F44 3 r sức bền vật liệu 2

Quy ước dấu của moment xoắn và cách xác định nội lực cho thanh chịu xoắn thuần túy Xoắn thanh thẳng tiết diện tròn: o Nắm vững các giả thiết làm nền tảng cho việc thiết lập công thức tín

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA XÂY DỰNG VÀ ĐIỆN

LƯU HÀNH NỘI BỘ

MỤC ĐÍCH

Tài liệu này nhằm hỗ trợ cho học viên hình thức giáo dục từ

xa nắm vững nội dung ôn tập và làm bài kiểm tra hết môn hiệu quả

Tài liệu này cần được sử dụng cùng với tài liệu học tập của môn học và bài giảng của giảng viên ôn tập tập trung theo chương trình đào tạo

NỘI DUNG HƯỚNG DẪN

Nội dung tài liệu này bao gồm các nội dung sau:

 Phần 1: Các nội dung trọng tâm của môn học Bao gồm các nội

dung trọng tâm của môn học được xác định dựa trên mục tiêu học tập, nghĩa là các kiến thức hoặc kỹ năng cốt lõi mà người học cần có được khi hoàn thành môn học

 Phần 2: Cách thức ôn tập Mô tả cách thức để hệ thống hóa

kiến thức và luyện tập kỹ năng để đạt được những nội dung trọng tâm

 Phần 3: Hướng dẫn làm bài kiểm tra Mô tả hình thức kiểm

tra và đề thi, hướng dẫn cách làm bài và trình bày bài làm và lưu ý về những sai sót thường gặp, hoặc những nỗ lực có thể được đánh giá cao trong bài làm

 Phần 4: Đề thi mẫu và đáp án Cung cấp một đề thi mẫu và

đáp án, có tính chất minh hoạ nhằm giúp học viên hình dung

yêu cầu kiểm tra và cách thức làm bài thi

PHỤ TRÁCH KHOA XÂY DỰNG VÀ ĐIỆN Trần Tuấn Anh

Phần 1

CÁC NỘI DUNG TRỌNG TÂM

Chương 1: XOẮN THUẤN TÚY

- Định nghĩa

- Xoắn thanh thẳng tiết diện tròn

- Xoắn thanh thẳng tiết diện chữ nhật

- Bài toán siêu tĩnh khi xoắn

Chương 2: THANH CHỊU LỰC PHỨC TẠP

- Định nghĩa

- Uốn xiên

- Uốn + kéo (nén)

- Uốn + xoắn

Chương 3: ỔN ĐỊNH THANH CHỊU NÉN

- Khái niệm về ổn định

- Lực tới hạn của thanh thẳng chịu nén đúng tâm

- Ổn định ngoài miền đàn hồi

- Phương pháp thực hành tính thanh chịu nén

Chương 7: TẢI TRỌNG ĐỘNG

- Khái niệm tải trọng động

- Thanh chuyển động với gia tốc là hằng số

- Dao động của hệ một bậc tự do

- Va chạm của hệ một bậc tự do

Phần 2

CÁCH THỨC ÔN TẬP

Chương 1: XOẮN THUẦN TÚY

Khái niệm xoắn thuần túy:

o Cần nắm vững định nghĩa thế nào là xoắn thuần túy ? Quy ước dấu của moment xoắn và cách xác định nội lực cho thanh chịu xoắn thuần túy

