工程力学设计实践报告 雨伞式凉亭设计方案.doc

工程力学设计实践报告
雨伞式凉亭设计方案
序言
我小组设计的是一个雨伞似的小凉亭,其基本的设计思想来源于普通雨伞。但由于普通雨伞材料过软,结构过于复杂,很多东西无法实现计算,所以我们将伞面改为硬质透明材料,支架结构受到东阶窗户连动结构的启发,其余结构类似普通的凉亭。
为了更好的完成设计工作,我们对组员的分工做到各尽其能。设计过程中遇到了很多困难,大家集体解决,在讨论中我们普遍的感到许多工程力学的知识得到了深化,加深了对概念的理解,并且学到了不少其他学科的知识,可谓受益匪浅。
开始设计时我们以为一个小小的雨伞分析起来十分简单,力不过七八个,数不过五六行,可是真设计起来问题可就越来越多了,数也越来越难算了。在这个过程中我们逐渐体会到做工程师的难处,但同时也尝到了其中的乐趣。
最后,我代表全组同学感谢施老师一学期来的悉心教导,我们在您那里学到了很多知识。
设计报告正文:我小组设计的是一个雨伞似的小凉亭,本着实用,美观,方便的原则,我们进行了设计,实践,进行了大量分析与计算,几乎对可能发生的任何力学问题进行了分析,包括详尽的理论分析与大量的数值运算。得到了令人满意的结果。
雨伞式凉亭单支架示意图如下:
图中AF边为凉亭顶部叶片的支撑边,承担了叶片重量与降雨时作用在上面的平均压力。FG边为凉亭的主干承担了来自其他支撑杆的力,需将其固定在地上。
C E处的结果如图2的特殊结构,其主要目的是使雨伞能够自由开合。E为动力端,在处作用向上的力则可以使雨伞打开。由于涉及到静力学以外的过程,开合过程就不讨论了。

上图为E ,C的固定方式。
结构常数说明:

AF长度
FG长度
其他参数将在计算过程中给出
结构中各力的计算:
假设AF边承受的均布载荷常数,计算如下:
变形协调方程
转换坐标系,以方向为X轴方向,斜向下为y轴正方向重建坐标系
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
由以上16个方程组成一个16元一次方程组,带入数值求解。
利用数学计算工具软件Matlab计算数值结果。原程序如下:
a=[1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 15 15 15 16 16 16 16 16]
b=[1 2 3 4 5 6 2 5 4 1 1 7 9 4 8 10 7 4 8 1 8 11 7 12 8 7 2 13 5 14 5 2 12 13 16 3 6 15 3 6 5 2 15]
%a为要构造的稀疏矩阵行数矢量。b为要构造的稀疏矩阵列数矢量。%
g=[1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 - - 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 -1 1 - 1 1 1 ]
%g为构造矩阵的a行,b列,对应的系数。%
A=sparse(a,b,g,16,16)
B=[150 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ]
C=size(B);
D=B.';
E=A\D
%A是稀疏矩阵, 的转置。 E为结果矩阵。%
结果为:
以上为杆件的受力分析,为了确定材料的安全与否下面是应力计算和压杆安全分析。