材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)龍門刨床門架計(jì)算

1、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目:龍門刨床門架學(xué)號:姓名： 張浩指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間:1.設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)及要求。1.1材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的。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)立地訃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)際問題的口的。同時(shí)，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，乂提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學(xué)知識的綜合運(yùn)用，乂 為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握匸程設(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

2、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）山于選題力求結(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)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。（6）為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。1.2材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求參加設(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LJ的已知條件和所求問題，畫出受力分析訃算簡圖和內(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

3、成 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。（1）設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求設(shè)計(jì)計(jì)算說明書是該題口設(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。具體內(nèi)容應(yīng)包括： 設(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。 畫出結(jié)構(gòu)的受力分析計(jì)算簡圖，按比例標(biāo)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(biāo)明可能的各危險(xiǎn)截面。 危險(xiǎn)截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及曲此判定各危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài) 圖。 各危險(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面的位置。 選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。 列出全部計(jì)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

4、的能量法計(jì)算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。 疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說明循環(huán)特性，S疵,久n ，r ,% , 化的計(jì)算，所查K, £, B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。（2）分析討論及說明部分的要求 分析計(jì)算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進(jìn)措施。 提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的初步方案及設(shè)想。 提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。（3）程序計(jì)算部分的要求 程序框圖。 計(jì)算機(jī)程序（含必要的語言說明及標(biāo)識符說明）。 打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計(jì)計(jì)算說明書上）。2設(shè)計(jì)題目：龍門刨床門架計(jì)算某龍門創(chuàng)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(xiǎn)工況有最大切削

5、力F,另外有兩種力矩Mel、Me2,作用位置及作用 方式如圖所示。門架材料為灰鑄鐵（HT25O）。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。Me2=47kN nio數(shù)據(jù)：F=110kN, Mel=50kN m, 設(shè) a=0.6m, 1=0.8m o查表得：E=100GPa, G=40GPao3.超靜定部分分析求解判斷超靜定次數(shù)，此結(jié)構(gòu)為12次超靜定結(jié)構(gòu)。分析外載荷F、Mel. Me2分 別單獨(dú)作用于結(jié)構(gòu)上的情況。（1）最大水平切削力F單獨(dú)作用時(shí)，簡化受力圖如圖所示。山圖可知，該結(jié)構(gòu)是一個(gè)平面一空間系統(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

6、為零，此外，構(gòu)件形狀關(guān)于y軸對稱， 外載荷關(guān)于y軸也對稱，所以，在結(jié)構(gòu)對稱面的橫截面處，反對稱內(nèi)力素也 為零。將構(gòu)件沿對稱面截開作為靜定基，加兩對多余約束力XI、X2,如圖所示。建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件，在截開的對稱面處，相對轉(zhuǎn)角為零，山正則方程有8 11X1+ 8 12X2+ A 1F=O6 22X2 + 5 21X1+ A 2F=0取左半部份分別畫出靜定基在F/2, X1=1, X2=l單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖，如 圖所示。由非圓截面扭轉(zhuǎn)公式可得立柱的It= B ihibi3 一 P 2h2b23 =7.69X 10珂(其中 hl =0.4, bl =0.3, h2=0.36, b2=0.2

7、6, B 1=0.179, P2=0, 184)橫梁對Y軸的慣性矩：I尸獸-窖"XK)F (其中 h_2, bl=o.!2, h2=0.18, 62=0.1)立柱對X軸的慣性矩:Ix=-=5.89X10-4m4 (其中 hl =0.4, bl =0.3, h2=0.36, b2=0.26) 12 12山圖形互乘法得：8 11 = 址+工= + =2.43X1 O'7 m4 厶 El, J GI( EIy GIt+ =2.17X10-7 n? GAcoM 3M, a8 22=y -+y一 =厶 Ely J GIt El5 12=6 21 = 3M,=2.60 X10-8 n?