Xoắn thanh thẳng tiết diện tròn:

o Nắm vững các giả thiết làm nền tảng cho việc thiết lập công thức tính ứng suất, góc xoắn và hiểu được cơ sở để thiết lập các giả thiết đó

o Hiểu và vận dụng công thức tính ứng suất tiếp, công thức tính biến dạng khi xoắn để giải các bài tập liên quan đến các bài toán có mặt cắt ngang tròn đặc và bài toán có mặt cắt ngang tròn hình vành khăn; Áp dụng, được điều kiện bền cho các bài toán liên quan

o Đọc TLHT, xem thí dụ 9.3 và 9.4

o Làm các bài tập 9.1, 9.2

Xoắn thanh thẳng tiết diện chữ nhật

o Hiểu được quy luật phân bố ứng suất tiếp trên mặt cắt ngang của thanh thẳng tiết diện chữ nhật khi chịu xoắn và vận dụng

công thức tính ứng suất tiếp, góc xoắn để giải các bài tập liên quan Nắm vững cách tra bảng các hệ số phụ , ,  dựa trên

tỉ số cạnh dài chia cạnh ngắn

o Đọc TLHT

Bài toán siêu tĩnh khi xoắn

o Nắm vững cơ sở xác định nội lực trong thanh thẳng hai đầu ngàm khi chịu xoắn là góc xoắn tại hai đầu ngàm bằng không

o Làm các bài tập 9.3, 9.8

Chương 2: THANH CHỊU LỰC PHỨC TẠP

Khái niệm thanh chịu lực phức tạp:

o Cần nắm vững định nghĩa thế nào là thanh chịu lực phức tạp? Hiểu được nguyên lý cộng tác dụng để vận dụng giải quyết bài toán thanh chịu lực phức tạp

Bài toán uốn xiên:

o Hiểu được định nghĩa thanh chịu uốn xiên và cách tổng hợp hai thành phần moment uốn Mx và My thành moment uốn tổng Mu

o Xác định được ứng suất pháp trong uốn xiên dựa trên nguyên

lý cộng tác dụng Vận dụng được công thức kỹ thuật để xác định ứng suất pháp

o Đọc TLHT, xem thí dụ 10.1

o Hiểu được ý nghĩa của đường trung hòa và nắm vững trình

tự xác định đường trung hòa

o Đọc TLHT, xem thí dụ 10.2

o Xác định được ứng suất cực trị và áp dụng điều kiện bền

o Làm các bài tập 10.1, 10.2

Bài toán uốn + kéo (nén)

o Hiểu được định nghĩa thanh chịu uốn cộng kéo hay nén

o Xác định được ứng suất pháp trong uốn xiên dựa trên nguyên

lý cộng tác dụng Vận dụng được công thức kỹ thuật và quy ước dấu của các số hạng trong công thức để xác định ứng suất pháp

o Đọc TLHT, xem thí dụ 10.3

o Hiểu được ý nghĩa của đường trung hòa và nắm vững trình

tự xác định đường trung hòa

o Xác định được ứng suất cực trị và áp dụng điều kiện bền

o Đọc TLHT, xem thí dụ 10.6, 10.7

o Làm các bài tập 10.3, 10.4, 10.6

Bài toán uốn + xoắn

o Hiểu được định nghĩa thanh chịu uốn cộng xoắn

o Phân tích được các trạng thái phân bố ứng suất cho bài toán thanh có tiết diện tròn, xác định được ứng suất pháp cực trị

và ứng suất tiếp lớn nhất; Áp dụng được thuyết bền để giải các bài tập liên quan

o Đọc TLHT, xem thí dụ 10.8

o Phân tích được các trạng thái phân bố ứng suất cho bài toán thanh có tiết diện chữ nhật, xác định được ứng suất pháp cực trị và ứng suất tiếp lớn nhất phân bố trên mặt cắt ngang của thanh; Áp dụng được thuyết bền để kiểm tra bền cho các vị trí nguy hiểm trên mặt cắt ngang của thanh

o Đọc TLHT, xem thí dụ 10.9

o Làm các bài tập 10.8, 10.10

Chương 3: ỔN ĐỊNH THANH CHỊU NÉN

Khái niệm về ổn định:

o Cần nắm vững định nghĩa về cân bằng ổn định, cân bằng phiếm định và cân bằng không ổn định cho thanh thẳng chịu nén

