Sức Bền Vật liệu Chương 1

Chương 1: CÁCKHÁINIỆM CƠ BẢN 1. Đối tượng, nhiệm vụ nghiên cứu môn học. 2. Phânloại các chi tiết, công trình theo hình dáng hình học. 3. Phânloại ngoại lực, phản lực liên kết. 4. Kháiniệm về biến dạng và nội lực. 5. Các giả thiết về vật liệu trong Sức bền vật liệu. 5. Các giả thiết về vật liệu trong Sức bền vật liệu. 6. Nguyên lý cộng tác dụng. Kết cấu chịu tải trọng tĩnh. Hệ tĩnh định. 1. Xác định phản lực liên kết. Phần 1. (Chương 1) 2. Khảo sát nội lực. (xác định ứng lực nội lực, vẽ biểu đồ nội lực) Phần 2. (Chương 2) Phân tích đặc trưng hình học của mặt cắt ngang.Phần 3. (Chương 5) 3. Tính bền theo ứng suất cho phép.Phần 4. (Chương 3, 4, 6, 7, 8) 4. Tính bền theo điều kiện ổn định.Phần 7. (Chương 9) 5. Tính chuyển vị. (theo các phương pháp năng lượng).Phần 5. (Chương 3, 6, 7, 8) Hệ siêu tĩnh.Các câu hỏi: 1, 2, 3, 4, 5. Các câu hỏi liên quan trong sức bền vật liệu Hệ siêu tĩnh. Sử dụng phương pháp lực: Các câu hỏi: 1, 2, 3, 4, 5. Kết cấu chịu tải trọng động.Phần 8. (Chương 10) Bước 1, tính: Hệ tĩnh định.Các câu hỏi: 1, 2, 3, 4, 5. Hệ siêu tĩnh.Các câu hỏi: 1, 2, 3, 4, 5.

Trang 1

Sức bền vật liệu

(Mechanics/Strength of Materials)

Biên soạn: Lê Thanh Phong

Khoa Xây dựng & Cơ học ứng dụngĐại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

(Faculty of Civil Engineering & Applied MechanicsUniversity of Technical Education HCM City)

FacebookSearch groups name: “Diễn đàn sức bền vật liệu”

Link: https://www.facebook.com/groups/SucBenVatLieu

Trang 2

Chương mở đầu: TỔNG QUAN VỀ MÔN HỌC

1 Tài liệu học tập.

2 Kiểm tra, đánh giá.

3 Hình ảnh phá hủy của vật liệu khi làm việc.

4 Từ khóa.

5 Đơn vị đo.

6 Mô tả về sự quan tâm của môn học.

Trang 3

Giáo trình (textbooks):

[1] Lê Ngọc Hồng, Sức bền vật liệu, NXB Khoa học & kỹ thuật, 2000

[2] Bùi Trọng Lựu, Nguyễn Văn Vượng, Bài tập sức bền vật liệu, Nhà xuất bảnGiáo dục, 1999

[3] James M Gere, Barry J Goodno, Mechanics of Materials, 8th edition,

Cengage Learning, 2009

[4] Lê Thanh Phong, Tuyển tập sức bền vật liệu – Olympic cơ học toàn quốc,

cao học, chọn lọc, Sư Phạm kỹ Thuật, 2007

1 Tài liệu học tập (Materials).

cao học, chọn lọc, Sư Phạm kỹ Thuật, 2007

[5] Fecebook: https://www.facebook.com/groups/SucBenVatLieu

Search groups name: “Diễn đàn sức bền vật liệu”

[6] Các nguồn tài liệu khác từ các trường Bách khoa, Xây dựng, Kiến trúc

Bài giảng trực tuyến (Free video lectures are available on):

https://www.youtube.com

Từ khóa (Keyword): Mechanics of Materials

Trang 4

Kiểm tra, đánh giá quá trình (Midterm): 35%

15 lần (test) trở lên (15 → 30 phút), nhưng chỉ lấy điểm từ 3 → 5 bài

• Điểm tối thiểu của bài kiểm tra là 3 (khuyến khích có mặt, chuyên cần)

• Điểm quá trình: ; n – Số bài KT được lấy.

