Chương 1 những khái niệm cơ bản

Chöông 2 LYÙ THUYEÁT NOÄI LÖÏC Bài giảng sức bền vật liệu Chương 1 Những khái niệm cơ bản GV Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015) 1 Nội dung môn học Sức bền vật liệu Chương 1 Các khái niệm cơ bản Chương 2[.]

Bài giảng sức bền vật liệu Nội dung môn học: Sức bền vật liệu Kiến thức Kỹ thuật Cơ sở Các Môn chuyên ngành Sức bền vật liệu Chương Các khái niệm Chương Lý thuyết nội lực Chương Kéo nén tâm Chương 4&5 Trạng thái ứng suất thuyết bền Chương Đặc trưng hình học mặt cắt ngang Chương Uốn phẳng thẳng Chương Chuyển vị dầm chịu uốn Chương xoắn túy thẳng Chương 10.Thanh chịu lực phức tạp Chương 11&12.Ổn định thẳng chịu nén tâm.Uốn ngang uốn dọc đồng thời Bài tập lớn 10% (mỗi SV làm 01 đề gồm 04 sơ đồ theo phân công), Kiểm tra kỳ 20% Thí nghiệm 20%,Thi cuối kỳ 50%.(Btập lớn kiểm tra tiên quyết) Chú ý điểm cuối kỳ không nhỏ điểm Tài liệu tham khảo: -Đỗ kiến Quốc tác giả, NXB Đại học quốc gia Tp.Hồ chí Minh -Bùi trọng Lựu tác giả NXB Đại học THCN -Nguyễn y Tô tác giả NXB Đại học THCN -Lê ngọc Hồng NXB Khoa học kỹ thuật -Vũ đình Lai tác giả NXB Giao thông vận tải -Phạm ngọc Khánh tác giả NXB Xây dựng -Lê hoàng Tuấn-Bùi cơng Thành, NXB Đại học Bách KhoaTp.Hồ chí Minh Và tác giả khác Chương : Những khái niệm GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015) Bài giảng sức bền vật liệu Chương CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN I.KHÁI NIỆM - ĐỐI TƯỢNG - NHIỆM VỤ VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MÔN HỌC SỨC BỀN VẬT LIỆU (SBVL) Sức bền vật liệu môn học kỹ thuật sở nghiên cứu chịu lực biến dạng vật liệu, từ đưa phương pháp tính tốn độ bền, độ cứng độ ổn định phận cơng trình chi tiết máy, gọi chung vật thể chịu tác dụng ngoại lực Đối tượng mơn học -Hình dạng vật thể nghiên cứu SBVL nghiên cứu vật thể thực (cơng trình, chi tiết máy … ) có biến dạng tác dụng nguyên nhân ngoài,(tải trọng, nhiệt độ, lắp ráp chi tiết chế tạo khơng xác…) Vật thể thực sử dụng kỹ thuật chia ba dạng bản:  Khối: Có kích thước theo ba phương tương đương: Đê đập, móng máy H 1.1 Vật thể dạng khối H 1.2 Vật thể dạng vỏ  Tấm vỏ: Vật thể mỏng có kích thước theo phương nhỏ so với hai phương cịn lại; có dạng phẳng, vỏ có dạng cong: sàn nhà, mái vỏ H 1.3 Trục mặt cắt ngang  Thanh Vật thể dài có kích thước theo phương lớn so với hai phương lại: dàn cầu, cột điện, trục máy… SBVL nghiên cứu thanh, hệ thanh.Thanh biểu diễn trục mặt cắt ngang A vng góc với trục (H.1.3) Trục quỹ tích trọng tâm mặt cắt ngang a) Các loại (H.1.4): +Thanh thẳng, hay cong: có trục thẳng, hay c) b) cong, +Hệ thanh: gãy khúc (phẳng hay khơng gian) H 1.4 Các dạng trục Nhiệm vụ: Chương : Những khái niệm GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015) d) Bài giảng sức bền vật liệu SBVL môn học kỹ thuật