Lực tới hạn của thanh thẳng chịu nén đúng tâm:

o Hiểu được cách thiết lập công thức xác định lực tới hạn cho thanh thẳng hai đầu khớp, hay còn gọi là bài toán Euler

o Xác định được lực tới hạn cho thanh thẳng tương ứng với các liên kết khác nhau ở hai đầu: Liên kết một đầu ngàm một đầu

tự do, liên kết hai đầu khớp, liên kết một đầu ngàm một đầu khớp, liên kết hai đầu ngàm, liên kết một đầu ngàm một đầu ngàm trượt

o Xác định được ứng suất tới hạn của thanh, bán kính quán tính của tiết diện trong mặt phẳng uốn, xác định được độ mảnh của thanh

o Hiểu được trường hợp nào thì thanh có độ mảnh lớn và giới hạn áp dụng công thức Euler

o Hiểu được các công thức tính lực tới hạn ngoài miền đàn hồi bằng thực nghiệm

o Đọc TLHT, xem thí dụ 11.1, 11.2

o Làm bài tập 11.1

Phương pháp thực hành tính ổn định thanh chịu nén

o Nắm vững cách thiết lập công thức thực hành tính ổn định cho thanh chịu nén; Hiểu được các hệ số trong công thức thực hành và cách tra bảng để xác định hệ số uốn dọc 

o Nắm vững cách giải ba bài toán ổn định dựa vào công thức thực hành: Bài toán kiểm tra ổn định, bài toán xác định tải trọng cho phép, bài toán chọ tiết diện

o Đọc TLHT, xem thí dụ 11.3

o Làm các bài tập 11.3, 11.4, 11.5, 11.6, 11.8, 11.10

Chương 4: TẢI TRỌNG ĐỘNG

Khái niệm về tải trọng động:

o Cần phân biệt sự khác nhau giữa tải trọng động và tải trọng tĩnh là gì, nắm vững các nguyên lý cơ bản để khảo sát sự cân bằng của vật thể khi chịu tác dụng của tải trọng động

Thanh chuyển động với gia tốc là hằng số:

o Thiết lập được công thức tính nội lực trong dây khi mang vật nặng P được kép lên với gia tốc không đổi, từ đó xác định được hệ số động Kđ và hiểu được việc xác định nội lực trong bài toán động bằng giá trị tương ứng trong bài toán tĩnh nhân với hệ số động

o Đọc TLHT, xem thí dụ 13.1

o Làm các bài tập 13.1, 13.2, 13.4

Dao động của hệ một bậc tự do

o Nắm vững khái niệm bậc tự do là gì ? Hiểu được các khái niệm tần số, tần số góc, dao động cưỡng bức, dao động tự do

o Thiết lập được phương trình vi phân dao động cưỡng bức hệ một bậc tự do; Hiểu và tính toán được tần số góc của dao động

tự do và chu kỳ của dao động tự do

o Hiểu được phương trình vi phân trong dao động cưỡng bức

có cản và thiết lập được xác định hệ số ành hưởng của dao động so với tác dụng tĩnh hay còn gọi là hệ số động Nắm

vững công thức thu gọn khối lượng, ghi nhớ hệ số thu gọn khối lượng cho các trường hợp dầm đơn, dầm console, lò xo dao động dọc

o Đọc TLHT, xem thí dụ 13.3, 13.4

o Làm các bài tập 13.6, 13.7, 13.8

Va chạm của hệ một bậc tự do

o Nắm vững công thức tính hệ số động Kđ cho bài toán va chạm thẳng đứng, xác định được Kđ cho các trường hợp : Công thức tổng quát, khi điểm va chạm không có trọng lượng, khi trọng lương Q đặt đột ngột lên dầm (H=0)

o Nắm vững công thức tính hệ số động Kđ cho bài toán va chạm ngang, xác định được Kđ cho các trường hợp : Công thức tổng quát, khi không đặt sẵn trọng lượng chịu va chạm (P=0)

o Đọc TLHT, xem thí dụ 13.5, 13.6, 13.7

o Làm các bài tập 13.9, 13.10

Tài liệu học tập chính: Đỗ Kiến Quốc (chủ biên) và các tác giả, Sức bền vật liệu, NXB ĐHQG TPHCM, 2008

