Giáo trình Cơ kỹ thuật- Phần 1

Mục tiêu của môn học Học xong môn học này, học viên cần phải: Nắm vững được cơ sở lý thuyết về các loại ứng suất, mômen lực, độ bền của các loại vật liệu khác nhau.. Tính toán được độ

MỤC LỤC

LỜI TỰA Error! Bookmark not defined.

MỤC LỤC 1

GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC 5

CÁC HÌNH THỨC HỌC TẬP CHÍNH TRONG MÔN HỌC 8

YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔN HỌC 9

NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN BIẾT KHI THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU 10

1.Ý nghĩa của việc nghiên cứu bằng thực nghiệm 10

2 Các điểm cần chú ý khi thí nghiệm 11

3 Các chú ý khi làm phúc trình thí nghiệm 11

4 Tính kết quả đại lượng đo bằng phương pháp bình phương cực tiểu 11

BÀI 1KÉO NÉN ĐÚNG TÂM Mã bài: CKT1 14

1 Nội lực - Ứng suất 14

2 Khái nệm về kéo - nén đúng tâm 16

17

19

5 Chuyển vị các điểm của hệ thanh liên kết khớp 20

23

26

8 Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm thiết bị 27

9 Câu hỏi ôn tập 31

10 Bài tập 31

BÀI 2 TÍNH CÁC MỐI NỐI GHÉP Mã bài: CKT2 34

1 Tính toán các mối nối ghép bằng đinh tán, bulông 34

2 Tính các mối hàn 36

3 Câu hỏi ôn tập 39

4 Bài tập 39

BÀI 3 TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT BIẾN DẠNG ĐỊNH LUẬT HUC 43

1 Ứng suất 43

2 Biến dạng 52

3 Định luật Huc 54

4 Thực hành thí nghiệm 55

5 Câu hỏi ôn tập 58

BÀI 4 CÁC THUYẾT BỀN Mã bài: CKT4 60

1 Khái niệm về lý thuyết bền 60

2 Các thuyết bền 61

3 Áp dụng các thuyết bền 63

4 Câu hỏi ôn tập 65

5 Bài tập 65

BÀI 5 ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT NGANG Mã bài: CKT5 67

