《解放CA－10B汽車前橋在滿載行駛、緊急制動和轉(zhuǎn)向側(cè)滑三種工況下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞校核及剛度計(jì)算--第9個(gè)數(shù)據(jù)027 1527 1294 1615--西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《解放CA－10B汽車前橋在滿載行駛、緊急制動和轉(zhuǎn)向側(cè)滑三種工況下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞校核及剛度計(jì)算--第9個(gè)數(shù)據(jù)027 1527 1294 1615--西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)（25頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、班級 姓名 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)專業(yè)： 機(jī)制本班級： 作者： 題目：解放CA10B汽車前橋在滿載行駛、緊急制動和轉(zhuǎn)向側(cè)滑三種工況下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞校核及剛度計(jì)算指導(dǎo)老師： 一、 課程設(shè)計(jì)的目的材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料力學(xué)后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問題，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)的知識解決工程實(shí)際問題之目的。同時(shí)，可以使我們將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)算方法及手段融為一體。既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；既把以前所學(xué)的知識綜合應(yīng)用，又為后繼課程打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法
2、，對實(shí)際工作能力有所提高。1）使所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化，完整化。讓我們在系統(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)際問題。2）綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識（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)等），使相關(guān)學(xué)科的知識有機(jī)地聯(lián)系起來。3）使我們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)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。二、 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求要系統(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)題目的已知所求問題，畫出受力分析計(jì)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，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。三、 設(shè)計(jì)題目解放CA10B載貨汽車
3、前橋的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖1所示（不計(jì)圓角、孔、槽的影響），汽車的前輪距為L，鋼板彈簧中心距為R，汽車輪胎的半徑（負(fù)載下或行駛中）為r，前軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），薄壁截面的厚度均為t，有關(guān)數(shù)據(jù)見表1。a)b)圖1 解放CA10B汽車前橋a) 工程圖 b) 力學(xué)模型17007404902901202808083.5110132926583706583120528595241807022001200.840.781.81.60.80.10.05表1 固定數(shù)據(jù)表（尺寸單位：mm）已知汽車滿載靜止時(shí)前軸左右鋼板彈簧座的載荷為，如圖2所示。圖2 汽車滿載靜止時(shí)前橋的力學(xué)簡圖下面給出幾種工況時(shí)的受