Phần 3

HƯỚNG DẪN LÀM BÀI KIỂM TRA

a/ Hình thức kiểm tra và kết cấu đề

Hình thức kiểm tra: tự luận

Đề kiểm tra gồm 2 câu bài tập trong bốn câu sau:

Câu 1 (5 điểm): Vẽ biểu đồ nội lực cho hệ thanh chịu xoắn, tính toán góc xoắn và ứng suất tiếp (kiến thức chương 1)

Câu 2 (5 điểm):Tính toán bài toán thanh chịu lực phức tạp (kiến thức chương 2)

Câu 3 (5 điểm): Tính toán bài toán ổn định thanh chịu nén (kiến thức chương 3)

Câu 4 (5 điểm): Tính toán bài toán hệ chịu tác dụng của tải trọng động (kiến thức chương 4)

b/ Hướng dẫn làm bài tự luận

Câu 1:

o Dùng phương pháp mặt cắt để vẽ biểu đồ nội lực cho hệ thanh chịu xoắn

o Xác định giá trị moment xoắn lớn nhất từ biểu đồ nội lực từ

đó tính giá trị ứng suất tiếp lớn nhất

o Từ phương pháp mặt cắt xác định được nội lực trong từng đoạn thanh, áp dụng công thức xác định góc xoắn trong từng

đoạn thanh và cộng các giá trị góc xoắn thành phần lại ta được góc xoắn cả hệ thanh

Câu 2:

o Dùng phương pháp mặt cắt để vẽ biểu đồ nội lực cho hệ thanh

o Xác định giá trị nội lực lớn nhất từ đó xác định các giá trị ứng suất lớn nhất

o Để phác họa đường trung hòa sẽ thực hiện các bước sau: Xác định vùng ứng suất kéo và nén do các nội lực tác dụng độc lập trên mặt cắt ngang tiết diện nguy hiểm; Xác định vùng ứng suất do các nội lực tác dụng đồng thời trên mặt cắt ngang; Xác định hệ số góc của đường trung hòa đối với bài toán uốn xiên và xác định giá trị Xo và Yo đối với bài toán uốn + kéo (nén), Từ các dữ liệu trên xác định được đường trung hòa và

vẽ biểu đồ ứng suất

Câu 3:

o Dùng phương pháp mặt cắt để vẽ biểu đồ nội lực cho hệ thanh

o Xác định giá trị nội lực lớn nhất từ đó xác định các giá trị ứng suất lớn nhất

o Để phác họa đường trung hòa sẽ thực hiện các bước sau: Xác định vùng ứng suất kéo và nén do các nội lực tác dụng độc lập trên mặt cắt ngang tiết diện nguy hiểm; Xác định vùng ứng suất do các nội lực tác dụng đồng thời trên mặt cắt ngang; Xác định hệ số góc của đường trung hòa đối với bài toán uốn xiên và xác định giá trị Xo và Yo đối với bài toán uốn + kéo (nén), Từ các dữ liệu trên xác định được đường trung hòa và

vẽ biểu đồ ứng suất

Câu 4:

o Đối với bài toán dao động hệ một bậc tự do: Vẽ biểu đồ moment do tải trọng động tác dụng tĩnh và biểu đồ moment

do tải trọng tĩnh gây ra trên dầm; Tính tần số dao động riêng

và hệ số động Kđ;{Ứng suất, chuyển vị} của dầm cần tính bằng {ứng suất, chuyển vị}do tải trọng động tác dụng tĩnh lên dầm nhân với hệ số động Kđ cộng với {ứng suất, chuyển vị}

do tải trọng tĩnh tác dụng lên dầm

o Đối với bài toán va chạm thẳng đứng của hệ một bậc tự do:

