材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)龍門刨床

1、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書-7.5-1 -23 龍門刨床班 級：機(jī)械5班姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間：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1. 約束力求解2. 校核門架的的強(qiáng)度3. 求門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移四. C語言程序部分五. 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)知識解決工程實(shí)際問題的目的。 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

2、， 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(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)知識解決工程實(shí) 際中的問題。（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)知識與專業(yè)需要結(jié)合起來。（4）綜合運(yùn)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(jī)地聯(lián)系起來。（5）初步了解和掌握工程實(shí)踐中的

3、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題， 畫出手里分析計(jì)算簡 圖和力圖，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 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。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M?i M?2作用位置及作用方式如圖所示。門架材料為灰鑄鐵( HT250

4、)。(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=230kNM?=10kN mM?2=45kN m。查手冊知灰鑄鐵 HT250的E=100GPa, G=40GPa。z圖341 x30zzz / /0260Z/'/«360400圖4z2.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)對稱、載荷對稱、平面 -空間系統(tǒng)的知識進(jìn)行求解。（3）利用力則方程，分別求解F、M?、M?作用下的多余約束 力。（4）對橫梁及立柱進(jìn)行校核。（5）利用圖形互乘法求解位

5、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軸是對稱結(jié)構(gòu)，F(xiàn)單獨(dú)作用時(shí)為對稱載荷，截面 反對稱力素都為零。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)平面的力也為零。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，取左半部分為靜定基，分別施加 多余約束?、？?于橫梁上。令?=?= 1，畫出力矩圖如下：F/2*0.6F/2*0.8/1 1 一JX2=1圖1圖2圖3由二次超靜定力則方程可知：? ? + ?2 ? + A<?= 012?1?+ ?2 ?+ 4?= 022對于非圓截面立柱，利用插值法求得（3 1= 0.1793 , 32 =，所

6、以 I柱=?1 ? - ?2? = 7.69 X 10-4 ?12?|22 = 3.14 X 10-5 ?鄉(xiāng)12?1 =?鶴+? 耐=2.43 X 10-7 ?22 =?鶴？嗦+ =?梁?柱2.17 X10-7 ?由位移互等定理可得:?12 = ?21警? 2.60 X10-8?柱?=2?= -1.80 X10-3? ?柱 ?=22鰹-聾?= -8.39?梁?柱X10-3 ?帶入方程組，解得？= 3.29?（方向與單位力方向相同）2二?8.24?（方向與單位力方向相同）（2）當(dāng)？?單獨(dú)作用時(shí)該結(jié)構(gòu)是關(guān)于y軸是對稱結(jié)構(gòu)，？?單獨(dú)作用時(shí)為反對稱載 荷，截面對稱力素都為零。進(jìn)行受力分析，固定端不存在

7、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，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?、？?于橫梁上。令? = ?= 1，畫出力矩圖如下:0.6由二次超靜定力則方程可知:?33 ? + ?34? + ? = 03 2?43 ? + ?44 ? + ? = 02?1?12? = 1.38 x 10-5 m412?i?12?2?“3.73 x 10-4亍?.?8?3 =刀t-+ 刀 ？= 6.76 X10-8 ? ?-梁?-柱?44 =刀？7?1+ 刀？ ？ = 5.99 X10-8 ? ?梁?柱由位移互等定理可得：廠-慟9?34 = ?3 =刀？?？?=

8、 7.72 ?10-9 ?-?柱?-5?3f=刀 -二-6.43 X10-5 ?3F?柱?-?4?4F=刀?+ 刀丙上-"7 X10-4 ?-梁- - -柱帶入方程組，解得？二-421.51（方向與單位力方向相反）4 =?12.02?方向與單位力方向相同）（3）當(dāng)？?單獨(dú)作用時(shí)該結(jié)構(gòu)是關(guān)于y軸是對稱結(jié)構(gòu)，？?2單獨(dú)作用時(shí)為對稱載荷, 截面反對稱力素都為零。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，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 ?、？?于橫梁上。令?= ?= 1，畫出力矩圖如下：由二次超靜定力則方程可知：

