python结课设计力学方面_结构力学课程设计.doc

结构力学课程设计

工 程 训 练

(2011-2012学年第一学期)

题目: 圣诞——纸结构模型设计

学科部名称: SB

专业、班级:

姓名 (学号): SB江宇

222

指 导 教师: 乔布斯

南昌大学科技学院理工学科部土建系

圣诞——纸结构模型设计

设计说明

根据任务要求，我们从模型制作的跨中受荷承重能力方面出发，采用任务提供的A0标准绘图纸、白乳胶精心制作了“圣诞”结构模型。

方案构思

本结构主要构思是利用两根长跨的承载力以及中部拉杆拉住下部 长跨，再经过两根斜杆将跨中承载传递到两边以及桥墩处。设计的总原则是：尽可能利用拉杆来承受并传递荷载。

结构选型

按照设计要求，在跨中承受荷载，所以考虑尽量将跨中荷载通过拉杆和斜杆向两端传递。考虑到结构的整体性以及承荷作用，这里采用三角形结构，利用三角形的稳定性保证整体性能，以承受更大的荷载，在中部加上竖直方向和斜向拉杆以和主跨一起分担荷载。

结构外形

考虑到承载台加载点，我们设计的结构平面为长760mm，宽160mm的长方形，结构高为300mm距离桥墩处1/4主跨部位布置长度150mm竖直支撑杆上部接斜杆，斜杆长度约为4800mm，斜杆中部与主跨中部用长度约为2400mm的斜拉杆连接。

节点设计

各受力杆相交的节点由于杆在受力时会引起较大的力，进而引起松脱，在连接时用实心小纸团来增大接触面积，从而增大节点强度。

结构特色

此构件在主跨选取上使用了两张张A0纸张卷成的杆件，保证主要受力部分的强度以及结构完整性。其他部分构件也都选取了A0的纸张。从外形上看采用了三角形结构，充分利用了三角形的稳定性，使得结构有了很好的整体性。

二、设计方案

1、设计基本假定

①纸张材质连续均匀②支座为固定支座③杆件之间节点按铰接点计算

2、模型结构图

结构实物图

结构俯视图

结构平视图

模型结构计算简图

节点大样图

5、主要构件材料表、

标号形状尺寸长度数量主跨截面外径18mm

内径2mm760mm2斜杆截面外径12mm

内径2mm480mm4跨中立柱截面外径12mm

内径2mm300mm21/4跨立柱截面外径6mm

内径2mm150mm4跨内斜拉杆截面外径6mm

内径2mm240mm4三、设计计算

1、材料性能试验与分析

(1)、抗拉强度计算:

A0绘图纸受力测试顺纹63N逆纹32N测试的纸带长度15mm，宽度b=20mm，厚度h=0.03mm

纸带截面积为A=bh=20*0.03mm2=0.6mm2

所以纸带的拉应力为σ=FN/A=63/0.6 N/mm2=105N/mm2

(2)、弹性模量计算：

根据试验得出数据

预变形(即挠度w)mm实际承载力 N4.000537.30076.512.775140.5ΔF=[(F2-F1)+(F3-F2)]/2=43.75N

Δw=[(w2-w1)+(w3-w2)]/2≈4.39mm

由于存在Δw=ΔFL3/48EI

Iz=π(D4-d4)/64=3.14*(184-24)/64mm4=5149.6mm4

E=ΔFL3/48ΔwIz≈15684MP

2、结构计算

模型受力简图

模型轴力图

模型剪力图

模型弯矩图

模型受力位移变形图

对所能承受的承载力进行试验时，实际加载模型如下图①所示

图①

进行计算时，消除多余约束后结构简图如图②所示，节点支座没有画出

图②

在节点1处施加单位力1N

取节点1进行计算，受力如图③

图③

此时F=1=F1，即竖直杆收到的轴力为1

取节点2进行受力分析，受力如图④

图④

F2与F3夹角的一半为?，由模型的尺寸可以得到cos?=5/8,

F1’=F1=F=1,

F2*sin?=F3*sin?

所以F2=F3

2F2*cos?=F1’

得到F2=0.8

取节点3进行受力分析，受力如图⑤

图⑤

F3’=F3=F2

得到 F3*sin?=F4=0.65

3、受力构件截面尺寸设计计算

根据设计的模型，考虑到在加载实验时需要预留支承端，并要求悬空跨长为700mm，我们把主跨长度设计为760mm预留出60mm的支承，且由于是主体构件，所以直径选为18mm；由于我们设计的是三角钢架结构桥梁，因此根据勾股定理可以得出各边长度。由于跨中竖直杆承受拉力，且相对受力较大，因此其相对直径选取12