Vẽ biểu đồ moment do vật gây va chạm Q tác dụng tĩnh lên dầm và biểu đồ moment do tải trọng tĩnh P tác dụng lên dầm; Xác định hệ số động Kđ; {Ứng suất, chuyển vị} của dầm cần tính bằng {ứng suất, chuyển vị} do P tác dụng tĩnh lên dầm nhân với hệ số động Kđ cộng với {ứng suất, chuyển vị} do tải trọng tĩnh P tác dụng lên dầm

o Đối với bài toán va chạm ngang của hệ một bậc tự do:Vẽ biểu

đồ moment do vật chuyển động Q tác dụng tĩnh lên dầm (cột); Xác định hệ số động Kđ; {Ứng suất, chuyển vị} của dầm (cột) cần tính bằng {ứng suất, chuyển vị} do Q tác dụng tĩnh lên dầm nhân với hệ số động Kđ

Phần 4

ĐỀ THI MẪU VÀ ĐÁP ÁN

Đề thi mẫu

Môn : Sức bền vật liệu 2, Học kỳ ……, Năm học ……

Lớp: , Hệ:

(Thời gian làm bài 60 phút, được sử dụng tài liệu)

Câu 1 (5 điểm): Cho thanh chịu xoắn như hình 1 Yêu cầu:

a Vẽ biểu đồ moment xoắn

b Xác định đường kính D theo điều kiện bền và điều kiện cứng

của thanh

c Xác định góc xoắn tại B

BIết: L = 2m, G = 8.103 kN/cm2,  2

8kN / cm

  ,  0.25rad / m

Câu 2 (5 điểm): Cho dầm chịu lực như hình 2.Yêu cầu:

a Vẽ biểu đồ momen uốn

Hình 1

b Xác định max, min

c Phác họa đường trung hòa và vẽ biểu đồ ứng suất cho mặt cắt

tại ngàm

Biết: b = 10cm

- Hết -

Hình 2

Đáp án mẫu

Môn : Sức bền vật liệu 2, Học kỳ ……, Năm học ……

Lớp: , Hệ:

(Thời gian làm bài 60 phút, được sử dụng tài liệu)

Câu 1 (5 điểm):

Vẽ biểu đồ momen xoắn (2 đ)

Xác định đường kính D (2 đ)

max  10( )

z

Theo điều kiện bền ta có:

max max

max

0, 2 1

10.100

10, 2( )

0, 2 1 0, 2 1 0,8 8



p z

M

n



Theo điều kiện cứng ta có:

2

10.100

5, 4( ) 0,1 1 0,8 8.10 0, 25.10





p

D

cm



Vậy chọn D = 10,2cm

Xác định góc xoắn tại B (1 đ)

2

10.100.2.100

4.10 ( ) 8.10 0,1.10, 2 (1 0,8 )





B

p

M L

rad

G I



Câu 2 (5 điểm):

Vẽ biểu đồ momen uốn (2 đ)

Xác định max, min (2 đ)

- Tại ngàm nội lực có giá trị lớn nhất:

M 22( )

M 12( )

x

y

kN m

kN m





- Xác định max, min

 

3 3

3 3

0, 67.10

2 b 0, 2.0,1

0, 33.10

x

y

b





0, 67.10 0,33.10

y x

M M

 

3 2 max

3 2 min

kN m

kN m







 

Phác họa đường trung hòa và vẽ biểu đồ ứng suất cho mặt cắt tại ngàm (1 đ)

3

0 3

12 0,1.0, 2 /12

22 0, 2.0,1 /12

y x

x y

M I tg

M I

MỤC LỤC

Phần 1 CÁC NỘI DUNG TRỌNG TÂM 4

Phần 2 CÁCH THỨC ÔN TẬP 5

Phần 3 HƯỚNG DẪN LÀM BÀI KIỂM TRA 11

Phần 4 ĐỀ THI MẪU VÀ ĐÁP ÁN 14