sở, nghiên cứu tính chất chịu lực vật liệu, để đưa phương pháp tính vật thể chịu tác dụng nguyên nhân ngoài, nhằm thoả mãn yêu cầu an toàn tiết kiệm vật liệu  Vật thể làm việc an toàn thỏa điều kiện sau: - Điều kiện bền : không bị phá hoại (nứt gãy, sụp đổ…).trong trình chịu lực - Điều kiện cứng: biến dạng chuyển vị nằm giới hạn cho phép - Điều kiện ổn định : bảo tồn hình thức biến dạng ban đầu  Thường, kích thước vật thể lớn khả chịu lực tăng độ an tồn nâng cao; nhiên, vật liệu phải dùng nhiều nên nặng nề tốn Kiến thức SBVL giúp giải hợp lý mâu thuẫn yêu cầu an toàn tiết kiệm vật liệu  Ba toán SBVL: + Kiểm tra điều kiện bền, cứng, ổn định + Định kích thước, hình dáng hợp lý cơng trình hay chi tiết máy + Định giá trị nguyên nhân (tải trọng, nhiệt độ…) cho phép tác dụng lên cơng trình Đặc điểm:  SBVL môn khoa học thực nghiệm: Để đảm bảo tin cậy phương pháp tính, môn học kết hợp chặt chẽ nghiên cứu thực nghiệm suy luận lý thuyết Nghiên cứu thực nghiệm nhằm phát tính chất ứng xử vật liệu với dạng chịu lực khác nhau, làm sở đề xuất giả thiết đơn giản để xây dựng lý thuyết Thí nghiệm kiểm tra lý thuyết tính tốn xây dựng Trong nhiều trường hợp, phải làm thí nghiệm mơ hình cơng trình thu nhỏ trước xây dựng thử tải công trình trước sử dụng  SBVL khảo sát nội lực (lực bên vật thể) biến dạng vật thể ( Cơ Lý Thuyết khảo sát cân tỉnh học chuyển động vật thể xem rắn tuyệt đối)  SBVL sữ dụng kết Cơ Lý Thuyết để xét cân lực tác dụng lên phận cơng trình hay chi tiết máy II NGOẠI LỰC- CÁC LOẠI LIÊN KẾT- PHẢN LỰC LIÊN KẾT 1.Ngoại lực Tải trọng a) Định nghĩa: Ngoại lực lực tác động từ mơi trường vật thể bên ngồi lên vật thể xét Ngoại lực bao gồm: Tải trọng phản lực Phản lực H 1.5 Tải trọng phản lực  Tải trọng: Là lực chủ động biết trước (vị trí, phương độ lớn) thường quy định quy phạm thiết kế tính tốn theo kích thước vật thể Chương : Những khái niệm GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015) Bài giảng sức bền vật liệu  Phản lực: Là lực thụ động (phụ thuộc vào tải trọng), phát sinh vị trí liên kết vật thể xét với vật thể khác b) Phân loại q Theo hình thức phân bố: Ngoại lực chia +Lực phân bố: Tác dụng liên tục bề mặt thể tích, hay h diện tích vật thể (trọng lượng thân, áp lực nước lên thành bể ) Lực phân bố thể tích có thứ nguyên lực/thể tích, G hay [Lực/L3] Lực phân bố diện tích có thứ ngun lực/diện H 1.6 Các loại lực phân bố tích, hay [Lực/L2] Nếu lực phân bố dải hẹp thay lực phân bố diện tích lực phân bố đường với cường độ lực có thứ nguyên lực/chiều dài, hay [Lực/L] (H.1.6) Lực phân bố đường loại lực thường gặp SBVL.Ký hiệu :q(kN/m,N/m…) Lực phân bố số, hay biến thiên miền tác dụng +Lực tập trung: Tác dụng điểm vật thể, thứ ngun [P].Thực tế, diện tích truyền lực bé coi lực truyền qua điểm + Mômen (ngẩu lực) có thứ nguyên lực x chiều dài hay: [P x L] (Lực tập trung, mômen tập trung lực qui ước từ toán thực tế đưa sơ đồ tính) c) Theo tính chất tác dụng: Ngoại lực phân  Tải trọng tĩnh: biến đổi chậm hay không đổi theo thời gian, bỏ qua gia tốc chuyển động (bỏ qua lực quán tính xét cân bằng).