4、力情況。1. 動載工況汽車行駛在不平路面時(shí)受到垂直沖擊，每個(gè)輪胎的支反力變?yōu)?，前輪的行駛阻力為，如圖3所示。圖3 汽車動載時(shí)前橋的力學(xué)簡圖2. 制動工況制動時(shí)，由于減速慣性力的影響，更多的汽車重量向前橋轉(zhuǎn)移，前橋增載而后橋減載，當(dāng)緊急制動時(shí)，每個(gè)車輪的法向載荷增為，每個(gè)車輪的切向制動力為，如圖4所示。圖4 汽車緊急制動時(shí)前橋的力學(xué)簡圖3. 側(cè)滑工況汽車前輪側(cè)向滑移時(shí)，兩側(cè)車輪承受的垂直載荷不同，地面對輪胎的反力沿軸向，如圖5所示。 圖5 汽車側(cè)滑時(shí)前橋的力學(xué)簡圖要求完成下列問題：（1） 畫出前橋的內(nèi)力圖。（2） 計(jì)算危險(xiǎn)截面的主應(yīng)力及方位，依據(jù)強(qiáng)度條件進(jìn)行校核。（3） 定性分析靜載、動載、緊急
5、制動、側(cè)滑四種工況下前橋的變形特點(diǎn)。（4） 按圖示簡化后的變截面結(jié)構(gòu)，計(jì)算前橋AK兩截面的相對垂直位移和在xOy平面內(nèi)的相對轉(zhuǎn)角。注意：a）計(jì)算時(shí)不計(jì)主銷中心距與兩輪距之間尺寸的差異。b）可將圓弧ABC視為AC直線來近似計(jì)算。c）將AG、GS、SJ、JO段分別視為等截面進(jìn)行計(jì)算。表2 設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)1.動載工況2.制動工況/kN/kN/kN/kN0.2715.2712.9416.151、 畫出前橋的內(nèi)力圖動載工況時(shí)，前橋拐角=arctan HA/ l120.77將支反力和行駛阻力分別移至A、D點(diǎn)，將FAy分解成沿AC方向和垂直于AC方向的兩力，如下圖所示。Fa=FAySin5.42 kNFb=
6、FAyCos14.28 kN對前橋進(jìn)行受力分析：Fy = 0 ；MA = 0 有對稱性知：FAy = FDy ; FKy = FHy 則FAy = FDy = FKy = FHy = 15.27 kN 同理: FAz = FDz = FKz = FHz = 0.27 kN1、拉力Fn2、Fz3、Mz4、Fy5、My6、Me2、 計(jì)算危險(xiǎn)截面的主應(yīng)力及方位，依據(jù)強(qiáng)度條件進(jìn)行校核將前橋按照截面形狀分成四段，分別為AG段、GS段、SJ段、JO段。（1） AG段：截面為矩形。危險(xiǎn)界面面在G處。受力狀態(tài)為拉及兩向彎曲組合。Fz = Fcy 5.80 kNFy = Fcz 0.11 kNMGz = Mcz
7、1.83 kNmMGy = Mcy34.66 NmWGz =7.463083WGy=5.844583Gz =24.52MpaGy =0.59Mpa拉 =1.00Mpa 由于MGz、MGy、Fn使前橋產(chǎn)生的線應(yīng)變均沿AG方向，故max =Gz +Gy+拉=26.11 Mpa =180 Mpa 安全。由矩形截面應(yīng)力分布圖知:在矩形截面上切應(yīng)力在中性軸處O點(diǎn)達(dá)到最大，且，O點(diǎn)單元體如圖所示 。 1.65 MPa 0.031 MPa 1.65 MPa =70 MPa經(jīng)基本校核可知:在AG段正應(yīng)立即切應(yīng)力均滿足強(qiáng)度條件。（2） GS段：截面為工字形。可能的危險(xiǎn)截面在C處和S處，由于S處受力狀況和K處相同
8、且各力均小于K處，故只對C處進(jìn)行校核。由內(nèi)力圖知：C處Fz=14.28 kN, Fy=0.27 kN ,Mz=4.43 kNm ，My=83.75 Nm ,Fn= 5.42kN。顯然，C處危險(xiǎn)點(diǎn)為A、B兩點(diǎn)，點(diǎn)A受最大拉應(yīng)力，點(diǎn)B受最大壓應(yīng)力。Az = 71.15Mpa （Ymax為形心軸到底邊的距離） Ay = 2.26MpaBz = -49.26MpaBy = -2.44Mpa拉 = 1.33Mpa 由于各力產(chǎn)生的線應(yīng)變均沿AC方向，故經(jīng)基本強(qiáng)度校核max =Az+Ay +拉= 74.74Mpa =180 Mpa 安全，該段滿足強(qiáng)度條件。補(bǔ)充強(qiáng)度校核:在剪力與彎矩都比較大的截面，在其腹板與