• Các trường hợp được cộng 0,5 điểm/1 lần vào điểm quá trình: Phát biểu đúng; Khi có yêu cầu, dùng máy tính để tính ra kết quả chính xác và sớm nhất

• Các trường hợp bị trừ 1 → 2 điểm/ 1 lần vào bài kiểm tra: Nộp bài chậm, cản trở làm

i

nĐiểm của bài kiểm tra được lấy

2 Kiểm tra, đánh giá (Assessment).

mất thời gian thu bài ảnh hưởng đến công bằng giữa các Sinh viên; Nộp bài qua bànkhác, gây lộn xộn trong quá trình thu bài (đề phòng làm bài giúp bạn)

• Trường hợp bị chia điểm: Khi phát hiện bài làm chung, giống nhau

Bài tập mở (Open Midterm): 15%

Tự sưu tầm các mô hình trong chuyên ngành của mình, đưa số liệu thực tế và tính toán.Thi cuối kỳ (final Exam): 50%

1 lần (90 phút), có từ 2 → 10 bài tập (không hỏi lý thuyết); Được sử dụng tài liệu; Thang điểm được chia nhỏ đến 0,25 điểm

Trang 5

Trang 6

Trang 7

Trang 8

Trang 9

Trang 10

Trang 11

Kết cấu, cơ cấu, cấu trúc, cấu kiện, cơ hệ (Structures): Kết cấu trong xây dựng (Civil

structures); Cơ cấu trong cơ khí, chi tiết máy (Machinery components); kết cấu hàng không, tàu thủy (Aerospace, naval structures)…

Ngoại lực (External Loads): Tải trọng (Applied loading); Tải dọc trục thanh (Axial loading); Tải vuông góc trục thanh (Flexual loading); Tải xoắn quay quanh trục thanh (Torsional

loading); Phản lực liên kết (Reaction forces)

Nội lực (Internal forces): Lực cắt (Shear force); Moment uốn (Bending moment); Lực dọc

4 Từ khóa.

(Axial force); Moment xoắn (Torques moment)

Ứng suất (Stresses): Ứng suất pháp (Normal stress); Ứng suất tiếp/cắt/trượt (Shear

Trang 12

1 N là lực gây ra bởi trọng lượng so với Trái đất của một vật có khối lượng xấp xỉ 102 g

(1 ⁄ 9.8 kg) (tương đương một quả táo nhỏ)

Trên bề mặt Trái Đất, một khối lượng 1 kg sinh ra một lực cỡ 9.81 N (hướng xuống) Một khối lượng 1 kg tương ứng với 10 N là một khối lượng thường dùng trong đời sống hàng ngày và trong kỹ thuật

Trọng lượng của một người có khối lượng 70 kg so với Trái Đất là xấp xỉ 687 N

5 Đơn vị đo./ 5.1 Cảm nhận về lực.

Tích vô hướng của lực và độ dài (N•m), một lực 1 N sinh ra trên độ dài 1 m là 1 joule hay

jun (Việt Nam), là một đơn vị hệ SI của năng lượng

Vì Newton là một lực khá nhỏ, do đó người ta cũng thường dùng một đơn vị khác để biểu diễn lực là kilonewtons hay kN, trong đó 1 kN = 1 000 N

Trong điều kiện tiêu chuẩn, 1 tấn (1 000 kg) gây ra trọng lực là 9.81 kN(hay 1 000 kgf)

Trang 13

5 Đơn vị đo./ 5.2 Hệ đơn vị chuẩn (Consistent system of units).

1 Khối lượng (Mass) [kg] [lbf.s 2 /in] ~ [snail]

2 Chiều dài (Length) [m] (chọn cm) [in]

4 Lực (Force) [N] (chọn kN) [lbf] (pounds-force)

~ [lb] (pound)

Đại lượng dẫn xuất

5 Khối lượng riêng (Density) [kg/m 3 ] [snail/in 3 ]

6 Ứng suất (Stress) [Pa] ~ [N/m 2 ] [Psi] ~ [lbf/in 2 ]

7 Gia tốc trọng trường (Gravity) g=9,81 [m/s 2 ] g=386 [in/s 2 ]

Trang 14

Phổ biến: * mph (miles per hour);

* g = 9.81 m/s2 = 386 in/s2; * 1 mile = 1,6093 km;

* 1 ft = 12 in = 0.3048 m (foot – feet); * 1 lbf = 4.448222 N;

* 1 in = 0.0254 m; * 1 kip (kilopound) = 1000 lbf

Tổng quát:

5 Đơn vị đo./ 5.3 Chuyển đổi giữa các đơn vị (Unit convert).

