Bài giảng sức bền vật liệu chương 1 những khái niệm mở đầu

Ngô Văn Cường- Industrial University Of HCM City 7/12602/08/2015Nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu  Sức bền Vật liệu - môn cơ sở kỹ thuật: Sức bền vật liệu là môn học nghiên cứu sự chịu lực

Trang 1

Ngô Văn Cường- Industrial University Of HCM City 1/12602/08/2015

Ngô Văn Cường Đại học công nghiệp TPHCM (Serious learning is the key to success.)

Strength Of Materials

SỨC BỀN

VẬT LIỆU

Trang 2

– Sức bền Vật liệu PGS.TS Đỗ Kiến Quốc

NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM

– Bài tập Sức bền Vật liệu GS.Vũ Đình Lai

Trang 3

Tài liệu học tập

Trang 4

Tài liệu học tập

Trang 5

Trang 6

Sức Bền Vật Liệu

Chương 1: Những khái niệm mở đầu

1 Nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu của môn

Trang 7

Nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu

 Sức bền Vật liệu - môn cơ sở kỹ thuật:

Sức bền vật liệu là môn học nghiên cứu

sự chịu lực của vật liệu để đề ra các phươngpháp tính toán, thiết kế các chi tiết máy,các bộ phận công trình dưới tác dụng củangoại lực nhằm thoả mãn các yêu cầu đặt ravề: độ bền, độ cứng và ổn định

Trang 8

Liệu có gẫy không nhỉ?

Võng quá?

Mỏng manh quá?

Trang 9

Trang 10

 Tính toán về ổn định

Tính toán về khả năng của kết cấu bảo toànhình dáng ban đầu

Trang 11

Trang 12

 Xác định ứng suất, biến dạng, chuyển vị

trong vật thể chịu tác dụng của ngoại lực

 Ba bài toán cơ bản

 Kiểm tra điều kiện bền, cứng, ổn định

 Xác định kích thước và hình dạng hợp lý

của các chi tiết máy hay bộ phận CT

Trang 13

Trang 14

Nén được

SỨC BỀN VẬT LIỆU

Trang 15

CƠ HỌC VR

CƠ HỌC

VẬT RẮN BiẾN DẠNG

Trang 16

KIẾN THỨC CƠ

SỞ NGÀNH

Trang 17

Đối tượng nghiên cứu

Trang 18

 Vật thể hình khối:

Có kích thước theo ba phương cùng lớn tươngđương nhau

2 Phân loại vật thể thựcĐối tượng nghiên cứu

Trang 19

 Vật thể hình tấm và vỏ:

Có kích thước theo hai phương rất lớn so với

phương thứ ba

Trang 20

 Vật thể hình thanh:

Có kích thước theo một phương rất lớn so vớihai phương còn lại

Trang 21

 Thanh: là chi tiết đơn giản và phổ biến nhất

 Đối tượng nghiên cứu của môn học:

SỨC BỀN VẬT LIỆU

Trang 22

 Phân loại thanh theo hình dạng trục thanh:

Phân loại thanh

 Thanh thẳng

 Thanh cong

 Thanh không gian

 Phân loại thanh theo hình dạng mặt cắt ngang

 Thanh tròn, chữ nhật, vuông,

 Thanh đặc, rỗng,

 Thanh tiết diện thay đổi, không đổi,

Trang 23

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của môn học

Để xây dựng phương pháp tính, dựa vào:

 Phương trình cân bằng tĩnh (hay động)

 Phương trình biến dạng

 Phương trình vật lý

 Bài toán kiểm tra

 Bài toán xác định tải cho phép

 Bài toán xác định kích thước hình học

Ba bài toán cơ bản của Sức bền vật liệu

Trang 24

Sơ đồ tính

Là hình vẽ đối tượng tính toán đã được đơn

giản hóa, chỉ còn mang những đặc điểm cần

thiết cho việc tính toán

Trang 25

Trang 26

Sơ đồ tính

Trang 27

Nội lực

 Lực tương tác:

Lực tương hỗ giữa các phần tử vật chất củavật thể nhằm giữ vật thể có hình dạng nhấtđịnh

 Khi có tác dụng ngoại lực => biến dạng =>

lực tương tác thay đổi

Trang 28

Nội lực:

Nội lực

Lượng thay đổi lực tương tác giữa các phần tử vật chất của vật thể khi chịu tác dụng của ngoại lực.