9、翼緣交界處，其正應(yīng)力與切應(yīng)力均較大，是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，需按強(qiáng)度理論進(jìn)行校核。故選取圖示D點(diǎn):Dz = = = 26.64( yD = Z - 18.37mm ) Dy = = 0.84 拉 =1.33 MpaD =Dz +Dx+拉 = 28.81 Mpa = 12.87 Mpa（ = 6.61 ）= 0.061Mpa （忽略）（ 2.39 ）D點(diǎn)單元體如下圖所示按第三強(qiáng)度理論檢驗(yàn)得: 38.63 Mpa =180 Mpa 安全。（3） SJ段、JO段：截面為工字形。由于SK段為兩向彎扭組合并存在兩向剪力、KO段僅為兩向彎組合，且SJ段Iz小于JO段，故危險(xiǎn)界面在K處。顯然，危險(xiǎn)點(diǎn)為A、B兩點(diǎn)，點(diǎn)
10、A受最大拉應(yīng)力，點(diǎn)B受最大壓應(yīng)力。由內(nèi)力圖知：K處Fz=15.27 KN , Fy=0.27 KN ，Mz=7.33 KNm ，My=135.05 Nm ,Me=29.7 Nm 。Az = 105.41Mpa （ymax為形心軸到底邊的距離） Ay = 0.93MpaBz = -65.50MpaBy = -2.14MpaC =Cz=Az = 105.41Mpa故max =Az+Ay = 106.34 Mpa由切應(yīng)力分布圖知：棱角處切應(yīng)力為0，最大切應(yīng)力存在于C點(diǎn)，且max= 0.370Mpa = 70 Mpa由于max很小，忽略不計(jì)，故利用A點(diǎn)進(jìn)行校核，max =180 Mpa 安全。補(bǔ)充強(qiáng)度
11、校核:在剪力與彎矩都比較大的截面，在其腹板與翼緣交界處，其正應(yīng)力與切應(yīng)力均較大，是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，需按強(qiáng)度理論進(jìn)行校核。由于該截面尺寸中上邊長a較下邊長大的多，選取圖示D、E兩點(diǎn): Dz = = = 57.15( yD = Z - 28.42mm ) Dy = = 0.43 D =Dz +Dz = 57.58MpaEz = = -17.24( yE= h - Z - 8.58 mm ) Ey = -Dy = -0.43 顯然E D 。 = 11.40Mpa（ = 6.54 ） = 10.34Mpa （ = 5.93 ） = =0.040 Mpa （忽略）（ 4.79 ）按第三強(qiáng)度理論檢驗(yàn)得: =
12、 61.93 Mpa =180 Mpa 安全。表3.危險(xiǎn)截面參數(shù)表（數(shù)據(jù)由程序得出）參數(shù)GSSJJOZ/mm30.36764740.42344529.5Ymax/mm42.36764752.42344541.5Iz/3.0551093.6455734.27297Iy/1.2755703.779843.46982It/1.926144Az/ Mpa71.15105.41Ay/ Mpa2.260.93A/ Mpa74.74106.34Bz/ Mpa-49.26-65.50By/ Mpa-2.44-2.14B/ Mpa-50.37-67.64C/ Mpa72.48105.41/ Mpa0.3703、
13、 定性分析靜載、動載、緊急制動、側(cè)滑四種工況下前橋的變形特點(diǎn)1、靜載:當(dāng)汽車處于靜載時(shí)，前橋只受豎直平面內(nèi)的支持力和車身重力，會在豎直平面xOy內(nèi)有微小彎曲和拉伸變形，形變量對稱分布。2、動載:當(dāng)汽車處于動載時(shí)，前橋除受到豎直平面內(nèi)的支持力和車身重力外，還有水平方向的行駛阻力及水平力引起的扭矩，這時(shí)前橋在豎直平面xOy內(nèi)有較大彎曲和拉伸變形，水平面xOz內(nèi)有微小彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，形變量對稱分布。3、緊急制動: 當(dāng)汽車處于緊急制動時(shí)時(shí)，前橋受到豎直平面內(nèi)的支持力和車身重力，水平平面內(nèi)的較大行駛阻力及水平力引起的扭矩，這時(shí)前橋在豎直平面xOy內(nèi)有較大彎曲和拉伸變形，水平面xOz內(nèi)有較大彎曲和扭轉(zhuǎn)變形
