bài giảng sức bền vật liệu

SỨC BỀN VẬT LIỆU MECHANICS OF MATERIALS STRENGTH OF MATERIALS GIỚI THIỆU MÔN HỌC • • • • KHOA GD KHOA CƠ KHÍ Số tiết 45t (3 tín chỉ) Kiểm tra Giữa kỳ + BT nhóm Hình thức thi Tự luận SỨC BỀN VẬT LIỆU LÀ GÌ? • • Là môn học kỹ thuật sở, cung cấp kiến thức cho nhiều ngành: xây dựng, khí, thủy lợi, giao thông, vận tải, hàng hải, hàng không, … Nghiên cứu tính chất chịu lực vật liệu để đề phương pháp tính độ bền, độ cứng độ ổn định vật thể TÀI LIỆU THAM KHẢO SBVL – Đỗ Kiến Quốc (chủ biên) SBVL – Lê Hoàng Tuấn Bài tập SBVL SBVL – Lê Quang Minh, Nguyễn Văn Vượng NỘI DUNG MÔN HỌC • • • • • • • Chương Khái niệm Chương Kéo-nén tâm Chương Đặc tính hình học mặt cắt ngang Chương Uốn phẳng thẳng Chương Chuyển vị dầm chịu uốn Chương Xoắn túy Chương Thanh chịu lực phức tạp Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Đối tượng nghiên cứu-Nhiệm vụ môn học 1.2 Giả thuyết vật liệu 1.3 Các loại biến dạng 1.4 Đặc điểm môn học 1.5 Ngoại lực 1.6 Nội lực 1.7 Biểu đồ nội lực 1.8 Ứng suất – Trạng thái ứng suất- Mối quan hệ 1.9 Mối quan hệ M, Q, q ứng suất nội lực MỤC TIÊU Nhận dạng dạng toán vật rắn biến dạng Nhận biết ngoại lực, dạng nội lực Phân biệt thành phần ứng suất Mối quan hệ đại lượng q, Q, M để vẽ biểu đồ nội lực 1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu vật rắn thực hay vật rắn có biến dạng Chủ yếu hệ  Thanh chịu nén dọc trục  Trục chịu xoắn  Dầm chịu uốn 1.1 NHIỆM VỤ MÔN HỌC Nghiên cứu phương pháp tính toán đối tượng thỏa mãn yêu cầu • • • Độ bền không bị phá hoại (vỡ, nứt, …) Độ cứng biến dạng chuyển vị nằm phạm vi cho phép Độ ổn định bảo toàn hình thức biến dạng ban đầu σz = ± Nz F ± Mx Jx y± My Jy x A Mx x 60 240 150 σA = + 10 − = 0,238 N / cm 12 x 20 8000 2880 60 240 150 σB = + 10 + = 0,862 N / cm 12 x 20 8000 2880 60 240 150 σC = − 10 + = 0,262 N / cm 12 x 20 8000 2880 60 240 150 σD = − 10 − = 0,362 N / cm 12 x 20 8000 2880 B Nz My D z y Mx My Nz C x y Kéo nén lệch tâm • Thanh chịu kéo nén lệch tâm hợp lực ngoại lực thu lực N không trùng với trục thanh, có phương song song với trục • e độ lệch tâm z Kéo nén lệch tâm • Dời lực N trọng tâm mặt cắt, ta có: Mx=N.yK, Nz My N Mx My=N.xK yk N N.y K N.x K σz = + y+ x F Jx Jy N  yK xK  σ z = 1 + y + x  F  ix i y  e xk y Jy Jx i = , iy = F F x x Đường trung hòa biểu đồ ứng suất N σz = F •  yK xK  1 + y + x  i y   ix Đường trung hòa quỹ tích tất điểm mặt cắt có ứng suất không, σz = • Biểu đồ ứng suất Đường trung hòa kéo nén lệch tâm Phương trình đường trung hòa toán kéo nén lệch tâm viết dạng: yK xK 1+ y + x = ix iy x y hay + = a b a=− i y xK x i b = − yK Nhận xét • • • Đường trung hòa đường thẳng không qua góc phần tư chứa điểm đặt lực lệch tâm, a & b