1 Khái niệm chung 67

67

69

75

nh 72

6 Câu hỏi ôn tập 73

7 Bài tập 74

BÀI 6 XOẮN THUẦN TUÝ THANH THẲNG Mã bài: CKT6 76

1 Khái niệm chung 76

79

79

4 Bi 80

81

6 Bài toán siêu tĩnh 84

7 Tính lò xo hình trụ có bước ngắn chịu kéo – nén 85

8 Thí nghiệm xoắn thuần tuý các mẫu thép và gang 87

9 Câu hỏi ôn tập 89

10 Bài tập 89

BÀI 7 Mã bài: CKT7 92

92

93

96

101

107

108

7 Thí nghiệm đo chuyển vị thẳng và góc xoay trong dầm uốn ngang phẳng 113

8 Câu hỏi ôn tập 115

9 Bài tập 115

BÀI 8 THANH Mã bài: CKT8 119

1 Khái niệm chung 119

2 Tính thanh cong chịu uốn thuần tuý 120

3 Tính thanh cong chịu lực phức tạp 122

4 Xác định đường trung hoà của một số mặt cắt thường gặp 123

5 Các ví dụ 123

6 Thí nghiệm xác định ứng suất trong thanh cong 127

7 Câu hỏi ôn tập 129

8 Bài tập 130

BÀI 9 ỔN ĐỊNH Mã bài: CKT9 131

1 Lực tới hạn của một thanh chịu nén đúng tâm 131

131

(Hình 9-5) 139

4 Ổn định của dầm chịu uốn ngang phẳng 139

5 Thí nghiệm xác định lực tới hạn khi uốn dọc 142

6 Câu hỏi ôn tập 145

7 Bài tập 145

BÀI 10 UỐN NGANG VÀ UỐN DỌC ĐỒNG THỜI Mã bài: CKT10 147

1 Khái niệm chung 147

2 Phương trình độ võng và nội lực khi kể đến ảnh hưởng của uốn dọc 148 3 Ứng suất trên mặt cắt ngang 148

4 Điều kiện bền 149

5 Câu hỏi ôn tập 152

6 Bài tập 152

BÀI 11 TẢI TRỌNG ĐỘNG Mã bài: CKT11 154

1 Khái niệm chung 154

2 Tính hệ chuyển động thẳng có gia tốc không đổi 155

3 Vật quay quanh một trục có vận tốc góc không đổi 157

4 Dao động của hệ đàn hồi một bậc tự do 159

5 Va chạm 163

6 Thí nghiệm nghiên cứu tác động của tải trọng va chạm trên một dầm 167 7 Câu hỏi ôn tập 170

8 Bài tập 171

BÀI 12 TÍNH ĐỘ BỀN KHI ỨNG SUẤT THAY ĐỔI THEO THỜI GIAN 172

1 Khái niệm về ứng suất thay đổi và hiện tượng mỏi 172

2 Các đặc trưng cơ bản của chu trình ứng suất 173

3 Các yếu tố ảnh hưởng tới giới hạn mỏi 173

4 Tính điều kiện bền khi ứng suất thay đổi 179

5 Biện pháp nâng cao giới hạn mỏi 182

6 Thí nghiệm nghiên cứu tác động của tải trọng va chạm trên một dầm 183 7 Câu hỏi ôn tập 185

8 Bài tập 185

BÀI 13 ỨNG SUẤT TIẾP XÚC Mã bài: CKT13 187

1 Khái niêm về ứng suất tiếp xúc 187

2 Độ dịch gần 187

3 Điều kiện bền 189

4 Câu hỏi ôn tập 193

5 Bài tập 193

BÀI 14 TÍNH ỐNG DÀY Mã bài: CKT14 194

1 Tính ống hình trụ 194

2 Tính ống ghép 198

3 Câu hỏi ôn tập 199

4 Bài tập 199

BÀI 15 TẤM VÀ VỎ MỎNG Mã bài: CKT15 201

1 Khái niệm về tấm và vỏ mỏng 201

2 Tấm tròn mỏng 201

3 Vỏ mỏng tròn xoay chịu tải trọng phân bố đối xứng 203

4 Tính toán độ bền 203

5 Câu hỏi ôn tập 204

Error! Objects cannot be created from editing field codes.ĐÁP SỐ CÁC BÀI TẬP 205

PHỤ LỤC 211

CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN 224

TÀI LIỆU THAM KHẢO 226

GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC

Vị trí, ý nghĩa, vai trò môn học

Cơ kỹ thuật là môn khoa học cơ sở quan trọng trong việc đào tạo công nhân chuyên ngành kỹ thuật Nó không những cung cấp những kiến thức nền tảng cho các môn kỹ thuật cơ sở và kỹ thuật chuyên ngành mà còn tăng khả năng tư duy khoa học cho học viên

Mục tiêu của môn học

Học xong môn học này, học viên cần phải:

Nắm vững được cơ sở lý thuyết về các loại ứng suất, mômen lực, độ bền của các loại vật liệu khác nhau

Tính toán được độ bền của các mối nối ghép trong thiết bị

Tính toán các loại ứng suất chính

Tính được độ bền của vật liệu khi ứng suất thay đổi theo thời gian

Tính độ bền đường ống và thiết bị

Theo dõi và phát hiện các sự cố về độ bền của thiết bị hoá dầu

Mục tiêu thực hiện của môn học

Khi hoàn thành môn học này học viên có khả năng:

Mô tả được cơ sở lý thuyết về các loại ứng suất và mômen lực

Tính toán được độ bền của các mối nối ghép trong thiết bị

Tính toán các loại ứng suất chính

Tính được độ bền của vật liệu khi ứng suất thay đổi theo thời gian

Tính độ bền đường ống và thiết bị

Theo dõi và phát hiện các sự cố về độ bền của thiết bị hoá dầu

Danh mục các bài học

Thời lượng (tiết)