14、，形變量對稱分布。4、側(cè)滑:汽車側(cè)滑時(shí)，兩輪承受的垂直載荷不同，地面對輪胎的反力沿軸向，將輪胎受力簡化至A、D點(diǎn)如下圖所示，在豎直平面xOy內(nèi)前橋受到豎直平面內(nèi)的支持力，地面反力和車身重力，會有復(fù)雜的彎曲、拉伸或壓縮變形，變形量不對稱，水平面xOz內(nèi)無形變。4、 按圖示簡化后的變截面結(jié)構(gòu)，計(jì)算前橋AK 兩截面的相對垂直位移和在xOy平面內(nèi)的相對轉(zhuǎn)角1、計(jì)算AK兩截面的垂直位移，在AK兩截面施加一對相對的單位力1。設(shè)D、K處支反力分別為x、y，方向均豎直向上。 0 ；-0.48 + (0.48+0.74) x + 1.7y = 0 ; 0 ；-0.48 + 0.74x + 1.22y = 0 ;
15、求得: x = -1 , y = 1故施加單位力后，前橋受力如圖所示:由莫爾積分圖乘法可知: + ; = + = += 2.287532m+4.282162m = 6.569694mm（其中: = bh = 5.39 ;= = 4.0845#鋼彈性模量為196216 GPa，取E = 200GPa） =2tc 4.710 mm（由附頁中程序得出）故4.710mm即為A、K兩截面的垂直位移。參數(shù)AGGCCSSKKJJOa / Nm00.120.290.440.480.48b / Nm0.120.290.440.480.480.48c /kNm01.824.436.637.337.33d / kN
16、m1.824.436.637.337.337.33i /3.0971803.0551093.0551093.6455733.6455734.27297l /mm128.34181.82148.2541.7541.75328.25tc /mm001510.20020.49480.18310.19951.33852、計(jì)算AK兩截面在xOy平面內(nèi)的相對轉(zhuǎn)角，在A、K處施加一對相對的單位力矩1。故施加單位力矩后，前橋受力如圖所示: rad =1.844+9.238+1.337+3.982 rad 2.847 rad即為所求AK兩截面的相對轉(zhuǎn)角。4、 計(jì)算m-m截面的疲勞強(qiáng)度，疲勞安全系數(shù)n=31、計(jì)算
17、m-m截面應(yīng)力狀態(tài):m-m截面為工字形截面，受力狀態(tài)為兩相彎扭組合，并存在兩向剪力。Fz=15.27 kN , Fy=0.27 kN ,Me=29.7 Nm , Iz =3.055109,Iy =1.275570。It = 1.57Mz=4.43+(7.33-4.43)( ) 6.11 KNmMy=83.75+(135.05-83.75) 113.45Nm84.60 Mpa 3.07Mpa=87.67 Mpa81.13 Mpa3.31 Mpa=85.44 Mpa =84.60 Mpa 故，由切應(yīng)力分布圖知：棱角處(A、B兩點(diǎn))切應(yīng)力為0，最大切應(yīng)力存在于C點(diǎn)，且max= 0.46Mpa = 7
18、0 Mpa，由于max很小，忽略不計(jì)。補(bǔ)充強(qiáng)度校核:在剪力與彎矩都比較大的截面，在其腹板與翼緣交界處，其正應(yīng)力與切應(yīng)力均較大，是復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，需按強(qiáng)度理論進(jìn)行校核。 36.68 Mpa 1.13 Mpa=37.81Mpa 13.74 Mpa（= 6.61） 0.065 Mpa (略去)（= 2.39）故在單元體D處，=37.81 Mpa,=13.74 Mpa由=得: ，=23.375 Mpa2、計(jì)算疲勞強(qiáng)度:由汽車前橋運(yùn)動工況知:m-m截面循環(huán)特性為:r = 0。=87.67 Mpa，=43.84 Mpa, =43.84 Mpa=1.643通過計(jì)算可知：剪應(yīng)力滿足疲勞強(qiáng)度條件，而正應(yīng)力不滿足，
19、需要進(jìn)行改進(jìn)，可采取如下改進(jìn)措施:(1)、減少應(yīng)力集中，。(2)、采用強(qiáng)化工藝，提高表面質(zhì)量，。(3)、采用高強(qiáng)度的材料，。(4)、采用更加合理的截面，比如將工字型截面換成箱形截面。 附錄1、 計(jì)算應(yīng)力#include#include#infefine yita 2.0 /*即為*/#indefine t 0.024float xxz(float a,float b,float h) /*計(jì)算形心軸*/ float z; float Iz,Iz1,Iz2,Iz3,Ymax,Wz; z=(a*t*(h-t)+t*(h-2t)*(h-t)/2)(a*t+b*t+t*(h-2t); return z