ngược dấu với xK yK Nếu điểm đặt lực lệch tâm nằm trục đường trung hòa song song với trục VD: điểm đặt lực nằm trục x, lúc ta có yK =0, nghĩa đường trung hòa phải song song với trục y Vị trí đường trung hòa phụ thuộc vào tọa độ điểm đặt lực hình dáng kích thước mặt cắt ngang mà không phụ thuộc vào giá trị lực lệch tâm lớn hay nhỏ Nhận xét • • Khi điểm đặt lực lệch tâm di chuyển đường thẳng không qua gốc tọa độ đường trung hòa tương ứng quay quanh điểm cố định Nếu điểm đặt lực lệch tâm dịch gần vào trọng tâm đường trung hòa lùi xa trọng tâm ngược lại Điều kiện bền • • σmax≤[σ]K σmin≤[σ]n Thanh có mặt cắt ngang có hai trục x y trục đối xứng σmax My N Mx =± + + ≤ [ σ] k F Wx Wy σmin My N Mx =± − − ≤ [ σ] n F Wx Wy Ví dụ 8.5 Xác định σmax, σmin vị trí đường trung hòa mc nguy hiểm               σ max My Mx N = σB = − + yB + xB F Jx Jy 120 576 1080 kN =− + 15,2 + = 1,92 76 3638 985,3 cm σ My Mx N =σA = − − yA − xA F Jx Jy =− 120 576 1080 kN − 6,8 − = 12,52 76 3638 985,3 cm My Nz Mx σz = + y+ x=0 F Jx Jy M y Jx N Jx 1080 3638 120 3638 ⇒ y=− x − =− x− = −6,9 x + 9,9 Mx Jy Mx F 576 985,3 576 76 8.4 UỐN & XOẮN ĐỒNG THỜI • • Là mà mặt cắt ngang Mx, My, Mz Thường gặp nhiều chi tiết máy hay không gian VD: trục truyền lực chịu xoắn mômen xoắn puli chịu uốn trọng lượng thân trục, trọng lượng puli lực căng dây gây nên • Chỉ xem xét chịu uốn xoắn đồng thời có tiết diện mặt cắt ngang hình tròn Uốn xoắn tròn • Ứng suất mặt cắt ngang σ z max = σ z = M 2x + M 2y Wx τmax Mz = Wp σt3 = Wx M 2x + M 2y + M 2z ≤ [ σ] σt = Wx M + M + M z ≤ [ σ] x y Ví dụ 8.6 P2 x 20cm 40cm d 30 45 20 P1 y Tính đường kính trục truyền Cho công suất động 60kW,n=350vòng/phút, [σ ]=7kN/cm Ví dụ 8.6 P1 Mc nguy hiểm: A, C, E M M E A 30 M uA = M x2 + M y2 = 231kNcm M uC = M x2 + M y2 = 227 kNcm M uE = M x2 + M y2 = 190kNcm Mc nguy hiểm: A σ t3 = Wx C 30 45cm P2 20 2310 1244 Mx 770 Nm 1430 2140 My Nm 1540 Mz Nm M x2 + M y2 + M z2 ≤ [σ ] ⇒ d ≥ 32 M x2 + M y2 + M z2 π [σ ] = 7,32cm B Ví dụ 8.7                                        Xác định tải trọng P theo lý thuyết bền Cho d=6cm; a=0,5m; [σ ]=16kN/cm ... THUYẾT VẬT LIỆU Giả thuyết Vật liệu có tính liên tục, đồng chất đẳng hướng  Liên tục  khơng có lổ hổng  Đồng chất  tính chẩt học vật lý điểm vật liệu giống  Đẳng hướng  tính chất học vật lý... vật lý xung quanh điểm theo hướng 1.2 GIẢ THUYẾT VẬT LIỆU Giả thuyết 2  Vật liệu đàn hồi tuyệt đối tn theo định luật Húc Giả thuyết 3  Biến dạng vật thể bé 1.3 • CÁC LOẠI BIẾN DẠNG Biến dạng dài... luận SỨC BỀN VẬT LIỆU LÀ GÌ? • • Là mơn học kỹ thuật sở, cung cấp kiến thức cho nhiều ngành: xây dựng, khí, thủy lợi, giao thơng, vận tải, hàng hải, hàng khơng, … Nghiên cứu tính chất chịu lực vật