Chương 1 Các khái niệm cơ bản lý thuyết nội ngoại lực

Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 1 1 BÀI GiẢNG MÔN HỌC SỨC BỀN VẬT LiỆU GV: TRẦN HỮU HUY Tp.HCM, tháng 10 năm 2009 (Lưu hành nội bộ) 2 TÀI LiỆU THAM KHẢO 1. Sức bền vật liệu – PGS.TS Đỗ Kiến Quốc (chủ biên) – NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM 2. Bài tập Sức bền vật liệu – TS Trần Chương – NXB Xây dựng. 3. Sức bền vật liệu – Nguyễn Y Tô – NXB Xây dựng. Và các tài liệu liên quan khác. Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 2 3 CÁC KHÁI NiỆM CƠ BẢN CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN LÝ THUYẾT NGOẠI LỰC LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT NỘI NGOẠI LỰC 4 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN: ¾ Sức bền vật liệu (SBVL) là môn học kỹ thuật cơ sở, nghiên cứu tính chất chịu lực của vật liệu để đề ra các phương pháp tính về: KHÁI NIỆM VÀ NHIỆM VỤ MÔN HỌC: - Độ bền - Độ cứng - Độ ổn định Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 3 5 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN: ¾ Vật thể thỏa mãn điều kiện bền: nghĩa là không bị phá hoại (nứt gãy, sụp đổ…) MỤC ĐÍCH MÔN HỌC: ¾ Vật thể thỏa mãn điều kiện cứng: nghĩa là biến dạng và chuyển vị nằm trong một giới hạn cho phép. ¾ Vật thể thỏa điều kiện ổn định: nghĩa là bảo toàn hình thức biến dạng ban đầu. 6 ĐỐI TƯỢNG MÔN HỌC: ¾ Dạng khối: VẬT LiỆU THỰC HÌNH DẠNG VẬT THỂ Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 4 7 ĐỐI TƯỢNG MÔN HỌC: ¾ Dạng tấm, vỏ: VẬT LiỆU THỰC HÌNH DẠNG VẬT THỂ 8 ĐỐI TƯỢNG MÔN HỌC: ¾ Dạng thanh: VẬT LiỆU THỰC HÌNH DẠNG VẬT THỂ Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 5 9 CÁC GiẢ THIẾT CƠ BẢN: ¾ Về vật liệu: Vật liệu được coi là liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính. ¾ Về biến dạng và chuyển vị: Khi chịu tác động bên ngoài, vật thể có biến dạng và chuyển vị bé. ¾ Sơ đồ tính: dễ tính toán và phản ánh gần đúng nhất tình trạng làm việc của vật thể đang xét. 10 CÁC DẠNG LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH ¾ Dạng kéo, nén. ¾ Dạng uốn ¾ Dạng xoắn ¾ Dạng chịu lực phức tạp Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 6 11 LÝ THUYẾT NGOẠI LỰC ĐỊNH NGHĨA: Ngoại lực là lực tác động từ môi trường bên ngoài hoặc từ vật thể khác lên vật thể đang xét. 12 PHÂN LOẠI NGOẠI LỰC ¾ Theo tính chất chủ động và bị động: Ngoại lực được phân ra tải trọng và phản lực. ¾ Theo hình thức phân bố: Lực tập trung và lực phân bố ¾ Theo tính chất tác dụng: Tải trọng được phân ra thành lực tĩnh và lực động ¾ Theo khả năng nhận biết: Ngoại lực phân ra tải trọng tiền định và ngẫu nhiên. Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 7 13 TẢI TRỌNG Tải trọng tác dụng lên vật thể gồm có hai dạng sau: ¾ Tải trọng bên ngoài tác dụng lên vật thể hay còn gọi là ngoại lực. ¾ Phản lực liên kết tại các vị trí liên kết của vật thể. 14 LIÊN KẾT VÀ PHẢN LỰC LIÊN KẾT Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 8 15 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG TĨNH HỌC Ba hệ phương trình cân bằng tĩnh học (bài toán phẳng): ¾ (x, y không song song) o X0; Y0; M 0== = ∑∑∑ ¾ (A, B, C không thẳng hàng) ABC M0;M0;M0=== ∑∑∑ ¾ (AB không vuông góc với x) AB X0; M 0; M 0=== ∑∑ ∑ 16 LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT ỨNG SUẤT AB Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 9 17 LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT ỨNG SUẤT A B p p oo 18 LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT ỨNG SUẤT n P1 P2 P3 P P5 P4 AB Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 10 19 LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT ỨNG SUẤT P1 P2 P3 A P P5 P4 B n p 1 p 1 p 2 p 2 m 10 p pp Δ =− 20 LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT -Nếu giả thiết ban đầu p 0 =0 1 p pp Δ == Vậy p1 hay p chính là sự thay đổi lực liên kết giữa các phần tử trong vật thể tại một điểm nào đó. Đây được gọi là ứng suất. [...]... Hữu Huy LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT NỘI LỰC y P1 P2 P3 R A z x Cộng tất cả các lực tại các điểm, ta được lực R 21 LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT NỘI LỰC P1 P2 P3 y R A x M z Dời lực R về gốc tọa độ, ta được lực R và một mômen M 22 ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 11 Bài giảng Sức bền vật liệu GV Trần Hữu Huy LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT NỘI LỰC P1 P2 P3 y My Qy A Nz Mz Qx x z Mx Chiếu R và M lên các trục... Dùng các hệ phương trình cân bằng tĩnh học để xét phần vật thể giữ lại Từ đó giải hệ phương trình đó, ta có được các nội lực cần tìm ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 26 13 Bài giảng Sức bền vật liệu GV Trần Hữu Huy LÝ THUYẾT NỘI LỰC Ví dụ 1: Cho một thanh chịu lực như hình vẽ Xác định nội lực tại mặt cắt 1- 1 q P=2qa Mo=2qa 2 1 Ha 1 1,5a Va a Vb a 27 Xác định phản lực liên kết q P=2qa 1, 5a A =0 a Va a 1 2... 12 Bài giảng Sức bền vật liệu GV Trần Hữu Huy LÝ THUYẾT NỘI LỰC Bài toán phẳng: Y Qy NZ Z Mx 25 LÝ THUYẾT NỘI LỰC Để xác định nội lực tại một mặt cắt nào đó, ta sử dụng phương pháp mặt cắt: - Xác định các phản lực liên kết - Dùng một mặt cắt cắt ngang tiết diện cần tìm nội lực - Mặt cắt đó sẽ chia vật thể thành 02 phần, giữ lại một trong hai phần vật thể đó - Đặt vào mặt cắt đó các thành phần nội lực. .. của các nội lực theo vị trí mặt cắt gọi là biểu đồ nội lực - Nhờ vào biểu đồ này ta có thể xác định vị trí mặt cắt có trị số nội lực lớn nhất và giá trị đó bằng bao nhiêu 31 BiỂU ĐỒ NỘI LỰC Có nhiều phương pháp để vẽ biểu đồ nội lực Trong chương trình này, sẽ giới thiệu 02 cách vẽ biểu đồ nội lực, đó là: - Phương pháp lời giải giải tích - Phương pháp vẽ điểm đặc biệt 32 ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 16 ... 2qa 2 + qa.a − V 2 A qa 4 =0⇒ M = 17 qa 2 8 29 Xác định nội lực tại mặt cắt 1- 1: Cách 2: xét phần bên phải N M Mo=2qa 2 Q 0,5a ∑Fz = 0 → N = 0 ∑ Fy = 0→ V B + Q = 0 ⇒ Q = − VB = − ∑ M 1 − 1 = 0 → M − 2qa Vb b) 2 qa 4 a 17 qa 2 − VB = 0 ⇒ M = 2 8 30 ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 15 Bài giảng Sức bền vật liệu GV Trần Hữu Huy BiỂU ĐỒ NỘI LỰC - Thông thường nội lực trên các mặt cắt ngang của cùng một thanh... 