Các hoạt

động khác

Bài 1: Kéo nén đúng tâm

Bài 2: Tính các mối nối ghép

Bài 3: Trạng thái ứng suất Định luật

Sơ đồ quan hệ theo trỡnh tự học nghề

An toàn lao động

Kỹ thuật phòng thí nghiệm

Thí nghiêm chuyên ngành

Bảo ỡng thiết bị

d-Chuyên đề

dự phòng

Môn chung

Chính trị

Pháp luật

GDQP

GDTC

Toán cao cấp

Ngoại ngữ

Tin học

ả nh ởng gián tiếp

h-Sản phẩm dầu mỏ

Ăn mòn kim loại

Động học xúc tác

Kiến thức cơ sở nhóm nghề

Kiến thức cơ sở nghề

Thiết bị chế biến dầu khí

Kỹ thuật môi trờng

ả nh hởng gián tiếp

Thực tập tốt nghiệp

Thực hành trên thiết bị mô phỏng

Quá trình

xử lý

Chng cất chế biến dầu

-Tồn trữ và vận chuyển xăng dầu

Môn cơ bản

Quá trình thiết bị

Hóa phân tích Hóa

vô cơ

Hóa hữu cơ

Hóa lý

Vật lý

đại

c-ơng

QT doanh nghiệp Dụng cụ

đo

Quá trình reforming

Quá trình Cracking

Công nghệ chế biến khí

Thợp các cấu tử cho xăng

Sơ đồ công nghệ nhà máy lọc dầu

KT điện KT

điện tử

Vẽ kỹ thuật

Hóa học dầu mỏ &

khí

Thực tập quá trình thiết bị

Cơ kỹ thuật

YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔN HỌC

Về kiến thức

Vận dụng đúng các lý thuyết vào tính toán các bài tập và bài kiểm tra Thực hiện đầy đủ các bài thực hành tại PTN với các bản kết quả thể hiện đƣợc hết các yêu cầu

Giải thích đƣợc các sai số trong tính toán về lý thuyết với thực hành

Luôn chủ động kiểm tra và đảm bảo về an toàn PTN

Nhắc nhở đồng nghiệp đảm bảo về an toàn PTN

NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN BIẾT KHI THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT

LIỆU

Môn sức bền vật liệu là môn khoa học thực nghiệm với đối tượng nghiên cứu là vật thể rắn thực (có kể đến biến dạng) được chế tạo từ những vật liệu khác nhau Khi nghiên cứu các dạng chịu lực: kéo nén đúng tâm, cắt, xoắn, uốn, chịu lực phức tạp… chúng ta giả thuyết các vật liệu đều có một số tính chất chung như: liên tục, đồng nhất, đẳng hướng, đàn hồi tuyến tính

Nhưng mỗi loại vật liệu đều có cơ tính khác nhau Hai cơ tính tiêu biểu nhất là tính chịu lực (độ bền của vật liệu) và tính biến dạng (tính dẽo, tính dai,…) của vật liệu Vì vậy khi sử dụng vật liệu (tính toán cụ thể như kiểm tra, thiết kế hay định tải trọng cho phép) thì việc biết cơ tính của mỗi loại vật liệu như thế nào là việc rất cần thiết trong kỹ thuật Đó là những thí nghiệm xác định đặc trưng cơ tính của vật liệu

Mặc khác những lý thuyết tính toán còn dựa trên những giả thuyết gần đúng về sự biến dạng của vật thể dẫn đến kết quả tính toán cũng gần đúng

Để đánh giá mức độ đáng tin cậy của lý thuyết người ta dựa vào kết quả đo lường về ứng suất và biến dạng (nội lực và chuyển vị) trên các vật thể ở trạng thái chịu lực rồi so sánh với kết quả lý thuyết Nếu sự chênh lệch không quá giới hạn cho phép thì kết quả có thể chấp nhận được Ngoài ra trong điều kiện làm việc thực tế, còn nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của công trình hay chi tiết máy (chế độ thi công, chế độ gia công, chế độ tác dụng lực lên vật thể v v…) do đó người ta thường đo ứng suất và biến dạng (nội lực và chuyển vị) của công trình hay máy móc ở điều kiện làm việc thực của nó, hoặc trong mô hình thu gọn Những thí nghiệm kiểm tra lý thuyết tính toán hay kiểm tra sự làm việc của công trình gọi là những thí nghiệm kiểm tra hay còn gọi là thí nghiệm công trình

Tóm lại có thể phân các thí nghiệm ra làm 2 nhóm:

Nhóm tìm đặc trưng cơ tính gồm kéo nén cắt đơn, xoắn…

Nhóm kiểm tra công thức (hay kiểm tra phương pháp tính và điều kiện làm việc của chi tiết, kết cấu) như đo chuyển vị của lò xo, xác định ứng suất trong các thanh với các dạng chịu lực khác nhau… Các thí nghiệm được lồng vào trong các bài học có liên quan, học viên dựa vào đó để thực hành thí nghiệm

2 Các điểm cần chú ý khi thí nghiệm

Khi tiến hành thí nghiệm học viên cần chú ý các các điều sau:

1) Nắm vững thao tác máy: bằng cách đọc kỹ tài liệu hướng dẫn sử dụng máy và nhờ sự giúp đỡ của cán bộ hướng dẫn