8、GA3M,Fal2GTt=-8.58X104m43MrFa14EZ；無廠4.0E0F將以上結(jié)果帶入正則方程得：Xl=1.57kN m X2=18.29kN m(2) 力矩Mel單獨(dú)作用于此結(jié)構(gòu)時(shí)，該結(jié)構(gòu)為平面對稱結(jié)構(gòu)，Mel為反對稱 載荷，因此，在結(jié)構(gòu)對稱面的橫截面處，對稱內(nèi)力素等于零。將構(gòu)件沿對稱面截開作為靜定基，并加兩對多余約束力X3、X4,如圖所示。X47MeL/2建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件，在截開的對稱面處，相對垂直位移為零, 由正則方程有5 33X3+ 5 34X4+ A 3F=0S 44X4+ 5 43X3+ A 4F=0取右半部份，分別畫出靜定基在Mel/2, X3=l, X4

9、1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖, 如圖所示。X3ar Nel/ZMel/2iX3aX4qX4a1 1 1 1 1 1土橫梁對Z軸的慣性矩:11/,1=L- = 1.38X10-5m4 (其中 hl=0.12, bl=0.2, h2=0.1, b2=0.18) 4 12 12立柱對Z軸的慣性矩： 3導(dǎo)一獸SXIOF (其中 h®, bl=o.4, h2=0.26, b2=o.36)由山圖形互乘法得:8 44= y 竺上=上+ =5.99X10-8 m4厶 EIz 3EIzl EIzl6 34= 8 43= Y沁=7.72X10-9 m4乙 EIZ EIZ1A3F=V =-=-3.21 X10-4

10、 m4厶 EIZ 2E%A4F=V="叭丄一凹= 3.58X10-3 m4厶 EIZ 4EA, 2EIz2將以上結(jié)果帶入正則方程得：X3=-2.11kN m X4=60.04kN m（3）力矩Me2單獨(dú)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軸對稱，Me2為作用在其上的對稱 載荷，因此，在結(jié)構(gòu)對稱面的橫截面處，反對稱內(nèi)力素等于零。將構(gòu)件沿對稱面截開作為靜定基，并加兩對多余約束力X5、X6.如圖所示。建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件，在截開的對稱面處，相對轉(zhuǎn)角為零，山正則方程有5 55X5+ 5 56X6+ A 5F=06 66X6+ &

11、#167;65X5+A6F=0取左半部份分別畫出靜定基在Me2/2, X5=l, X6=l單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖, 如圖所示。由圖形互乘法得：A5F=0, A6F=0于是可得：X5=0X6=0綜上可得出所有多余約束力，此結(jié)構(gòu)就化為靜定問題。4.門架強(qiáng)度的校核。由于該結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，故可沿對稱面截出一半，取左半部份對其強(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，分別對其進(jìn)行校核。4.1 橫梁一的強(qiáng)度校核:1外力分析：橫梁一上作用有多余約束力矩冷和多余約束力X3o2內(nèi)力分析：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)。山于構(gòu)件的材料為

12、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：M乙max=X3a=1.266kN-m , My,max=Xi=1.57kN-m求得：人W = = 34xlOWZ max必= ±- = 23x10Fy max3強(qiáng)度校核：對A點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析GA. max =A/z, max= 10.5MPa查表得，灰鑄鐵ob=250MPa, n=3 根據(jù)第一強(qiáng)度理論CTl = CTmax<cT故許用應(yīng)力二匚二83.3MPa 滿足強(qiáng)度條件，因此橫梁一是安全的。42橫梁二的強(qiáng)度校核:F Mei Mel1 外力分析：橫梁二上作用有外載荷尸，石5-以及多余約束力X4和多余約束力

13、矩X2。2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：(-)彎矩圖(二)扭矩圖山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,3強(qiáng)度校核：先對右端截面進(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)。如圖所示先分析B點(diǎn)，B點(diǎn)處正應(yīng)力最大，但扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為零。My, max =1829kN/72Wc = - = 2.3xlO-4m3y maxM胚，max 二二= 23.5£N 加2Wv二厶二 s.MxicrSrZ max得岀:C max =Afy.maxA/z, maxWv160AM Pa由于CH=bmax

14、>b,所以B點(diǎn)不安全，因而對于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。4.3 立柱的強(qiáng)度校核：1 外力分析2內(nèi)力分析：畫出內(nèi)力圖，確定危險(xiǎn)截面。（-）彎矩圖"二)扭矩圖3.強(qiáng)度校核：(1).對E點(diǎn)校核,Mx. max =Wx亠Z maxFXE點(diǎn)切應(yīng)力為0,僅受正應(yīng)力，由此可得：23.5kN m ,胚,max = 36.02A7V/n工2二 2.95x10%3V = X max 由第一強(qiáng)度理論：Mx. max Mz. max FN , r 1b max = + A = 24A6MPU <a = 83.3MPaWx Wz A因此E點(diǎn)滿足強(qiáng)度要

