\n");elseprintf("\n立柱不安全。\n");printf("\n門架上加力點(diǎn)在X、Y、Z軸上的位移依次為x、y、z\n");Ix=I[1];Iy=I[2];Iz1=I[4];//為變量賦值Iz2=I[3];It=I[5];x=K*l*l/(2*C)-X4*a*l*l/(2*C)+X3*a*l*l/(2*C);//代入公式求解x方向位移printf("\nx=%.2e\n",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);//代入公式求解y方向位移printf("y=%.2e\n",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/(3*A)-X2*a*a*2/(3*B);//代入公式求解z方向位移printf("z=%.2e\n",z);}五．CATIA有限元分析驗(yàn)證計(jì)算通過(guò)CATIA建模，進(jìn)行有限元分析，可以驗(yàn)證上述計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性。首先建模，設(shè)置材料，修改材料屬性。施加外力，觀察變形。圖一變形圖生成應(yīng)力圖像：圖二應(yīng)力張量圖圖三范米塞斯應(yīng)力圖由以上驗(yàn)證可知，底部橫梁左端面應(yīng)力最大，也最危險(xiǎn)，這與前面的計(jì)算結(jié)果吻合。六．設(shè)計(jì)感想原以為不太費(fèi)力的一次課程設(shè)計(jì)卻花費(fèi)了這么長(zhǎng)的時(shí)間，真的沒(méi)想到。沒(méi)真正入手之前，永遠(yuǎn)不知道自己有多少個(gè)細(xì)節(jié)沒(méi)有掌握，永遠(yuǎn)不知道知識(shí)點(diǎn)有多少個(gè)漏洞。我在完成課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中了解到了一般零件的設(shè)計(jì)校核過(guò)程，使自己對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題有了一定的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅查閱了多種資料，還學(xué)習(xí)使用了多種軟件，如CATIA，Word，Visio，C語(yǔ)言等，還對(duì)Wor