Trang 29

3 Ngoại lực - Phản lực và liên kết

 Là những lực tác dụng của môi trường bên

ngoài hay của vật thể khác lên vật thể đangxét

Ví dụ: sức gió, áp lực nước, lực căng dây đai

lên trục truyền động,trọng lực,

Trang 30

Ngoại lực

Trang 31

Trang 32

 Phân loại ngoại lực: theo tính chất phân bố

Trang 33

 Phân loại tải trọng: theo tính chất tác động

Tải trọng tĩnhTải trọng động

Ngoại lực

Trang 34

Là chi tiết ràng buộc các bộ phận kết cấu với

nhau hoặc với môi trường bên ngoài (đất…)

 Liên kết:

là các lực tương tác giữa các bộ phận kếtcấu với nhau hoặc giữa các bộ phận kết cấuvới môi trường bên ngoài (đất…) thông quacác liên kết

 Lực liên kết và phản lực liên kết

Lực liên kết và phản lực liên kết

Trang 35

 Ba loại liên kết thường gặp:

Các liên kết và phản lực liên kết

 Liên kết gối tựa di động (liên kết đơn)

Cho phép thanh quay quanh một khớp và có

thể di động theo một phương nào đó

Trang 36

Trang 37

Trang 38

 Liên kết gối tựa cố định (khớp)

Chỉ cho phép thanh quay quanh một khớp, ngăncản mọi chuyển động tịnh tiến

Trang 39

Trang 41

Liên kết ngàm (hàn)

Trang 42

Liên kết ngàm (hàn)

Trang 43

Ngàm (3D)

Trang 44

Liên kết ngàm

Ngàm trượt Gối đàn hồi

Trang 45

Các liên kết cơ bản của dầm

Trang 46

Cách xác định phản lực

Cách xác định phản lực:

 Coi thanh như vật rắn tuyệt đối, xét sự cân

bằng của thanh dưới tác dụng của tải trọng vàphản lực

 Các dạng điều kiện cân bằng tĩnh học:

Trang 47

Trang 48

 Bài toán tĩnh định

Để xác định phản lực liên kết hoặc nội lựctrong các thanh chỉ sử dụng các phương trìnhcân bằng tĩnh học

 Bài toán siêu tĩnhChỉ sử dụng các phương trình cân bằng tĩnhhọc, chưa thể xác định hết phản lực liên kếthoặc nội lực trong các thanh

Hai dạng bài toán

Trang 49

 Viết thêm pt phụ Đk biến dạng

4 Khái niệm về chuyển vị và biến dạng

Bộ phận công trình, chi tiết máy: vật rắn thựcdưới tác dụng ngoại lực Hình dạng, kíchthước thay đổi

Chuyển vị và biến dạng

Trang 51

Vật rắn biến dạng

Trang 53

D Ạ N G

Hình thức

Tính chất

• Biến dạng dài

Trang 54

 Biến dạng dài: Sự thay đổi chiều dài

 Biến dạng góc: Sự thay đổi góc vuông

 Biến dạng thể tích: Sự thay đổi thể tích

 Biến dạng đàn hồi: mất đi khi loại bỏ nguyên

nhân gây biến dạng

Trang 55

 Biến dạng dẻo (dư): không mất đi khiloại bỏ nguyên nhân gây biến dạng

 Biến dạng nhớt: không xảy ra tức thời màbiến đổi theo thời gian

Trang 56

Để nghiên cứu nội lực

Phương pháp mặt cắt

Phương pháp mặt cắt

Trang 57

Cắt vật thể bởi mặt cắt bất kỳ chia vật thể làm

2 phần

Phương pháp mặt cắt

Trang 59

Trang 60

Trạng thái ứng suất

 Khái niệm về trạng thái ứng suất

Trạng thái ứng suất tại một điểm của vật thểđàn hồi chịu lực, là tập hợp tất cả các ứngsuất tác dụng, trên tất cả các mặt vô cùng bé

đi qua điểm đó, đặc trưng bởi tenxơ đối xứngcấp 2 có 6 thành phần ứng suất độc lập

Trang 61

như biểu thị trên các mặt của phân tố toạ độ

Cdxdydz

Trang 63

Các mặt đó là mặt chính, pháp tuyến mặtchính gọi là phương chính, ứng suất pháp trêncác mặt chính gọi là ứng suất chính.

