Selection of material and shape

Giới thiệu. Các yếu tố hình dạng. Cấu trúc hiển vi. Giới hạn để chọn hình dạng hiệu quả. Tìm hiểu và so sánh các phần cấu trúc. Chỉ số của vật liệu bao gồm hình dạng. Kết hợp chọn lựa vật liệu và hình dạng. Tổng kết.Giới thiệu. Các yếu tố hình dạng. Cấu trúc hiển vi. Giới hạn để chọn hình dạng hiệu quả. Tìm hiểu và so sánh các phần cấu trúc. Chỉ số của vật liệu bao gồm hình dạng. Kết hợp chọn lựa vật liệu và hình dạng. Tổng kết.Giới thiệu. Các yếu tố hình dạng. Cấu trúc hiển vi. Giới hạn để chọn hình dạng hiệu quả. Tìm hiểu và so sánh các phần cấu trúc. Chỉ số của vật liệu bao gồm hình dạng. Kết hợp chọn lựa vật liệu và hình dạng. Tổng kết.

Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách Khoa Khoa Kĩ Thuật Hóa Học

Đề tài:

Selection of material and shape

GVHD: Th.S Hoàng Trung Ngôn

Nhóm sinh viên thực hiện:

1.Lê Quang Vinh 61204529

2.Nguyễn Thị Thanh Ngoan 61202390

3.Vũ Hoàng Nguyên 61202474

4.Phạm Văn Duẩn 61200507

5.Trần Trọng Thiện 61203593

I Giới thiệu.

II.Các yếu tố hình dạng.

III.Cấu trúc hiển vi

IV.Giới hạn để chọn hình dạng hiệu quả.

V.Tìm hiểu và so sánh các phần cấu trúc.

VI Chỉ số của vật liệu bao gồm hình dạng VII.Kết hợp chọn lựa vật liệu và hình dạng VIII.Tổng kết.

 Giới thiệu

Khi có một loại vật liệu ta có thể tuy vào mục đích sử

dụng mà chọn hình dạng thích hợp cho nó.

Ở đây chúng ta khám phá một phần của nó – cách mà hình dạng có thể được sử dụng để tăng hiệu quả cơ học của vật liệu

Chương này mở rộng phương pháp lựa chọn để bao gồm hình dạng (hình 11.1).

Hiệu suất thu được bằng cách kết hợp vật liệu với hình dạng vĩ mô Các hình dạng được đặc trưng bởi một yếu tố hình dạng không thứ nguyên,? Các sơ đồ được gợi ý bởiParkhouse (1984).

(hình 11.2)

Những ý tưởng trong chương này là tầm quan trọng của sự kết nối giữa

hình dạng ,lựa chọn vật liệu vào thiết kế kết cấu chịu lực.

GIẰNG: tải chịu kéo.

DẦM: chịu momen uốn

TRỤC : chịu xoắn

CỘT: chịu tải trục nén

Hình 11.3 cho thấy những phương thức tải áp dụng cho hình dạng mà chịu được những tác dụng đó.

• Uốn đàn hồi của dầm

• Độ bền uốn S của dầm

Trong đó:

E: hằng số Young

I: momen quán tính về tâm uốn

y: được đo đến tâm uốn; dA là vi phân yếu tố khu vực

Gía trị momen I và khu vực A của những phần chính liệt kê trong hai cột đầu ( bảng 11.2)

Gía trị momen I và khu vực A của những phần chính liệt kê trong hai cột đầu ( bảng 11.2)

momen quán tính Io là cho dầm chuẩn của phần vuông với chiều dài mép bo và A= bO2

(Chỉ số “o” liên quan mặt vuông đặc)

• Hệ số hình dạng của uốn đàn hồi:

Định nghĩa: là tỉ lệ giữa độ bền uốn của phần hình dạng và độ bền uốn của mặt vuông

của cùng 1 khu vực A cho bởi chỉ số θBe ,đại lượng không thứ nguyên

Từ công thức trên ta thấy hệ số θBe phụ thuộc hình dạng,

không phụ thuộc kích cỡ

•yếu tố hệ số hình dạng θe được tính từ biểu thức A và I trong bảng 11.2 và được liệt kê trong bảng 11.3

Bảng 11.3 (Yếu tố hệ số hình dạng)

Hình 11.5 là biểu đồ I và A theo các giá trị θBe theo công thức (11.3).