Trang 16

Kết cấu chịu tải trọng tĩnh.

Các câu hỏi liên quan trong sức bền vật liệu

Hệ tĩnh định

1 Xác định phản lực liên kết? Phần 1 (Chương 1)

2 Khảo sát nội lực? (xác định ứng lực - nội lực, vẽ biểu đồ nội lực) Phần 2 (Chương 2)

* Phân tích đặc trưng hình học của mặt cắt ngang? Phần 3 (Chương 5)

3 Tính bền theo ứng suất cho phép? Phần 4 (Chương 3, 4, 6, 7, 8)

4 Tính bền theo điều kiện ổn định? Phần 7 (Chương 9)

5 Tính chuyển vị? (theo các phương pháp năng lượng) Phần 5 (Chương 3, 6, 7, 8)

Hệ siêu tĩnh Các câu hỏi: 1, 2, 3, 4, 5

Bước 2, tính hệ số động: k đ ( a ); k đ (Ω, ω); k đ (∆đ ); k đ (∆ng ).

Bước 3, tính đại lượng cần tìm: S đ = k đ S t ( P ); S t ( P ) + k đ S t ( F 0 ); S t ( P ) + k đ S t ( Q ); k đ S t ( Q ).

Phần 6 (Chương 3, 6, 7, 8)(các hệ số trong PTCT là các chuyển vị được tính theo 5)

Xác định các phản lực liên kết thừa

Trang 17

Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1 Đối tượng, nhiệm vụ nghiên cứu môn học.

2 Phân loại các chi tiết, công trình theo hình dáng hình học.

3 Phân loại ngoại lực, phản lực liên kết.

4 Khái niệm về biến dạng và nội lực.

5 Các giả thiết về vật liệu trong Sức bền vật liệu.

6 Nguyên lý cộng tác dụng.

Trang 18

1 Đối tượng, nhiệm vụ nghiên cứu môn học./ 1.1 Đối tượng nghiên cứu.

Vật rắn có biến dạng (thực)

Trang 19

1 Đối tượng, nhiệm vụ nghiên cứu môn học./ 1.2 Nhiệm vụ nghiên cứu.

Đảm bảo được độ bền: Chống lại sự phá hoại dẫn đến gãy, vỡ, nứt

Trang 20

Đảm bảo được độ cứng: Chống lại sự biến dạng lớn

Trang 21

Đảm bảo được độ ổn định: Chống lại sự biến dạng hình học

Trang 22

Đảm bảo được độ bền mỏi: Chống lại sự phá hoại của vật liệu do mỏi như tróc rỗ, rạn nứt bề mặt

Trang 23

2 Phân loại chi tiết, công trình theo hình dạng hình học./ 2.1 Chi tiết dạng khối.

Có kích thước ba phương tương đương nhau

Trang 24

2 Phân loại chi tiết, công trình theo hình dạng hình học./ 2.2 Chi tiết dạng tấm, vỏ.

Có kích thước theo hai phương lớn hơn nhiều so với phương còn lại

Trang 25

2 Phân loại chi tiết, công trình theo hình dạng hình học./ 2.3 Chi tiết dạng thanh.

Có kích thước theo một phương lớn hơn nhiều so với hai phương còn lại

Trang 26

Kết cấu chịu tải trọng tĩnh.