2) Ước lượng tải trọng tối đa để chọn cấp tải trọng của máy, điều chỉnh số không tương ứng và chọn cấp gia tải thí nghiệm

3) Phản ứng cấp thời khi gặp sự cố: xã áp lực, tắt máy, dừng thí nghiệm 4) Đối với các máy thuỷ lực nên gia tải bằng cách mở van dầu, không nên gia tải bằng điện có thể gây cháy mô tơ

5) Số đọc trong các thiết bị đo:

Độ ngờ tuyệt đối của số đọc là phân nửa vạch phân độ

Ghi số đọc có nghĩa: chỉ ghi đến số đọc ta đoán được

Ghi những phương pháp thí nghiệm: điều kiện thí nghiệm, máy móc, thiết

bị đo, độ chính xác của số đọc, giá trị mỗi phân độ trên đồng hồ ghi các đại lượng Cách chọn tải trọng, cách gia tải

Phần tính toán kết quả cuối cùng phải viết rõ ràng cách tính, đơn vị… Phần nhận xét: nhận xét về kết quả, dụng cụ thí nghiệm, phương pháp tiến hành thí nghiệm, nguyên nhân các sai số, mức độ sử dụng được của thí nghiệm Nếu có thể được thì kiến nghị thay đổi hay sửa chữa để khắc phục các sai số trên

4 Tính kết quả đại lượng đo bằng phương pháp bình phương cực tiểu

Giả sử chúng ta có một chuỗi số biểu thị một đại lượng gồm n lần quan sát: x1, x2, x3…., xn Thông thường chúng ta dùng trị số trung bình cộng của các số trên đặc trưng cho giá trị của đại lượng quan sát

i i

di = xi – xtb (1) là công thức áp dụng đơn giản nhất của phương pháp bình phương cực tiểu

Chúng ta có thể dùng phương pháp có độ chính xác cao hơn như như sau:

Gọi x và y là 2 đại lượng liên hệ với nhau bằng một hàm số Ứng với các trị số x1, x2, x3…., xn chúng ta có các trị số của y tương ứng là y1, y2, y3…., yn Giả sử xi và yi liên hệ với nhau bằng một hàm số bậc nhất Trên đồ thị biểu diễn những cặp (xi, yi) chúng ta có thể vẽ một đường thẳng trung bìnhgần với các điểm (xi, yi) nhất Tuy nhiên nếu dùngphương pháp tính tổng số bình phương sai số cực tiểu chúng ta sẽ có được đường thẳng cần vẽ với độ chính xác hơn

Gọi y = ax + b là phương trình đường thẳng cần tìm thì:

2 2

i i

i i i

i

x x

n

y x y

x n

2 2

2

i i

i i i i

i

x x

n

x y x x

y b

và phương trình y = ax + b với a, b tính theo (2) biểu diễn đường thẳng trung bình cần tìm

x =56,13

i i

1

, = 5,613 2) Cho x và y liên hệ với nhau bằng 1 hàm số bậc nhất (tuyến tính) và dữ kiện đo đƣợc nhƣ sau:

2 2

i i

i i i

i

x x

n

y x y

x n

21516585

61221576445

, ,

, , ,

= 0,54

2 2

2

i i

i i i i

i

x x

n

x y x x

y

21516585

21576441658612

, ,

, ,

, ,

BÀI 1 KÉO NÉN ĐÚNG TÂM

Mã bài: CKT1

Mục tiêu thực hiện

Học xong bài này học viên sẽ có khả năng:

Mô tả cơ sở lý thuyết về các loại ứng suất và biến dạng Sự chuyển vị của các hệ thanh chịu kéo – nén đúng tâm

Tính toán được điều kiện bền và điều kiện cứng

Tính toán được ứng suất pháp trên mặt cắt ngang

Tính toán hệ số an toàn của các thanh thép

Tính toán dựa trên các số liệu của PTN thiết bị

Nội dung chính

1 Nội lực - Ứng suất

1.1

Trong vật thể luôn có

ực làm cho vật thể bị biến dạng Khi đó lực liên kết sẽ tăng lên

để chống lại biến dạng này

Tuy nhiên độ gia tăng này chỉ đến một mức độ nào đó tùy loại vật liệu, nếu lực cứ tăng mãi thì vật liệu sẽ bị phá hoại Vì thế xác định nội lực là một trong những vấn đề cơ bản để tính bền cho các chi tiết hoặc cơ cấu

P 1

P 2

Hình 1-1: Phương p

(hình 1-1B (P1,P2)