1 2 Vb a qa 4 3a 11 qa 2 ∑ M B = 0 → −qa 2 − 2qa.a − 2qa + VA 2a = 0 ⇒ VA = 4 ∑ M A = 0 → qa 2 + 2qa.a − 2qa ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 2 1 Ha ∑Fz = 0 → H Mo=2qa − VB 2a = 0 ⇒ VB = 28 14 Bài giảng Sức bền vật liệu GV Trần Hữu Huy Xác định nội lực tại mặt cắt 1- 1: Cách 1: xét phần bên trái q P=2qa 1, 5a ∑Fz = 0 → N = 0 ∑ Fy = 0→ V A Va M N Q a) − qa − 2qa − Q = 0 ⇒ Q = − a 3a ∑ M 1 − 1 = 0 → M + 2qa... Qx, Qy, 23 Mx, My và Mz LÝ THUYẾT NỘI LỰC Các thành phần nội lực và quy ước dấu: - Nz: lực dọc Là (+) khi là lực kéo và ngược lại - Qx, Qy : lực cắt theo phương x và y: là (+) khi làm cho phần vật thể giữ lại quay cùng chiều kim đồng hồ - Mx, My: mômen uốn quanh x và y Là (+) khi làm căng thớ dưới và ngược lại - Mz: mômen xoắn Là (+) khi nhìn vào mặt cắt, thấy mômen xoắn nội lực quay cùng chiều kim... Huy BiỂU ĐỒ NỘI LỰC Ví dụ: Vẽ biểu đồ nội lực của dầm chịu lực như hình vẽ P N M L P + PL P Q z Q M 33 BiỂU ĐỒ NỘI LỰC Dùng phương pháp mặt cắt cắt lấy phần bên phải như hình vẽ ta có: Phương trình giải tích lực cắt: ∑ Fy = 0→Q−P = 0⇒ Q = P Phương trình giải tích mômen: ∑ M 1 − 1 = 0 → M + P.z = 0 ⇒ M = −P.z z = 0 ⇒ M = − P.z = 0 z = L ⇒ M = − P.z = − P.L 34 ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 17 Bài giảng... ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 17 Bài giảng Sức bền vật liệu GV Trần Hữu Huy LIÊN HỆ VI PHÂN GiỮA CÁC THÀNH PHẦN NỘI LỰC VÀ TẢI TRỌNG + Đối với tải phân bố: 1 q(z) M0 z q(z) 2 Mx +dM x Mx Q y dz Q y +dQ y dz 1 2 35 Đối với tải phân bố: d 2 M x dQ y = = q (z) dz 2 dz - Phương trình cân bằng hình chiếu các lực trên phương thẳng đứng: Q y + q ( z ) dz − ( Q y + dQ y ) = 0 ⇒ q ( z ) = dQ y dz - Viết phương... THÀNH PHẦN NỘI LỰC VÀ TẢI TRỌNG M0 + Đối với tải tập trung: q(z) P0 M0 z Q ph = Q tr + P0 M ph = M tr + M 0 ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT tr P0 ph M ph Mtr Q tr tr ph Q ph P0: là (+) khi hướng lên M0: là (+) khi quay cùng chiều 38 kim đồng hồ 19 Bài giảng Sức bền vật liệu GV Trần Hữu Huy Một số nhận xét từ liên hệ vi phân giữa các thành phần nội lực và tải trọng - Nếu q(z)=0, Qy=const, Mx là bậc 1 - Nếu . SUẤT n P1 P2 P3 P P5 P4 AB Bài giảng Sức bền vật liệuGV Trần Hữu Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 10 19 LÝ THUYẾT NỘI LỰC - ỨNG SUẤT ỨNG SUẤT P1 P2 P3 A P P5 P4 B n p 1 p 1 p 2 p 2 m 10 p pp Δ =− 20 LÝ. Huy ĐH Tôn Đức Thắng - Khoa KTCT 14 27 LÝ THUYẾT NỘI LỰC Ví dụ 1: Cho một thanh chịu lực như hình vẽ. Xác định nội lực tại mặt cắt 1- 1 P=2qa 1, 5a q Mo=2qa 2 a a 1 1 Va Vb Ha 28 Xác định phản lực. nội lực tại mặt cắt 1- 1: Cách 1: xét phần bên trái. A 2 A F 0N0 z qa F 0Vqa2qaQ0Q y 4 a3a17qa M 0M2qa. qa.aV. 0M 11 22 8 =→ = =→ − − − =⇒ =− =→ + + − =⇒ = − ∑ ∑ ∑ Q Va q 1, 5a P=2qa M N a) 30 Xác