20、;float Ymax(float a,float b,float z) /*計(jì)算Ymax*/ if(b0) It=nzgxj(a,b,h); printf(該工字鋼扭轉(zhuǎn)慣性矩為It=%8.6f m4n,It); q=Me*t/It; q1=q/106; printf(該工字鋼的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為=%8.6f MPan,q); else q=0; if(Fn0) l=Fn(a*t+b*t+t*(h-2*t); l1=l/106; printf(該工字鋼截面的拉應(yīng)力為l=%8.6f MPan,l); else l=0; Az=Mz*ymax/Iz; Az1=Az/106; Ay=My*b/(Iy*2)
21、; Ay1=Ay/106; A=Az+Ay+l; A1=A/106; printf(該工字鋼截面A點(diǎn)的應(yīng)力狀況為Az=%5.2f MPa,Ay=%5.2f MPa,A=%5.2f MPa,Az1,Ay1,A1); Bz=-1*Mz*(h-ymax)/Iz; Bz1=Bz/106; By=-1*My*a/(Iy*2); By1=By/106; B=Bz+By+l; B1=B/106; printf(該工字鋼截面B點(diǎn)的應(yīng)力狀況為Bz=%5.2f MPa,By=%5.2f MPa,B=%5.2f MPa,Bz1,By1,B1); C=Az+l; C1=C/106; printf(該工字鋼截面C點(diǎn)的應(yīng)
22、力狀況為C=%5.2f MPa,扭轉(zhuǎn)=%5.2f MPa,C1,p1);2、 圖乘計(jì)算#include#include#infefine E 200000000000float bjmtc(float a,float b,float c,float d,float l,float i)float tc; l/=1000; c*=1000; d*=1000; i*=10-6; tc=(a*l*(c+d)/2+(b-a)*l*(c+2*(d-c)/3)/2)/(E*i); tc*=103; return tc;void main()float a,b,c,d,l,i,tc; printf(請輸入單
23、位力圖上兩點(diǎn)坐標(biāo)值，單位“N*m”，以“，”隔開n)； scanf(%f,%f,&a,&b); printf(請輸入內(nèi)力圖上兩點(diǎn)坐標(biāo)值，單位“Kn*m”，以“，”隔開n)； scanf(%f,%f,&c,&d); printf(請輸入該段長度，單位“mm”，以“，”隔開n)； scanf(%f,&l); printf(請輸入該段慣性矩，單位“10-6 m4”，以“，”隔開n)； scanf(%f,&i); tc=bjmtc(a,b,c,d,l,i); printf(該段圖乘結(jié)果為%6.4f mm,tc); 設(shè)計(jì)體會通過材料力學(xué)的學(xué)習(xí)，使我初步了解材料力學(xué)的任務(wù)是在滿足強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)，為構(gòu)件確定合理的尺寸，選擇適宜的材料，為構(gòu)件設(shè)計(jì)提供了必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。而且通過此次的課程設(shè)計(jì)，使我對材料力學(xué)知識掌握的更為牢固，并掌握了一定的設(shè)計(jì)方法和步驟及解決困難的方法。此后，我會更加扎實(shí)的學(xué)習(xí)所學(xué)課程并廣泛涉獵其他學(xué)科，在提高專業(yè)知識水平的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高自己的綜合素質(zhì)。24
解放CA－10B汽車前橋在滿載行駛、緊急制動和轉(zhuǎn)向側(cè)滑三種工況下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞校核及剛度計(jì)算--第9個(gè)數(shù)據(jù)027 1527 1294 1615--西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)