The

dF

P

d

Vậy ứng suất tại một điểm trên mặt cắt là cường độ của nội lực trên một

đơn vị diện tích tại điểm đó Nó là một đại lượng vectơ P

:

dai) (chieu

Luc

2 /cm2, MN/m2, N/m2 N/m2: Pascal ( Pa )

Nếu những lực này hướng ra ngoài mặt cắt ngang ta nói thanh chịu kéo, ngược lại ta nói thanh chịu nén

Hình 1-5: Cân bằng phần trái thanh

Trong thực tế ta thường gặp các cấu kiện chịu kéo hay nén đúng tâm như:

Dây cáp nâng vật của cần cẩu (Hình 1-6a)

a )

b )

c )

:

-

thanh

thanh

z

Hình 1-7

:Giả Giả

thanh

Giả

3.3 Công thức tính ứng suất

Xét mặt cắt ngang bất kỳ, chọn hệ trục Oxyz nhƣ hình1-8, O là trọng tâm

của mặt cắt ngang Nội lực chỉ có Nz

Tách tại điểm A bất kỳ một phân tố hình hộp bé Chúng ta thấy sau biến dạng phân tố chỉ có biến dạng dài mà không có biến dạng góc

z

dF

z

O A

Nz x

z

Hình 1-8

l

i i

zi

0

(1-2)

– , đơn vị kN/cm2

i i

i zi n

l N

Thanh có bề rộng b, lượng thay đổi theo phương ngang

Biến dạng tỷ đối theo phương ngang là

b b

Theo hệ trục toạ độ đã chọn (hình 1-8)

Biến dạng tỷ đối theo phương x: x

Biến dạng tỷ đối theo phương y: y

Ta có quan hệ sau:

x = y = - z

0,5

: =0,25 0,3 Gang =0,23 0,27

Khi dùng phương pháp đường giao nhau, cần chú ý rằng các bộ phận của hệ không những có biến dạng dọc trục mà còn có thể quay chung quanh khớp nào đó Do đó mỗi một điểm của bộ phận đều có thể có chuyển vị dọc trục của bộ phận và chuyển vị trên cung tròn có bán kính tương ứng Cung tròn có thể được thay bằng đường kẻ vuông góc với bán kính quay vì biến dạng của thanh rất bé so với chiều dài của nó

5.2 Phương pháp năng lượng

Thanh có chiều dài l, chịu kéo bởi lực P Lực P có giá trị tăng từ 0 đến P

thanh bị dãn dài thêm l, khi quan hệ giữa P và l là bậc 1, thì bỏ lực P đi thanh sẽ trở về vị trí ban đầu

Năng lượng làm thanh trở vị trí ban đầu là thế năng biến dạng đàn hồi tích luỹ trong thanh

Tính toán thế năng biến dạng đàn hồi

Trong quá trình tăng lực, điểm đặt lực di chuyển tạo ra công của ngoại lực A

Nếu không mất năng lượng thì TNBDĐH (U) tích luỹ trong thanh bằng công ngoại lực (A)

U =A Trường hợp nội lực hay EF không thay đổi:

U =

EF

l P

2

2

(1-4) Trường hợp nội lực hay EF thay đổi:

U =

i i

i zi

F E

l N

2

2

(1-5)

Ví dụ 1-1:

Xác định ứng suất trong các thanh và

chuyển vị của điểm C đặt lực P bằng phương

30o

30o

Hình 1-9

P

o = 173,2 kN Ứng s`uất trong các thanh:

10

2

173, F

Từ C kẻ CC” vuông góc với AC’

Ta có AC” = AC cos

20022

173

3

,

= 346,4×10-3 cm Trong tam giác vuông CC”C’ ta có:

104

C C' C"

TNBDĐH của hệ:

i i

i zi

F E

l N

l N EF

l N

22

(hệ có 2 thanh giống nhau)

' CC P

222

CC’ =

101020

4002

173300

22

3

2 2

, EF

l N

– 6.3.1

F

] [

N max z

kx

F = – NAB cos30o–NBC= 0 (1) ky

F = NAB sin30o– P = 0(2)

Từ (1) và (2) NAB = 2P = 40 kN

NBC= – NAB cos30o= – 34,64 kN

Thanh AB chịu kéo có nội lực NAB= 40 kN

Thanh BC chịu nén có nội lực NBC= 34,64 kN

Ứng suất trong thanh AB:

4

22143

402

, , F

BC

BC BC

F

, F

N 3464

= 14 kN/cm2

FBC 2,47cm2

Tra bảng thép góc đều cạnh với F

2

47

2,

= 1,235cm2, chúng ta chọn thép góc 20x20x4

Vậy thanh BC được làm bằng hai thép góc 20x20x4 (FBC = 2x1,46cm2)

Ví dụ 1-3:

Giá đỡ được ghép bởi các thanh AB và

AC bắt vào tường nhờ bản lề (Hình 1-14) Gía

chịu tác dụng của lực P = 10 kN

Xác định đường kính của 2 thanh từ điều

kiện bền Biết vật liệu làm 2 thanh có: k =

Hình 1-14 Bài giải:

1) Nội lực trong 2 thanh AB và BC:

Hình 1-15 Tổng hình chiếu các lực lên hệ trục tọa độ

Thanh AB chịu kéo có nội lực NAB= 17,32 kN

Thanh BC chịu nén có nội lực NBC= 20 kN

2) Xác định kích thước

k = 100 MN/m2 = 10 kN/cm2 ; n = 120 MN/m2 = 12 kN/cm2

Điều kiện bền của thanh AB:

k AB

AB AB

AB AB

d

N F

N

4

2 = 10 kN/cm2

10143

321744

,

,

N d

n BC

BC BC

BC BC

d

N F

N

4

2 = 12 kN/cm2

12143

2044

,

N d

Dây cáp trục vật có 3 tao xoắn lại (Hình 1-16) Mỗi tao

gồm 50 sợi dây thép có đường kính d = 1mm Thép làm dây

cáp có = 120 MN/m2 Tính tải trọng cho phép của dây

cáp Bỏ qua trọng lượng bản thân dây cáp

F

P F N

[P] = F. = 117,75.10-6 x 120.106= 14130 N

Vậy tải trọng cho phép của dây cáp: [P] = 14130 N

1-5:

: l1= l2 = l = 1m ; F1 = F2 = F = 12 cm2; vật liệu của 2 thanh treo có: = 16 kN/cm2, E = 2.104 kN/cm2 (Hình 1-17)

?

B C

a

1

2 P=160 kN

m A k = N1.a + N2.2a - P.3a =0 Hay: N1 + 2N2- 3P =0(1)

l

N2 2 1 1

2Hay: N2=2N1(2)

F

N

= 16 kN/cm2 = k

: DD’ = 3

12102

10096

1

.

8 Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm thiết bị

8.1 Thí nghiệm kéo mẫu thép (và gang)

8.1.1 Mục đích thí nghiệm

Tìm hiểu sự liên hệ giữa lực và biến dạng khi kéo mẫu và xác định đặc trưng cơ tính của thép (gang) gồm: giới hạn chảy ch, giới hạn bền b, độ dãn dài tương đối khi đứt % và độ thắt tương đối % Đồng thời so sánh tính chất cơ tính của thép (vật liệu dẽo) và gang (vật liệu dòn)

Chiều dài tính toán (chiều dài ban đầu Lo của mẫu

Với mẫu tròn: Lo = 10do hay 5do

ao

bo

do

LoLR

201

Dụng cụ kẻ vạch trên mẫu

8.1.5 Chuẩn bị thí nghiệm

Đo Lo, do hay bo, ao ban đầu

Khắc vạch lên mẫu

Dự đoán giới hạn bền của vật liệu để từ đó định cấp tải trọng thích hợp Điều chỉnh cấp tải trọng về số “0” tương ứng trên máy

Chọn ngàm kéo của máy thích hợp với đầu ngàm của mẫu

Đặt mẫu vào ngàm kéo, kiểm soát kim chỉ lực, bút trên rulô vẽ biểu đồ

F P

O

N

Hình 1-19 Chấp liền mẫu bị đứt lại, vẽ lại dạng mẫu sau khi chấp liền, đo chiều dài sau khi đứt L1 của mẫu với những trường hợp sau:

Gọi N là số khoảng phân đều trên chiều dài Lo của mẫu (Hình 1-19) Gọi A là điểm ngoài cùng gần vị trí đứt O nhất:AO = x

Nếu

3

23

o

x L

Nếu x <

3

o

L : lấy điểm B nằm trên vạch đối xứng khoảng của A qua vị trí

vết đứt O, gọi n là số khoảng trên AB

Trường hợp N – n = số chẳn: lấy điểm C sao cho số khoảng trên

BC bằng

2

n N

và lấy điểm C’ sao cho CC’ bằng 1 khoảng và L1 =

AB + 2BC + CC’

Tính độ dãn dài tương đối khi đứt:

% L

L L

% 1 o 100

Đo đường kính d1 tại tiết diện thắt nhỏ nhất (hay b1, a1) tính F1 và tính độ thắt tương đối:

% F

F F

So sánh cơ tính của thép và gang (vật liệu dẻo và vật liệu dòn)

Giải thích dạng phá hỏng của vật liệu

8.2 Thí nghiệm nén mẫu thép (và gang)

8.2.1 Mục đích thí nghiệm

Xác định các đặc trưng chịu lực của thép và gang

khi chịu nén gồm: giới hạn bền chảy đối với thép và giới

hạn bền đối với gang

Tính Fo, dự đoán giới hạn bền để định cấp tải trọng máy

Đặt mẫu vào giữa 2 bàn nén sao cho nén được đúng tâm

Điều chỉnh số “0”, kiểm soát bộ phận vẽ biểu đồ

8.2.6 Tiến hành thí nghiệm

Mở máy cho lực gia tăng từ từ

Với thép theo dõi và đọc lực Pch ở giai đoạn chảy, tiếp tục tăng lực đến 80% cấp tải đang dùng thì dừng lại

70-Với gang khi đạt đến lực phá hỏng Pb (lực bền) thì dừng lại

Xả áp lực máy, lấy mẫu ra

8.2.7 Kết quả thí nghiệm

Tính giới hạn chảy (thép):

o

ch ch

F P

Tính giới hạn bền (gang):

o

b b

F P

Vẽ lại biểu đồ quan hệ lực và biến dạng P - L

Vẽ lại dạng sau cùng của thép hay dạng phá hỏng của gang

8.2.8 Nhận xét kết quả thí nghiệm

Đánh giá phẩm chất của vật liệu trên cơ sở so sánh với bài thí nghệm kéo Giải thích dạng mẫu sau khi thí nghệm (thép) và dạng phá hỏng (gang)

9 Câu hỏi ôn tập

9.1 Thế nào là thanh chịu kéo (nén) Cho ví dụ thực tế

9.2 Viết công thức tính ứng suất trong kéo (nén)

9.3 Viết và giải thích công thức tính biến dạng dọc tuyệt đối, biến dạng dọc tương đối của một thanh chịu kéo (nén)

9.4 Ứng suất cho phép là gì ? Tại sao phải tính ứng suất cho phép ?

9.5 Hệ số an toàn là gì ? Nêu ý nghĩa của việc chọn hệ số an toàn

9.6 Trình bày 2 phương pháp (hình học và năng lượng) tính chuyển vị các điểm của hệ thanh liên kết khớp

9.7 Viết và giải thích công thức tính toán điều kiện bền và điều kiện cứng 9.8 Tính thanh có xét trọng lượng bản thân khác với không xét trọng lượng bản thân như thế nào ?

9.9 Thế nào là hệ siêu tĩnh ? Cho ví dụ và trình bày phương pháp tính

10 Bài tập

10.1 Xác định giá trị cho phép của lực P để thanh thép có độ dãn dài bằng

3mm Hãy tính sự thay đổi của mặt cắt ngang theo tỷ lệ % khi thanh

chịu tác dụng của lực P đó (Hình 1-20) Vật liệu thanh cóE = 2.104 kN/cm2

-k = 16 kN/cm2; n = 12 kN/cm2

c hình 1-24 Vật liệu thép góc có: = 16 kN/cm2, E = 2.104 kN/cm2

Tính chuyển vị thẳng đứng của khớp A theo phương pháp năng lượng

bằng 2 thép góc cạnh không đều 56x36x5

10.6 Giá đỡ ghép bởi các thanh AB và AC bắt vào tường nhờ bản lề Giá chịu

tác dụng của lực P = 30 kN Thanh AB dài 4m, mặt cắt ngang hình tròn đường kính 4cm, bằng thép có = 100 MN/m2

Thanh AC dài 5m, mặt cắt ngang hình vuông cạnh a, làm bằng gỗ có

= 10 MN/m2 Kiểm tra độ bền cho thanh AB và tính cạnh của mặt cắt ngang thanh AC (Hình 1-25)

P=150kN A

C

30o40x40x4

: = 16 kN/cm2, E = 2.104 kN/cm2

1 P= 500 kN2 30

0

3003

A

,

(Hình : = 16 kN/cm2, E = 2.104 kN/cm2,

1

2 A

D a

P=100kN

Hình 1-29

BÀI 2 TÍNH CÁC MỐI NỐI GHÉP

Mã bài: CKT2

Mục tiêu thực hiện

Học xong bài này học viên sẽ có khả năng:

Mô tả đƣợc các loại mối nối ghép

Tính toán đƣợc độ bền các mối nối ghép bằng đinh tán, bulông

Tính toán đƣợc các mối hàn: độ bền, chiều dài, chiều cao

Tính hệ số an toàn của các thanh thép

Tính toán dựa trên các số liệu của PTN thiết bị

Nội dung chính

1 Tính toán các mối nối ghép bằng đinh tán, bulông

1.1 Thân đinh tán chịu cắt ở một mặt phẳng

4

2

d n

P

1.2 Thân đinh tán chịu cắt ở hai mặt phẳng

Tính toán cho mối ghép có 2 tấm đệm (Hình 2-2)

t1

t2

PP

n 2 P

n 2 P

Hình 2-3

Điều kiện bền của đinh tán làm việc theo hai mặt(Hình 2-3) là:

=

42

2

d n

Hình 2-5

t

c =

42

2

d n

2

d

4

214

P

21

l: chiều dài làm việc của mối hàn đƣợc

lấy theo quy ƣớc l = b – 10mm

h: chiều cao của mối hàn lấy bằng

chiều dầy của tấm nối

Điều kiện bền khi kéo và nén có dạng:

Hình 2-6 Trong đó [ h ]: ứng suất pháp cho phép khi hàn

2.2 Mối hàn xiên (Hình 2-7)

Khi kiểm tra độ bền của mối hàn xiên ta

phải kiểm tra đồng thời hai điều kiện bền

sau:

P P

b: chiều rộng tấm nối

l = b – 10mm: chiều dài làm việc của mối hàn đƣợc lấy theo quy ƣớc

Fh = h.l = t cos45o.l 0,7 t.l: diện tích của mối hàn

Điều kiện bền của mối hàn ngang khi chịu kéo hoặc nén:

l.

t.

,

P F

P

h h

41

2 [ h ] (2-7)

a )

b )

c

)

h

170

P

h

170

4 [ h ] (2-9)

Trong đó:

t1: chiều dày của tấm đệm

l: chiều dài làm việc của mối hàn

P: lực kéo

P

P P

Chú thích:

Khi phối hợp nhiều loại mối hàn dọc và ngang, người ta thường tính sức chịu lực của mối hàn bằng tổng sức chịu lực của mối hàn dọc và mối hàn ngang, tức là:

Điều kiện bền của bản thép: =

F

P1

[ ]

[P]1 = [ ].F = 140 150 10-3 10 10-3 = 0,21 MN Theo cách hàn a), từ điều kiện bền của mối hàn ta tính đƣợc:

[P]2 = [ h ].F = 100 (150 – 10)10-3

10 10-3 = 0,14 MN Theo cách hàn b), từ độ bền kéo ở mối hàn:

22

2

3 [ ] F ]

2

4 [ ] F ]

P

[P]4 = 2[ h ].F = 2 80 (150 – 10)10-3

10 10-3 = 0,224 MN Kết luận:

Ở mối hàn mạch ngang, [P] = 140 kN (do độ bền mối hàn quyết định)

Ở mối hàn mạch xiên, [P] = 210 kN (do tấm cơ bản quyết định)

3 Câu hỏi ôn tập

3.1 Minh họa bằng hình vẽ mối nối ghép bằng đinh tán, bulông không có tấm đệm, trình bày các mặt cắt nguy hiểm và công thức tính

3.2 Minh họa bằng hình vẽ mối nối ghép bằng đinh tán, bulông có 2 tấm đệm, trình bày các mặt cắt nguy hiểm và công thức tính

3.3 Minh họa bằng hình vẽ mối hàn giáp mép, công thức tính

3.4 Minh họa bằng hình vẽ mối hàn xiên, công thức tính

3.5 Minh họa bằng hình vẽ mối hàn ngang, công thức tính

3.6 Minh họa bằng hình vẽ mối hàn dọc, công thức tính

4.2 Người ta nối hai tấm tôn bằng đinh tán (Hình 2-12) Tấm thứ nhất dày 10mm, tấm thứ hai dày 8mm, đường kính của đinh tán là 20mm Lực kéo tấm tôn P = 102 kN Hãy xác định số đinh tán cần thiết để nối hai tấm tôn

ấy Cho biết đinh tán có = 140 MN/m2; d = 320 MN/m

a

Hình 2-13 4.5 Cho mối nối chồng bằng đinh