1 2 3

Trang 64

Căn cứ vào các ứng suất chính ta phân loại

trạng thái ứng suất như sau: Trạng thái ứng

suất khối (hình 1), trạng thái ứng suất phẳng

(hình 2), trạng thái ứng suất đơn (hình 3)

Trang 65

Trang 66

Tách một phân tố khỏi vật thể đàn hồi chịu lực.Giả thiết mặt vuông góc với trục z là mặt chính

những mặt còn lại có cảứng suất pháp và ứng suất tiếp (hình vẽ)

0

     

Trang 67

Trang 68

Xét sự cân bằng của phân tố hình lăng trụ đáy

là tam giác, mặt bên nghiêng Phương trìnhtổng momen các lực với O:

Trang 69

Đó là luật đối ứng của ứng suất tiếp, phát

biểu như sau:

“Nếu trên mặt cắt nào đó có ứng suất tiếp thì

trên mặt cắt vuông góc với nó cũng phải có

ứng suất tiếp có cùng trị số nhưng đối chiều”.

Trang 70

Trạng thái ứng suất Lập các phương trình hình chiếu sau:

Trang 71

Trang 72

 Ứng suất chính và phương chính

 Mặt chính được xác định thông qua góc

nghiêng 𝛼0, sao cho ứng suất tiếp trên đóbằng 0:

 Gọi α0 là góc nghiêng của phương chính với

trục x

Trang 73

Trang 74

Như vậy ta luôn luôn tìm được hai giá trị

của α0 là α01 và α02 chênh lệch nhau 𝜋/2

 Vậy luôn luôn có hai phương chính thẳng

góc nhau Lần lượt thay α01, α02 vào côngthức ta sẽ được các ứng suất chính cần tìm

Trang 75

Những ứng suất chính còn là những ứng suấtcực trị, nghĩa là ứng suất trên mặt chính sẽ cógiá trị cực trị Rõ ràng đạo hàm bậc nhất củagiá trị ứng suất pháp bằng 0 cũng đồng nghĩavới ứng suất tiếp ở mặt đó triệt tiêu

Trang 77

Như vậy, khi thay cos2𝛼𝑐1 , cos2αc2, sin 2αc2 với

sự biến đổi

ta có được hai giá trị ứng suất chính ở hai mặt

chính vuông góc với nhau và thường trong trạng

thái ứng suất phẳng, ta ký hiệu các ứng suất

chính là σmax, σmin

2

2 cos 2

tg tg

Trang 78

 2 2max min

Trang 79

Ứng suất

ΔA – phân tố diện tích mặt cắt chứa điểm K

ΔF- hợp lực nội lực trên ΔA

Trang 80

Ứng suất

Trang 81

2 2

p    

Phân ứng suất thành 3 thành phần theo 3 trục tọa

độ, đó là ứng suất pháp, 𝜎𝑧ứng suất tiếp 𝜏𝑧𝑥 , 𝜏𝑧𝑦

Ứng suất

Trang 82

 Các thành phần nội lực trên mặt cắt ngang

Trong trường hợp tổng quát trên mặt cắt

ngang của thanh chịu tác dụng của ngoại

NZQy

Trang 83

 Bài toán phẳng: Ngoại lực nằm trong mặtphẳng đi qua trục z (yOz) => Chỉ tồn tại các nộilực trong mặt phẳng này: Nz, Mx, Qy

y

Trang 85

 Qui ước dấu các thành phần nội lực

Các thành phần nội lực

 Lực dọc: N>0 khi có chiều đi ra khỏi mặt cắt

 Lực cắt: Q>0 khi có chiều đi vòng quanhphần thanh đang xét theo chiều kim đồng hồ

Trang 87

 Thiết lập phương trình hình chiếu lên cáctrục z, y và phương trình cân bằng momentvới trọng tâm O của mặt cắt ngang

Trang 88

 Biểu thức quan hệ nội lực - ứng suất

Trang 89

Trang 90

 Khi tính toán => cần tìm vị trí mặt cắt ngang

có trị số nội lực lớn nhất => biểu đồ

 Biểu đồ nội lực - là đồ thị biểu diễn sự biến

thiên của các thành phần nội lực theo toạ độ

mặt cắt ngang.