9、?55 ? + ?56 ? + Ar?2 = 02?5 ? + ?66? +4?22 = 02Me2/2Me2/2Me2/2X6=1由圖可知，顯然？5F= ?6F 0，而？?5, ?56, ?65, ?都不為零,欲使方程組成立，則有5 =? = 0 N?m2. 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?，?的作用，為斜彎曲的情況，危險(xiǎn)截面在左側(cè)端面，力矩圖如圖所示：X1M?= -?3 X0.6 252.91?M?= ? = 3.29?經(jīng)過分析，灰鑄鐵的抗拉性能最差，所以截面p點(diǎn)受到兩個(gè)方向? =?+?梁的最大拉應(yīng)力，為危險(xiǎn)點(diǎn)?“=11.58?梁查資料得 HT250的?

10、250Mpa，n 3,所以?= ?83.33MPa由第一強(qiáng)度理論，? < ?，所以頂部橫梁安全。（2）下端橫梁的校核由前面計(jì)算可知，頂部梁架受到?，號:嚴(yán) ?，?的作用，受 到圓軸扭轉(zhuǎn)和兩個(gè)平面彎曲的作用， 危險(xiǎn)截面在左側(cè)端面，力矩圖如 圖所示：兩個(gè)彎矩圖分別如下一一1 1»L F/2X2” XF/2*0.6X2ZMe1/2X4Me1/2Me2/2P一個(gè)扭矩圖如下經(jīng)過分析，左端面為危險(xiǎn)截面，計(jì)算得到:?M?=倉 X0.6- ? = 30.76?M若將M?, M?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M點(diǎn)進(jìn)

11、行試校核由第一強(qiáng)度理論,? ?=汞+ = 151.05>?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2?嚴(yán)1，號2 ?, ?,?以及?的作用，為兩彎、一扭和拉伸的復(fù)雜組合。彎矩，扭矩以及軸力圖如下:彎矩圖:X3*0.6扭矩圖:F/2*0.6軸力圖:由以上圖可知，危險(xiǎn)截面在端面。校核A點(diǎn):點(diǎn)只存在正應(yīng)力。?= X3+ X4 二11.60kNA= 0.3 X0.4 - 0.26 X0.36 = 0.0264?2?2?= 2 X0.8-2_2= 69.50?=?17?11+? X0.6 + ? X0.6 = 1.96?主?1? ?2?1/=5.89 X 10-4

12、m412QQy QQ?X?= +Ix柱?2?X ? ?+ i= 38.20 X106? I +?'z柱由第一強(qiáng)度理論，？?< 刀所以，A點(diǎn)安全。校核B點(diǎn)：B點(diǎn)同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力?= ?存 務(wù) 0.94MPa柱由教科書?74頁薄壁桿件扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力計(jì)算公式可知:?= 2 X 0.6 - ?- ? = 27.47?27.47 X 103?T= 2?爲(wèi) 2 X0.4 X 0.3 X 0.02 = 刨羽?尸+石2? = 6.21?由第一強(qiáng)度理論，？?<刀所以，B點(diǎn)安全。校核C點(diǎn):?>?= ?+?柱?37.70?由第一強(qiáng)度理論,?t= 5.72?2?暨+ 譏?丫 + ?= 38

13、.55?2 2?>?< 所以，C點(diǎn)安全。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:0.6由之前計(jì)算得到的力，分別畫出力矩圖:Me2/2Me2/2Me2/2_ ?31柱 12運(yùn)用圖形互乘法求解：32?02?5.89 X10-4 ?A?=刀?癖?？ 方+匸?麴?1 x|?x0.63 xj=?x ?梁? X0.62 x|?x?梁1 x 2?X0.83 x2?x ? | ?號2x0.82 x| |?x0.62 x0.8 ? xo.6 x0.8?x ?主+"?x?柱? x0.6 x 0.8?