+ đối với phần hình tròn K đồng nhất với momen cực J của khu vực.

+ đối với phần không phải hình tròn thì K < J

Yếu tố hệ số hình dạng cho xoắn àn hồi đàn hồi

Định nghĩa: là tỉ lệ ộ bền xoắn của phần hình dạng Sđàn hồi T và ST0 của dạng trục vuông đặc có cùng chiều dài L và mặt cắt ngang A, sử dụng công thức (11.5)

→

Trong đó KO : hằng số xoắn cho phần vuông đặc ( Bảng 11.1) ( với b =h )

Gía trị suy ra từ công thức K và A trong bảng 11.2

 Sự xâm nhập của hỏng trong uốn và xoắn

•Sự hỏng độ bền mỏi: nếu đạt đến giới hạn bền mỏi σe

•σf cho ứng suất hỏng có nghĩa là “ ứng suất cục bộ” mà đầu tiên sẽ gây

ra độ võng, gãy hay bị mỏi.

• Uốn

M: momen uốn

-Ứng suất σ lớn nhất ở điểm ym ở bề mặt của dầm mà nằm ở xa nhất tính từ tâm

•Hỏng xảy ra khi ứng suất đầu tiên đạt σf Vì thế trong vấn đề hỏng dầm hình dạng phụ thuộc vào modul từng phần

•Hệ số hình dạng cho hỏng uốn θBf được đo bởi tỉ lệ Z/ ZO

• Xoắn

- đối với thanh trụ hay ống chịu 1 lực xoắn T, ứng suất cắt τ là tối a ở bề mặt ngoàiđàn hồi

Trong ó: T là lực xoắn; rđàn hồi m : khoảng cách tính từ tâm uốn

J/rm đặt là Q trong xoắn đồng bản chất I/ym trong uốn

•Đối với phần không tròn với những iểm cuối tự do cong thì ứng suất tối a bề đàn hồi đàn hồimặt là τ= T/Q

Điều này cho phép xác ịnh hệ số hình dạng θđàn hồi Tf cho hỏng xoắn

Trong đó Q và θTf được cho trong bảng 11.2 và 11.3

• Tải trọng và độ cong của cột

Một cột có chiều dài L, chịu tải trọng lực nén, cong đàn hồi khi tải trọng đạt tải Euler

n: hằng số phụ thuộc vào ràng buộc cuối cùng

Im: momen quán tính nhỏ nhất

• Các đặc trưng của hình dạng hiển vi là cấu trúc lặp lại chính nó trên phạm vi rộng.

• Các vi câu trúc có thể coi như là một ‘’ nguyên liệu’’ của riêng nó :giá trị tuyệt đối,mật độ,độ bền từ bên trong

• Nhiều loại vật liệu tự nhiên có hình dạng hiển vi.Khung xương,thân và lá của cây ,mai mực của con mực tất cả đều có cấu trúc cho độ cứng cao,trọng lượng thấp

• Đó là một khó khăn để con người nghĩ ra những mô hình…

Hiệu quả cấu trúc có thể thu được bằng cách kết hợp bởi vật liệu bằng kính hiển vi hoặc nội bộ.Hình dạng cấu trúc lặp lại chính nó để tạo ra cấu trúc rộng lớn hơn.Hình dạng được đặc trưng bởi các yếu tố hình dạng hiển vi.

Cấu trúc hiển vi có thể được kết hợp với hình dạng vĩ mô để tăng tính hiệu quả cấu trúc.Các yếu tố hình dạng tổng thể là sản phẩm của sự kết hợp sẽ định hình các yếu tố.

(a).Hình lăng trụ tế bào,có tính đẳng hướng trong mặt phẳng.