Các thành phần nội lực

Trang 91

 Các bước vẽ biểu đồ nội lực

Các bước vẽ biểu đồ nội lực

 1 Xác định phản lực tại các liên kết

 2 Phân đoạn thanh sao cho biểu thức của

các nội lực trên từng đoạn là liên tục

 3 Viết biểu thức xác định các nội lực N, Q,

M theo toạ độ mặt cắt ngang bằng phươngpháp mặt cắt

Trang 92

 4 Vẽ biểu đồ cho từng đoạn căn cứ vào

phương trình nhận được từ bước (3)

 5 Kiểm tra biểu đồ nhờ vào các nhận xét

Trang 93

 Biểu đồ moment luôn vẽ về phía thớ căng

M

Z

Vẽ biểu đồ các thành phần nội lực trên cácmặt cắt ngang của thanh chịu tải trọng nhưhình vẽ

Trang 94

a b



Trang 95

Trang 97

b

V A

Fb a+b

M

F C

BC Q

a b Fbz

AC M

a b Faz

Trang 98

Nhận xét 1

Tại mặt cắt có lực tập trung => biểu đồ lựccắt có bước nhảy, độ lớn bước nhảy bằng giátrị lực tập trung, xét từ trái qua phải, chiềubước nhảy cùng chiều lực tập trung

Trang 99

b

V A

Fb a+b

M

F C

a Fabb

Trang 100

Ví dụ 2

Vẽ biểu đồ các thành phần nội lực trên các

mặt cắt ngang của thanh chịu tải trọng như

hình vẽ

1 1

VA

N Q

M z

q

L

Trang 101

VA

N Q

M z

q

L

2

B

q L V

Trang 102

2

Trang 103

Trang 104

Ví dụ 2

2 ''

ax ( )

2

0

Trang 105

Trang 106

M

Q

VBQ

Trang 107

VA

M

Q

VBQ

M

Trang 108

Ma (a+b)

M

Trang 109

Tại mặt cắt có moment tập trung, biểu đồmoment có bước nhảy, độ lớn bước nhảybằng giá trị moment tập trung, xét từ trái quaphải, moment tập trung quay thuận chiều kimđồng hồ thì bước nhảy đi xuống

Nhận xét 3

Trang 110

6 Các giả thiết của môn học

Giả thiết về sự liên tục, đồng nhất và đẳng hướng

 Dưới tác dụng của ngoại lực mọi vật rắn

thực đều bị biến dạng, nghĩa là biến đổi

hình dạng và kích thước, đó là vì ngoại lực

làm thay đổi vị trí tương đối vốn có giữa

các phân tử cấu tạo nên vật rắn ấy

Trang 111

 Tính liên tục: vật rắn được gọi là liên tục nếu

mỗi phân tố bé tuỳ ý của nó đều chứa vô sốchất điểm sao cho trong vật thể không có lỗrỗng

 Tính đồng nhất: có nghĩa là tại mọi điểm

trong vật thể, vật liệu có tính chất lý - hoá nhưnhau

Trang 112

 Tính đẳng hướng: là tính chất cơ - lý của vật

liệu theo mọi phương đều như nhau

Giả thiết về sự đàn hồi, biến dạng và chuyển vị bé Vật rắn được gọi là đàn hồi (hay rõ hơn, đàn

hồi tuyệt đối) nếu có khả năng phục hồi hoàn

ngoại lực thôi tác dụng.

Trang 113

biến dạng được khôi phục hoàn toàn sau khi

hết ngoại lực được gọi là biến dạng đàn hồi

 Vật đàn hồi tuyến tính là vật mà biến dạng là

đàn hồi và tỉ lệ bậc nhất với nội lực Những

vật đàn hồi khác được gọi là vật đàn hồi phi

tuyến.

Trang 114

 Biến dạng bé có thể hiểu là nó nhỏ đến mức

như những đại lượng vô cùng bé Chuyển vị

là rất bé so với kích thước của vật thể

Giả thiết về quan hệ giữa lực và biến dạng

Trang 115

Giữa ngoại lực tác động lên vật thể và biến

dạng của nó có mối quan hệ biểu diễn bởi một

hàm số nào đó Nếu hàm số đó là bậc nhất ta

gọi vật liệu tuân theo quy luật tuyến tính Nếu

hàm số đó không phải bậc nhất ta gọi là quy

luật phi tuyến Trong chương trình sức bền vật

liệu, ta chỉ xét đến quy luật tuyến tính giữa lực

và biến dạng

Trang 116

Liên hệ vi phân giữa moment uốn, lực cắt và tải trọng ngang phân bố

Xét dầm chịu tải phân

Q

M M+dM

Q+dQ dz

Tách đoạn thanh có

chiều dài d z giới hạn

bởi 2 mặt cắt ngang 1-1

Liên hệ vi phân

Định dạng
Số trang	126
Dung lượng	4,33 MB