15、求，安全。(2)對F點(diǎn)校核，F(xiàn)點(diǎn)同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力。Mx. max Fn .小小八6 =+ 二 10.O5MPaWr AHPmax2.5x10'3/7?3所以，山第一強(qiáng)度理論,66二+2=12A9MPa < 0 = 833MPa山閉口薄壁桿件的自山扭轉(zhuǎn)公式:MxT =二2w3二24x103/g2x0.02x0.38x0.28在F點(diǎn)處取單元體，如圖所示:滿足強(qiáng)度條件，因此F點(diǎn)安全。(3).對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)。g =吒笙+丁 = 16.49MM,r = 8A6MPa由第三強(qiáng)度理論，+ r2 = 20.06MPa < a = 83.3MPa于是

16、，滿足強(qiáng)度條件，G點(diǎn)安全。綜上所述，立柱滿足強(qiáng)度條件。5求解門架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。5lz軸方向位移，沿F方向加單位力1,如下圖所示:山上圖，根據(jù)圖形互乘法可得沿F方向的水平位移厶"幺GLELFl I 21 Fa a 2ci Fa« a2 2 3 | 2 2 3 | 2ELElyGLGLMe2X2 I a X I aGLX a 叟2 2 2ELEly= 7.59xl0"4m （方向與單位力方向相同）5.2 x軸方向位移，沿x軸方向加單位力1,如圖:;=1WiMdEhn+Y;=1wiMxiGL=8.37 x 10_5 in（方向與單位力方向相反）5.3 y方向

17、位移，沿y軸方向加單位力1,如圖所示：ZTELMel ,1a2+ElaMe aa 2aV，6/，2 X3ala X *la 2'4Eh- Eki Eki- 瓦EI：2EI：2WiMd 呂 wiMxi +> m GL= 4.50x1001（方向與單位力方向相同）6、改進(jìn)措施由上述校核可知，中間橫梁是不安全的。改進(jìn)方法有：1 合理設(shè)計(jì)和布置支座。彎矩是引起彎曲變形的主要因素，減小彎矩也就減小應(yīng) 力強(qiáng)度。所以在不影響創(chuàng)床工作的前提下，減小立柱之間的距離。2將集中載荷適當(dāng)分散。工程實(shí)際中，若能把集中力變成分散力，也可以去的減 小彎矩降低彎曲變形的效果。所以，作用在中間梁上的集中力，應(yīng)盡量

18、鼎近支座, 以減小彎矩，降低應(yīng)力。3.選擇合理的截面形狀。梁的合理截面形狀應(yīng)該是：在不加大橫截面面積的條件 下，盡量使叱大一點(diǎn)，即應(yīng)使比值叱'A大一些，則這樣的截面就既合理、乂 經(jīng)濟(jì)。經(jīng)分析知，若將矩形截面中在中性軸附近的材料移至到中性軸較遠(yuǎn)處，使 截面成為工字型及槽型，則它們要比矩形截面更為合理。4合理選材。彎曲變形還與材料的彈性模量E有關(guān)。對于不同的材料，E數(shù)值越 大彎曲變形越小。所以為提高強(qiáng)度，可以選擇高強(qiáng)度鑄鋼。7、C程序部分。#include<stdio.h>void main()float hl,h2,b 1 ,b2丄p 1 A,p 1 B,p 1 C.p=25

19、0/3; int i;for(i=0;i<4;i+)printf(nnlnput the hl.bl,h2,b2rT); scanf(”f,%f,%f,%f”,&h 1，&b 1，&h2,&b2);I=(h 1 *b 1 *b 1 *b 1 -h2*b2*b2*b2)/l 2;printf("I%d=%.2en,i+l,I);printf(MiiInput the pl Ann); scanf(”f”、&plA);if(plA<p)printf("iil 橫梁在 A 安全。n"); elseprintf(&quo

20、t;nl橫梁在A不安全。n"); printf(MnInput the plBn");scanf(” f“,&plA);if(plB<p)printf(nn2 橫梁在 B 安全o nH);elseprintf("ii2 橫梁在 B 不安全。n”)； printf(niilnput the plCnH); scanf(”f“,&plC);if(plC<p)printf(Mn立柱在C安全An J;elseprintf(Hn立柱在C不安全An J;3嚇:源程序包Ci吾言VC6.0完雀緣色扳ComInput the hl,b1,h2,b20.3?0.4,0.2G,0.3G 11=5耳Input the hl,b1,h2,b20.12,0.2,0.1,0.18 12=314e-O05Input