Áp lực đất lên tường chắn, trọng lượng cơng trình lực tĩnh… Tải trọng động: lực thay đổi nhanh theo thời gian, gây chuyển động có gia tốc lớn (rung động động gây ra, va chạm búa xuống đầu cọc…).Với lực động cần xét đến tham gia lực quán tính Liên kết phẳng, phản lực liên kết, cách xác định Các loại liên kết phẳng phản lực liên kết: Một muốn trì hình dạng, vị trí ban đầu chịu tác động ngoại lực phải liên kết với vật thể khác với đất a) Gối di động (hay gọi liên kết thanh, liên kết đơn): Chương : Những khái niệm GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015) Bài giảng sức bền vật liệu Ngăn cản chuyển vị thẳng phát sinh phản lực R theo phương liên kết (H.1.7a) b) Gối cố định (Liên kết khớp, khớp, lề): Ngăn cản chuyển vị thẳng theo phương phát sinh phản lực R theo phương đó.Phản lực R thường phân tích hai thành phần V H vng góc mặt phẳng (H.1.7b), tương đương liên kết đơn c) Ngàm: M H H R V a) b) V c) Ngăn cản tất chuyển vị thẳng chuyển vị H 1.7 Liên kết phản lực liên kết xoay Phản lực phát sinh ngàm gồm ba thành phần V, H M (H.1.7c), tương đương liên kết đơn Cách xác định phản lực: Giải phóng liên kết, thay phản lực tương ứng, phản lực xác định từ điều kiện cân tĩnh học tải trọng phản lực Bài tốn phẳng có ba phương trình cân độc lập, thiết lập dạng khác sau:  X  0;  Y  0;  MO  (2 phương X, Y không song song)  M A  0;  MB  0;  MC  ( điểmA, B, C không thẳng hàng)  X  0;  M A  0;  MB  (phương AB khơng vng góc với X) Bài tốn khơng gian có sáu phương trình cân độc lập, thường có dạng:  X  0; Y  0;  Z  0;  M / Ox  0; M / Oy  0; M / Oz 0 Chú ý: Muốn cố định mặt phẳng cần tối thiểu liên kết tương đương liên kết đơn, để chống lại chuyển động tự Nếu đủ liên kết bố trí hợp lý phản lực tìm từ phương trình cân tỉnh học Bài toán gọi tĩnh định Nếu số liên kết tương đương lớn (pt cân độc lập tuyến tính) gọi tốn siêu tỉnh III CÁC DẠNG CHỊU LỰC VÀ BIẾN DẠNG CƠ BẢN - CHUYỂN VỊ Biến dạng vật thể: Trong thực tế, chịu lực phân tích dạng chịu lực bản: -Thanh bị kéo (nén):Trục dãn dài (hay co ngắn) (H.1.8a,b) Lực tác dụng đặt dọc theo chiều trục (có thể song song trùng trục thanh) -Thanh bị uốn: Trục bị cong (H.1.8e) Lực tác dụng vng góc với trục Chương : Những khái niệm GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015) Bài giảng sức bền vật liệu -Thanh bị xoắn: Trục thẳng đường sinh bề mặt trở thành đường xoắn ốc (H1.8.d).Lực tác dụng nằm mặt phẳng vng góc với trục P Khi chịu cắt, hai phần có xu hướng trượt (H1.8.c) P P 2P a) P P c) T1 P T2 T1 b) T2 d) Biến dạng phân tố: Nếu tưởng tượng tách phân tố hình hộp từ chịu lực biến dạng e) trường hợp tổng qt có Hình 1.8 Các dạng chịu lực thể phân tích hai thành phần bản:  Phân tố H.1.9a dx thay đổi chiều dài, không thay đổi góc Biến dạng dài tuyệt đối theo phương x : dx Biến dạng dài tương đối theo phương x :  x  dx a) d x  b) H 1.9 Các biến dạng dx dx  Phân tố H.1.9b có thay đổi góc, khơng thay đổi chiều dài Biến dạng góc hay góc trượt, ký hiệu  : Độ thay đổi góc vng ban đầu 3.Chuyển vị: Khi vật thể bị biến dạng, điểm vật thể nói chung bị thay đổi vị trí Độ chuyển dời từ vị trí cũ điểm A sang vị trí A’ gọi chuyển vị dài Góc hợp vị trí đoạn thẳng AC trước biến dạng A’C’của vật thể gọi P1 P3 chuyển vị góc (H.1.10) VI Các giả thiết A Khi giải toán SBVL, người ta chấp nhận số giả thiết nhằm đơn giản hoá toán cố gắng đảm bảo xác cần thiết phù hợp với yêu cầu thực tế (Đây phương pháp tư kỹ thuật) Chương : Những khái niệm  A’  C  C’ P4 P2 H 1.10 GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015) Bài giảng sức bền vật liệu 1) Giả thiết vật liệu  Vật liệu coi liên tục, đồng nhất, đẳng hướng đàn hồi tuyến tính Ta tưởng tượng lấy phân tố bao quanh điểm vật thể Nếu cho phân tố bé tùy ý mà chứa vật liệu ta nói vật liệu liên tục điểm Giả thiết liên tục vật liệu cho phép sử dụng phép tính tốn giải tích giới hạn, vi phân, tích phân Trong thực tế, với vật liệu coi hoàn hảo kim loại có cấu trúc khơng liên tục  Vật liệu đồng : Tính chất học điểm vật thể Lực  Vật liệu đẳng hướng : Tính chất học điểm theo phương  Tính chất đàn hồi vật thể khả khơi phục lại hình dạng ban đầu ngoại lực thơi tác dụng H 1.11 Đàn hồi tuyến tính Nếu quan hệ ngoại lực biến dạng bậc nhất, vật liệu gọi đàn hồi tuyến tính (H.1.11) Giả thiết vật liệu đàn hồi tuyến tính làm giảm bớt phức tạp toán SBVL 2) Giả thiết sơ đồ tính Khi tính tốn, người ta thay vật thể thực sơ đồ tính (H1.12) q a) b) H 1.12 Sơ đồ tính 3) Giả thiết biến dạng chuyển vị Vật thể có biến dạng chuyển vị bé so với kích thước ban đầu vật  Có thể khảo sát vật thể phận hình dạng ban đầu (tính sơ đồ không biến dạng vật thể) Giả thiết xuất phát điều kiện biến dạng chuyển vị lớn vật thể phải nằm giới hạn tương đối nhỏ Hệ quả: Khi vật thể có chuyển vị bé vật liệu đàn hồi tuyến tính áp dụng nguyên lý cộng tác dụng sau: Một đại lượng nhiều nguyên nhân đồng thời gây tổng đại lượng nguyên nhân gây riêng lẻ (H.1.13) Chương : Những khái niệm GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015) Bài giảng sức bền vật liệu P P P A P B A B A B B(P2) Hình a y yB(P1) yB(P1+P2) Hình b Hình c Chuyển vị y đầu B lực P1 P2 gây phân tích sau: yP1 , P2   y1 P1   yP2  Nguyên lý cộng tác dụng biến toán phức tạp thành toán đơn giản dễ giải Vì vậy, thường sữ dụng SBVL Chương : Những khái niệm GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015)