BÀI GIẢNG: SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 GV: Võ Minh Thiện. Hồ Lê Huy Phúc. Khoa: Xây Dựng

Khái niệm nội lực - Ứng suất ▪ Nội lực là sự thay đổi của lực tương tác giữa các phần tửvật chất khi vật thể chịu tác dụng của ngoại lực.. Thí nghiệm ▪ Kẽ các đường ngang → các thớ dọc ▪

Trang 1

SỨC BỀN VẬT LIỆU 1

GV: Võ Minh Thiện

Hồ Lê Huy Phúc Khoa: Xây Dựng

Trang 2

MÔ TẢ HỌC PHẦN

- Sức bền vật liệu (SBVL) nghiên cứu tính chất chịu

lực của vật liệu → đề ra các phương pháp tính:

▪ Độ bền

▪ Độ cứng

▪ Độ ổn định

- Mục đích môn học: xây dựng các khái niệm &

phương pháp tính, dự báo tình trạng chịu lực của vật thể.

giữa yêu cầu an toàn và tiết kiệm vật liệu.

Trang 3

NỘI DUNG HỌC PHẦN

- Bài 1: Các khái niệm cơ bản

- Bài 2: Trạng thái ứng suất – Lý thuyết bền

- Bài 3: Kéo (nén) đúng tâm

- Bài 4: Lý thuyết bền

- Bài 5: Đặc trưng hình học mặt cắt ngang

- Bài 6: Uốn phẳng thanh thẳng – Chuyển vị dầm chịu

uốn

Trang 4

Bài 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Các khái niệm cơ bản

1.1.1 Đối tượng nghiên cứu

▪ Vật liệu thực (bị biến dạng khi chịu lực)

▪ Hình dạng:

(a) Khối

(b) Tấm (vỏ)

(c) Thanh

Trang 5

1.1.2 Các giả thiết cơ bản

▪ Vật liệu liên tục, đồng nhất, đẳng hướng & đàn hồi tuyếntính

▪ Biến dạng và chuyển vị bé → nguyên lý cộng tác dụng

Trang 6

1.1.2 Các dạng làm việc của kết cấu

Trang 7

Trang 8

▪ Theo tính chất tác dụng: tải trọng tĩnh, tải trọng động

▪ Theo khả năng nhận biết: tiền định, ngẫu nhiên

Trang 9

1.2 Ngoại lực

1.2.3 Liên kết & phản lực liên kết

(a) Gối di động (b) Gối cố định (c) Ngàm

→ Viết phương trình cân bằng:

Trang 10

1.3 Lý thuyết nội lực

1.3.1 Khái niệm nội lực - Ứng suất

▪ Nội lực là sự thay đổi của lực tương tác giữa các phần tửvật chất khi vật thể chịu tác dụng của ngoại lực

▪ Ứng suất → đặc trưng cho khả năng chịu lực của vật liệu

Trang 11

1.3.2 Các thành phần nội lực trên mặt cắt ngang

▪ Mô men uốn Mx

▪ Mô men uốn My

▪ Mô men xoắn Mz

▪ Lực cắt Qx

▪ Lực cắt Qy

▪ Lực dọc Nz

Trang 12

Bài 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Trang 13

1.3.4 Quy ước dấu nội lực trong bài toán phẳng

▪ Mô men uốn Mx >0: làm căng thớ dưới

▪ Lực cắt Qy>0: làm phần đang xét quay theo kim đồng hồ

▪ Lực dọc Nz>0: gây kéo

Trang 14

1.3.5 Liên hệ vi phân giữa nội lực và tải trọng

Trang 15

1.3.5 Liên hệ vi phân giữa nội lực và tải trọng

b Đối với tải tập trung và mô men tập trung

Trang 16

▪ Trục chuẩn song song và dài bằng chiều dài thanh

▪ Tung độ vẽ vuông góc trục chuẩn thể hiện giá trị nộilực

Trang 17

CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 1

1 Khái niệm nội lực.

2 Phân biệt các thành phần nội lực.

3 Quy ước dấu nôi lực trong bài toán phẳng.

4 Vẽ biểu đồ nội lực

Trang 18

Bài 2 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT

– LÝ THUYẾT BỀN

2.1 Khái niệm trạng thái ứng suất (TTƯS)

2.1.1 Trạng thái ứng suất tại một điểm

Là tập hợp tất cả các thành phần ứng suất tại tất cả các mặtcắt đi qua điểm đó

Trang 19

2.1 Khái niệm trạng thái ứng suất (TTƯS)

2.1.1 Trạng thái ứng suất tại một điểm

Trang 20

Bài 2 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT

Trang 21

Trang 22

2.2 Trạng thái ứng suất phẳng

2.2.1 Quy ước dấu ứng suất

▪ σ > 0 khi gây kéo

▪ τ > 0 khi làm phân tố quay thuận kim đồng hồ

Trang 23

Trang 24

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Trang 28

xy 2

Trang 29

2.4 Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

2.4.1 Định luật Hooke cho biến dạng dài

▪ E – mô đun đàn hồicủa vật liệu

Trang 30

2.4.2 Định luật Hooke cho phân tố chính

Trang 31

2.4.2 Định luật Hooke cho biến dạng trượt

▪ G – mô đun đàn hồi trượt:

2.4.3 Định luật Hooke cho biến dạng thể tích

− 

Trang 32

2.4.4 Thế năng biến dạng đàn hồi

3E

1 2 u

Trang 33

CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 2

Tìm giá trị ứng suất chính, phương chính, ứng suất pháp cực trị, ứng suất tiếp cực trị và ứng suất tiếp trên mặt cắt AB của phân tố như trên hình vẽ bằng phương pháp giải tích và đồ thị.

Trang 34

Bài 3 KÉO (NÉN) ĐÚNG TÂM

3.1 Định nghĩa

Thanh được gọi là kéo (nén) đúng tâm khi trên bất kì mặt cắtngang nào cũng chỉ có 1 thành phần nội lực là Nz

Ví dụ: thanh dàn, dây cáp…

Trang 35

3.2 Ứng suất trên mặt cắt ngang

3.2.1 Thí nghiệm

▪ Kẽ các đường ngang → các thớ dọc

▪ Kẽ các đường vuông góc trục thanh → mặt cắt ngang

Thí nghiệm kéo thanh thẳng

Trang 36

3.2.1 Thí nghiệm

▪ Các thớ dọc bị giãn dài nhưng vẫn thẳng

▪ Các mặt cắt ngang dịch chuyển nhưng vẫn vuông góctrục thanh

Thí nghiệm kéo thanh thẳng

Trang 37

3.2.2 Các giả thiết

▪ Các thớ dọc không chèn ép, xô đẩy nhau

▪ Các mặt cắt ngang thẳng và vuông góc với các thớ dọc

▪ Vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi, ứng xử tuântheo định luật Hooke

Trang 38

 =

Trang 39

Trang 40

3.3 Đặc trưng cơ học của vật liệu

3.3.1 Thí nghiệm kéo vật liệu dẻo (kéo thép)

(a) Mẫu thí nghiệm

Mẫu thí nghiệm có chiều dài L0, đường kính d và diện tích 0 A 0

do

Lo

(b) Mẫu thép sau khi thí nghiệm

▪ Biến dạng dài tương đối:

o

100% L

−

 =

Trang 41

3.3.1 Thí nghiệm kéo vật liệu dẻo (kéo thép)

▪ OA: giai đoạn đàn hồi

▪ AD: giai đoạn chảy dẻo

▪ DBC: giai đoạn tái bền

 =

Trang 42

3.3.1 Thí nghiệm kéo vật liệu dòn (kéo gang)

(a) Mẫu thí nghiệm

Mẫu thí nghiệm có chiều dài L0, đường kính d và diện tích 0 A 0

do

Lo

b b

o

P A

 =

(b) Quan hệ lực – chuyển vị

▪ Giới hạn bền:

Trang 43

3.3.1 Thí nghiệm nén vật liệu dẻo (nén thép)

(a) Mẫu thí nghiệm (b) Quan hệ lực – chuyển vị

 = 

Trang 44

3.3.1 Thí nghiệm nén vật liệu dòn (nén gang)

(a) Mẫu thí nghiệm (b) Quan hệ lực – chuyển vị

  

Trang 45

3.4 Thế năng biến dạng đàn hồi

i 2

i i

N L 2E A

Trang 46

3.5 Ứng suất cho phép – Ba bài toán cơ bản

N A

Trang 47

3.5 Ứng suất cho phép – Ba bài toán cơ bản

3.5.3 Ba bài toán cơ bản

 

z z

N A

Trang 49

4.2.1 Thuyết bền ứng suất pháp cực đại (tb1)

Nguyên nhân vật liệu bị phá hoại là do ứng suất pháp kéo vànén lớn nhất của phân tố ở trạng thái ứng suất phức tạp đạtđến ứng suất nguy hiểm của phân tố ở trạng thái ứng suấtđơn

