悬臂结构设计..doc

1设计说明书 设计构思 构思是设计的灵魂。要将模型设计为悬臂结构制作的白卡纸力学性能采用空间结构体系，结构布置简单明了，荷载传递路线清晰，构件受力合理。 纸质杆件的抗弯能力最弱，因此，总的设计思路是尽可能降低荷载产生的弯矩。由表1，表2可看出白卡纸的主要优点在于它具有较强的抗拉性能；经试验，白卡纸制成的杆件抗压性能也较强。因此，结构体系的杆件受力应以杆件受拉和受压为主。 表1 230克白卡纸弹性模量 名称种类 层数 弹性模量(MPa) 230克白卡纸 1 56.9 2 148.2 表2 230克白卡纸极限应力 名称类型 层厚 (mm) 拉应力N/mm2) 压应力 N/mm2) 备 注 230克白卡纸 0.3 22.2 7.0 受压计算时需考虑长细比对稳定的影响 结构功能要求做了以下几个方案分析： 图3 圆形截面杆件连接示意图 结构体系的选择 结构体系的选择主要从结构的整体稳定性出发。该体系为图1所示的两榀桁架，通过横系杆在节点处将其连接成整体，并利用纸带做成拉条支撑弦杆，增强结构的稳定性。这样，整个结构能够具有较大的横向、纵向的稳定性，使结构不至因偏心导致整体的倾覆。 模型设计图纸 结构作品效果图 效果图1 效果图2 图4方案效果图 1.2.2节点处理示意图 节点图 图5 A节点处理示意图 图6 B节点处理示意图 其他节点 图7 其他节点的处理 1.3小组成员工作分工说明 结构构思设计：全组三人 运用草图大师制图：老卢 运用力学求解器求解：叶总 承载能力验算：许工 计算书 计算计算简图 结构的计算简图如图8所示。 杆件编号 为了便于运用结构力学求解器软件对结构进行分析计算和数据分析，我们对结构的节点和杆件进行了编号。各杆件的具体位置如图8所示。 图8 结构计算简图 构件截面尺寸 上弦杆：方形，10mm×10mm，厚度10mm 下弦杆：矩形 10mm×10mm，厚度10mm 腹杆：方形，10mm×10mm，厚度10mm 拉条：宽10mm，厚度10mm 材料力学性质 参见表1，表2 。 静载工况下结构的内力分析 结构内力图： 图9 轴力图（N） 图10 剪力图（N） 图11 弯矩图（） 通过内力分析，可以看出，结构各杆件轴力较均匀，但在节点处发生突变，因此应在薄弱部位（如结构突变、节点处）予以加强，对最不利位置进行特殊处理，增加一定的刚度，防止破坏的发生。 结构刚度计算 模型在竖向荷载作用下，产生相应的位移，如图12所示，为结构主要节点位移变化情况,各节点具体位移值见附录三。 图12 位移图 承载能力验算 2.3.1强度、稳定性验算 经大量试验得到不同长细比下的稳定系数，见表3。 表3 不同长细比对应的稳定系数 长细比λ 10 20 30 40 50 60 70 80 稳定系数 0.93 0.88 0.78 0.66 0.59 0.52 0.48 0.37 拉杆 结构的拉杆均为纸带，计算承受最大轴力的53号杆件的承载力 满足强度要求 悬臂杆件 悬臂的回转半径i===6.46mm，杆件的计算长度为360mm， = =55.71，查表3由内插法得 悬臂在荷载作用下最大轴力= 229.57（压） += + = 12.78 [] = 16MPa 3,底柱 杆件的回转半径 I = = = 4.0mm，杆件的计算长度为200mm， = = 50，查表3得 底柱在荷载作用下最大轴力为 = 206.54N（压） = = 10.29 [] = 13MPa 满足强度要求 2.3.2刚度验算 竖向荷载下结构变形小，经计算最大竖向挠度为37.66mm [f] = 40mm,满足强度要求。 2.3.3承载力估算 强度、稳定条件控制的最大承重 材料抗压强度为= 7N/m，荷载作用下悬臂受压杆件最不利，临界应力 = 5.43 N/m，由此推出=20 x = 25.78kg 刚度条件控制的最大承重 20kg荷载下，最大挠度f = 37.66mm。本设计容许最大变形[f] = 40mm,则变形控制的最大承重 = 20 x =21.24kg。 考虑制作误差等缺陷影响，取安全系数。则 = min｛｝/ = 22.30kg 这说明，在保证强度、稳定性和刚度的条件下，本悬臂结构具有足够的承载力。 破坏形式的估计 对模型的特点及以上计算的受力分析，粗略估计该模型的破坏形式主要有以下两种： 偏心产生的整体倾覆 由于模型的主体结构处于支座上方，重心较高，制作误差及加载过程中的偏差致使模型存在偏心作用，从而使模型发生横向的整体倾覆。 局部损坏导致结构破坏 由以上的受力分析可看出上弦杆压应力较大，最接近其极限压应力，故在无偏心以及制作