Chỗ miêu tả ‘’s’’ có nghĩa là tính chất của chùm rắn và là Is=bo4/12.Khi chùm được mở rộng với khối lượng không đổi mật độ của nó giảm từ ρs đến ρ và chiều dài của nó tăng s đến ρs đến ρ và chiều dài của nó tăng và chiều dài của nó tăng

từ bo đến b

Với kết quả thời điểm thứ hai của khu vực tăng từ I s đến

Hình 11.9 nguyên liệu tự nhiên với nội bộ,hoặc hiển vi,hình dạng.Đọc từ phía trên bên trái : bần,gỗ balsa,xốp,cancellous

xương,san hô,cuttlebone và thân cọ

Một loại vật liệu có cấu trúc vi mô có thể được coi như một vật liệu mới.Nó có một mật độ,sức

mạnh,độ dẫn nhiệt và như vậy;những khó khăn phát sinh chỉ khi kích cỡ mẫu được so sánh với kích thước tế bào ,khi kích thước trở nên phụ

thuộc kích cỡ.Điều này có nghĩa cấu trúc vật liệu

có thể được biểu thi trên các bản đồ vật liệu,thực vậy,gỗ xuất hiện trên trên biểu đồ và tất cả các

tiêu chí lựa chọn phát triển trong chương 5 áp

dụng,không thay đổi,các tài liệu vi cấu trúc.Dòng suy nghĩ được phát triển hơn nữa trong chương 13,trong đó bao gồm các biểu đồ tài liệu cho một loạt các vật liệu tự nhiên

• Giới hạn thực nghiệm

• Giới hạn do oằn cục bộ

11.4 Giới hạn để tạo hình

hiệu quả

Giới hạn thực nghiệm

khó khăn về chi phí

11.5 Tìm hiểu và so sánh các phần cấu trúc

Giới hạn về độ uốn khi thiết kế

Giới hạn cường độ trong thiết kế

Giới hạn thực nghiệm

Tính chất của vật liệu chế tạo

Giới hạn thực nghiệm

Giới hạn do oằn cục bộ

Giới hạn về độ uốn khi thiết kế

Giới hạn cường độ trong thiết kế

Uốn đàn hồi của dầm và

• Theo phương trình (11.3) ta có: , suy ra:

• Sử dụng điều này để loại bỏ A trong phương trình (11.24) cho khối lượng của dầm:

• Nhưng nếu chúng ta muốn sự kết hợp vật liệu dạng nhẹ nhất, ta phải đạt giá trị lớn nhất của chỉ số:

2 1

12 B

e B

I A

 

• Độ cứng xoắn của nó là

• Theo Phương trình (11.7) ta có , suy ra:

• Sử dụng điều này để loại bỏ A trong phương trình (11.24) ta có:

• Để có vật liệu dạng nhẹ nhất thì chỉ số sau phải lớn nhất:

2

7.14

e T

K A

 

T

KG S

7.14 T

e T

Sự hư hỏng của dầm và trục

• Xét một dầm A có chiều dài L, chịu tải trọng trong khi uốn là F sao cho không bị đứt gẫy và phải càng nhẹ càng tốt Sự đứt gẫy sẽ xảy ra khi:

• Thay bởi các yếu tố hình dạng của phương trình (11.10) ta có:

• Thay vào phương trình (11.24) đối với khối lượng của dầm ta có:

• Sự kết hợp tốt nhất giữa vật liệu và hình dạng là khi chỉ số sau đạt giá trị lơn nhất:

f

M Z

f B



3 2

6

f f B

Đồng chọn lọc đồ thị

• Chỉ số vật liệu đối với độ uốn đàn hồi:

• Phương trình cho biết: một vật liệu có mô đun E và mật độ , khi cơ cấu, có thể dùng nó như một loại vật liệu mới với mô đun và mật độ tương đương:

E E

• Chỉ số vật liệu đặc trưng cho sự hỏng do uốn (phương trình (11.35)), có thể được viết lại như sau:

• Các vật liệu có sức bền và mật độ ,khi được định hình, khi bị uốn sẽ chịu sức bền và mật độ của một loại vật liệu mới:

và

 

2 3 2

2 3

*2 3

f f

f B

f B