Trang 50

4.2.2 Thuyết bền biến dạng dài cực đại (tb2)

Nguyên nhân vật liệu bị phá hoại là do biến dạng dài tương đối lớn nhất của phân tố ở trạng thái ứng suất phức tạp đạttới biến dạng dài tương đối ở trạng thái nguy hiểm của phân

tố ở trạng thái ứng suất đơn

Trang 51

4.2.3 Thuyết bền ứng suật tiếp cực đại (tb3)

Nguyên nhân vật liệu bị phá hoại là do ứng suất tiếp lớn nhấtcủa phân tố ở trạng thái ứng suất phức tạp đạt đến ứng suấttiếp nguy hiểm của phân tố ở trạng thái ứng suất đơn

Trang 52

4.2.4 Thuyết bền thế năng biến đổi hình dáng (tb4)

Nguyên nhân vật liệu bị phá hoại là do thế năng biến đổihình dạng của phân tố ở trạng thái ứng suất phức tạp đạt tớithế năng biến đổi hình dáng ở trạng thái nguy hiểm của phân

tố ở trạng thái ứng suất đơn

Trang 53

Bài 4 LÝ THUYẾT BỀN

4.2 Các thuyết bền cơ bản

4.2.5 Thuyết bền Mohr (tb5)

Sử dụng vòng tròn Mohr

Trang 54

Bài 4 LÝ THUYẾT BỀN

4.3 Việc áp dụng các lý thuyết bền

▪ Phụ thuộc vào từng bài toán cụ thể

▪ Phân tố ở TTƯS đơn → tb1

▪ Phân tố ở TTƯS khối + vật liệu dòn → tb2 hoặ tb5

▪ Phân tố ở TTƯS khối + vật liệu dẻo → tb3 hoặc tb4

▪ Hiện nay, nhiều thuyết bền mới được tiếp tục phát triển, chínhxác hơn, tổng quát hơn, nhưng chưa được sử dụng rộng rãi

Trang 55

với phương của ngoại lực

Dựa vào các đặc trưng hình học

→ hình dáng, tiết diện hợp lý

nhất

Trang 57

I I

Trang 59

3 y

bh I

12 hb I

12

=

Trang 60

 =

Trang 62

Bài 6 UỐN PHẲNG THANH THẲNG

-CHUYỂN VỊ DẦM CHỊU UỐN

6.1 Khái niệm

▪ Thanh chịu uốn: trục thanh bị cong khi có ngoại lực tác dụng

▪ Uốn phẳng: khi chịu uốn cong, trục dầm vẫn nằm trong mặtphẳng quán tính chính trung tâm

▪ Phân loại:

• Uốn thuần túy phẳng

• Uốn ngang phẳng

Trang 63

6.2 Uốn thuần túy phẳng

6.2.1 Định nghĩa

Thanh chịu uốn thuần túy phẳng khi trên mọi mặt cắt ngang chỉtồn tại một thành phần nội lực là mômen uốn Mx

Trang 64

6.2.2 Biến dạng

▪ Kẽ các đường thẳng song song trục dầm → thớ dọc

▪ Kẽ các đường thẳng vuông góc trục dầm → mặt cats ngang

Trang 65

b Sau khi thí nghiệm:

▪ Các thớ dọc bị uốn cong & vẫn song song với trục dầm

▪ Các mặt cắt ngang bị xoay & vẫn vuông góc trục dầm

Trang 66

c Các giả thiết

▪ Các thớ dọc song song nhau, không ép và xô đẩy nhau

▪ Các mặt cắt ngang vuông góc với các thớ dọc

▪ Vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi và tuân theo địnhluật Hooke

Trang 67

6.2.3 Ứng suất trên mặt cắt ngang

x

M

yI

M

yI

Trang 68

x

bhW

 = 

Trang 69

6.2.4 Điều kiện bền

 

max min

n min

Trang 70

6.3 Uốn ngang phẳng

6.3.1 Định nghĩa

Thanh chịu uốn ngang phẳng khi trên mọi mặt cắt ngang tồn tạihai thành phần nội lực là mômen uốn Mx và lực cắt Qy

Trang 71

▪ Ứng suất pháp giống như uốn thuần túy phẳng

Trang 72

Trang 73

▪ Tiết diện chữ I

y x max

x

2 y

Trang 74

▪ Tiết diện tròn

2 y max

x

Q r 3I

Trang 75

6.4 Chuyển vị dầm chịu uốn

6.4.1 Phương trình vi phân đường đàn hồi

▪ Chuyển vị tại một điểm:

• Ngang

• Đứng

• Xoay

▪ Dầm → bỏ qua chuyển vị ngang

Trang 76

6.4.2 Phương pháp tích phân không định hạn

( ) ( ) ( )

x x

Trang 77

6.4.3 Phương pháp tải trọng giả tạo

▪ Liên hệ vi phân của nội lực:

2

y x

gt x

Trang 78

6.4.3 Phương pháp tải trọng giả tạo

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	1,8 MB