14、x?柱=0.39m （方向與單位力方向相同）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:?=匸遷 ?厶?OO11-?1 X0.82 x1? x 0.82 xo.6 X1?X ?主22 + 3 2?x ?主? X0.82 x 0.6 x2 + -?x ?柱=-1.68 x 10-2 ?(方向與單位力方向相反)(2)求水平位移求丫方向位移：在門架上加力點(diǎn)沿著丫方向施加一個(gè)單位力，力矩圖如圖:運(yùn)用圖形互乘法求解:?2?1x0.62 x2 3? X0.63 x! -2?1 X0.8 X0.6 + ?X ?梁?X ?梁?X ?主0.6 X0.8 X0.6 X?+

15、?柱0.6 X0.8 X0.6 X?柱=1.67 X10-4 ?（方向與單位力方向相同）四.C語言程序#i nclude<stdio.h>#define A E*lx/定義變量#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 Me2/2void mai n()int i;float h1,h2,b1,b2,p1,p2,pA,pB,pC,p=250/3;double E,G,a,l,Me1,Me2,F,N1,N2,l5,X1, X2,X3,X4

16、,x,y,z,Ix,ly,lz1,lz2,lt;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Itpri ntf("nl nput the h1,b1,h2,b2n");sea nf("%f,%f,%f,%f",&h1,&b1,&h2,&b2); if (i>3) l

17、+i=N1*h1*b1*b1*b1-N2*h2*b2*b2*b2; elseI+i=(h1*b1*b1*b1-h2*b2*b2*b2)/12; prin tf("l%d=%.2en",i,li);prin tf("nI nput the p1n");/sea nf("%f",&p1);if(plvp)/prin tf("n頂部梁架安全。n");elseprin tf("n頂部梁架不安全。n");prin tf("nl nput the p2n");/sea nf(&q

18、uot;%f",&p2);if(p2<p)/prin tf("n下端橫梁在M安全。n");elseprintf("n下端橫梁在M不安全。n");prin tf("nl nput the pA,pB,pCn");/sea nf("%f,%f,%f",&pA,&pB,&pC);if(pA<p&&pB<p&&pC<p)/prin tf("n立柱安全。n");elseprin tf("n立柱不安全

19、。n");printf("n門架上加力點(diǎn)在X、Y、Z軸lx=l1; ly=l2; Iz 仁l4; II為pl賦值與許用應(yīng)力比較，判斷是否安全為p2賦值與許用應(yīng)力比較，判斷是否安全為pA,pB,pC賦值與許用應(yīng)力比較，判斷是否安全移依次為x、y、zn");為變量賦值lz2=l3; lt=l5;x=K*l*lI(2*C)-X4*a*l*lI(2*C)+X3*a*l*lI(2*C); II代入公式求解 x 方向位移prin tf("nx=%.2en",x);y=-K*l*a/C-K*a*a/(2*D)-X3*a*l*a/C+X4*a*l*a/C+X4

20、*a*a*a/(3*D);II代入公式求解y方向位移prin tf("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*2I(3*A)-X2*a*a*2I(3*B);/代入公式求解 z 方向位移prin tf("z=%.2en",z); 'D:Program File? (x8S)vcDe bogVOnexe'Input the hl, b 1,1x2, b2 t). 3, CL 4, O. 26, CL 36 tl=5.

21、 89e-004Input the hlbl, h2, b20. 12, 0. N 0. 1,0. 18J2=3. 14e-005Input the hl, bl, Yi2t b2 !o. z 0. IN 0. 18, 0. 1 t2-L 23e-00SInput the hlbl, h2t b2 b 4, 0. 3, 0. 36,0. 26I4>3. 73e-004Input the hl, bl； h2, b2 p. L 0. 3,0. 36, 0. 26 I5-7. 69a-004Input th氏 pl11. 5S頂部梁架安全。Input thm p21B1. 05下端橫梁在M不安全I(xiàn)nput the pA, pB, pC6. 2h 33. 20,