Hệ tĩnh định

1 Xác định phản lực liên kết Phần 1 (Chương 1)

2 Khảo sát nội lực (xác định ứng lực - nội lực, vẽ biểu đồ nội lực) Phần 2 (Chương 2)

* Phân tích đặc trưng hình học của mặt cắt ngang Phần 3 (Chương 5)

3 Tính bền theo ứng suất cho phép Phần 4 (Chương 3, 4, 6, 7, 8)

4 Tính bền theo điều kiện ổn định Phần 7 (Chương 9)

5 Tính chuyển vị (theo các phương pháp năng lượng) Phần 5 (Chương 3, 6, 7, 8)

Hệ siêu tĩnh Các câu hỏi: 1, 2, 3, 4, 5

Các câu hỏi liên quan trong sức bền vật liệu

Trang 27

3 Phân loại ngoại lực, phản lực liên kết.

Trang 28

Tải trọng Theo hình thức Theo tính chất Theo tính chaát

Tải trọng phân bố Tải trọng động

Tải trọng tĩnh Tải trọng tập trung

P

3 Phân loại ngoại lực, phản lực liên kết./ 3.1 Tải trọng.

M

Bỏ qua lực quán tính [Lực Chiều dài]

[N]

Tải trọng phân bố Tải trọng động

Theo khối

y z

Theo đường

h

Va chạm Dao động Theo mặt

q=γ.g

Lực

(Chiều dài) 3

Lực (Chiều dài) 2

q ( x , z ) q ( z )

Lực Chiều dài

Trang 29

C A

O

Phản lực liên kết

3 Phân loại ngoại lực, phản lực liên kết./ 3.2 Phản lực liên kết.

2 Gối cố định

z

y x

liên kết

4 Liên kết Ngàm

3 Liên kết Thanh cứng

D

q

A C

Trang 30

Tác dụngTác dụng

Phản lực liên kết Tải trọng

Bài toán tĩnh học:

Các phương trình cân bằng tĩnh học

3 Phân loại ngoại lực, phản lực liên kết./ 3.3 Bài toán tĩnh học.

Đối tượng khảo sát z

y x

( )P 0 /

X P

n

1 i

i n

1 i

m m

n

1 i

i x n

1 i

Y P

n

1 i

i n

1 i

m m

n

1 i

i y n

1 i

Z P

n

1 i

i n

1 i

m m

n

1 i

i z n

1 i

Trang 31

b/ Hệ lực song song trong không gian:

c/ Hệ lực đồng qui trong không gian:

z y

Y P

R

n

1 i

i n

1 i yi

=

( )P 0 /

m m

M

n

1 i

i z n

1 i zi

=

( )P 0 /

m M

M

n

1 i

i x n

1 i

X P

R

n

1 i

i n

1 i xi

=

( )P 0 /

Y P

R

n

1 i

i n

1 i yi

=

( )P 0 /

Z P

R

n

1 i

i n

1 i zi

=

Trang 32

( )P 0 /

Z P

R

n

1 i

i n

1 i zi

m m

M

n

1 i

i A n

1 i Ai

=

( )P 0 /

y P

R

n

1 i

i n

1 i yi

=

( )P 0 /

Z P

R

n

1 i

i n

1 i zi

=

( )P 0 /

m m

M

n n

m m

M

n

1 i

i B n

1 i Bi

=

( )P 0 /

m m

M

1 i

i A 1

i Ai

=

( )P 0 /

m m

M

n

1 i

i B n

1 i Bi

=

( )P 0 /

m m

M

n

1 i

i A n

1 i Ai

=

( )P 0 /

m m

M

n

1 i

i C n

1 i Ci

=

ABC không thẳng hàng

A B

Trang 33

e/ Hệ lực song song trong mặt phẳng:

f/ Hệ lực đồng qui trong mặt phẳng:

z y

Y P

R

n

1 i

i n

1 i yi

=

( )P 0 /

m m

M

n

1 i

i A n

1 i Ai

=

( )P 0 /

m m

M

n

1 i

i B n

1 i Bi

=

( )P 0 /

m m

M

n

1 i

i A n

1 i Ai

B

z

P

( )P 0 /

Y P

R

n

1 i

i n

1 i yi

=

( )P 0 /

Z P

R

n

1 i

i n

1 i zi

Z P

R

n

1 i

i n

1 i zi

=

( )P 0 /

m M

M

n

i Z

n zi

(y ⊥ z)

Trang 34

Các bước phân tích phản lực liên kết trong tĩnh học:

Bước 1 Chọn vật khảo sát: Thường chọn vật có tải trọng tác dụng lên nó

Bước 2 Phân tích các liên kết, thêm vào các phản lực liên kết tương ứng theo trình tự:

1/ Gối di động: Có 1 phản lực liên kết

2/ Liên kết thanh cứng: Có 1 phản lực liên kết

3/ Gối cố định: Có từ 1 đến 2 phản lực liên kết

4/ Ngàm: Có từ 1 đến 6 phản lực liên kết

Bước 3 Nhận định hệ lực cân bằng đối với vật khảo sát:

1/ Hệ lực một chiều (nằm trên hoặc quay quanh một trục): Có 1 PTCBTH

Bước 4 So sách số PLLK (Bước 2) với số PTCBTH (Bước 3):

1/ Số PLLK < Số PTCBTH: Hệ biến hình – Không nghiên cứu trong SBVL

2/ Số PLLK = Số PTCBTH: Hệ tĩnh định – Viết các ptcbth đơn giản (có 1 pllk)

Trang 35

C B

P

3a a

P

3a a

kN 3

10

≈

=

kN 5

kN 2

3

10 2

Trang 36

Xét dầm AD

Bài 2 Ví dụ - Đề: Xác định phản lực liên kết tại B và D theo q, a

m

Σ

qa 5

5

a 6 a

5

Trang 37

Bài 3 Ví dụ - Đề: Xác định phản lực liên kết tại các khớp theo P

N 4

2

2 5

N 4 = −

⇒

2

3

N 4

2

5 3

N 2

−

Trang 38

Bài 4 Ví dụ - Đề: Thanh AC cứng tuyệt đối Xác định phản lực tại A, B, C theo q,a

; a 5

BD =

5

1 sin =α

N B

−

2

1

5

qa 2

2

Trang 39

A

M

−

Trang 40

Bài 6 Ví dụ - Đề

D C

B A

3 12 16

1

N D 3 a

2

3

3 2 12

Trang 41

AA - Chuyển vị của điểm A.

- Biến dạng dài tỷ đối theo phương AB.

4 Khái niệm về biến dạng và nội lực./ 4.1 Chuyển vị và biến dạng.

γ - Biến dạng góc vuông tại điểm A trong mặt phẳng ABC.

- Biến dạng của một đơn vị thể tích

Trang 42

A 1 B 1

M M

4 Khái niệm về biến dạng và nội lực./ 4.2 Chuyển vị và biến dạng của thanh.

Dọc trục của tiết diện

Trượt của tiết diện

Xoay quanh trục của tiết diện

Trượt của tiết diện

Vuông trục thanh của tiết diện

Biến dạng:

Chuyển vị:

Dài dọc trục

Trọng tâm của tiết diện

Xoay của tiết diện

(Không đều)(Góc)

Trang 43

Nội lực.

Phương pháp mặt cắt

4 Khái niệm về biến dạng và nội lực./ 4.3 Nội lực, phương pháp mặt cắt, ứng suất.

Là lượng thay đổi lực tương tác giữa các phân tửtrong vật thể

Nhằm chống lại biến dạng do ngoai lực gây ra

Tưởng tượng dùng mặt cắt chia vật thể làm haiphần Giữ lại một trong hai phần để khảo sát

Là nội lực trên một đơn vị diện tích

σ

= +τ2 +τzx 2 +τzy 2

Ứng suất là đại lượng quan trọng

Được quan tâm nhiều trong môn học

Trang 44

5 Các giả thuyết về vật liệu trong môn học.

5.1 Cấu tạo vật chất của vật liệu

- Module đàn hồi Young

Định luật Hooke về biến dạng góc τ =

G γ

ε

1đv

σ σ

E là hằng số của vật liệu, được tìm từ thực nghiệm

G cũng là hằng số của vật liệu, được tìm từ thực nghiệm

γ

Lực (Chiều dài) 2

Đàn dẽo

Trang 45

Do nhiều nguyên nhân gây ra,

6 Nguyên lý cộng tác dụng.

Một đại lượng: Nội lực, biến dạng, chuyển vị, ứng suất, phản lực liên kết

sẽ bằng tổng của từng nguyên nhân riêng lẻ gây ra

Nguyên lý này không còn đúng khi các đại lượng có hàm phi tuyến

Trên cơ sở nguyên lý này => Môn Sức bền vật liệu chủ yếu đề cập các mô hình cơ bản

Với mô hình thực tế phức tạp: Được tổ hợp từ các mô hình cơ bản trong môn học

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	4,58 MB