Slide sức bền vật liệu nhiều tác giả, 459 trang

SỨC BỀN VẬT LIỆU   NAM ĐỊNH - 2009 Chƣơng I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Nhiệm vụ mơn học Sức bền vật liệu (SBVL) • Tải trọng: - hỗn hợp khí lên đáy pítơng , -trọng lƣợng hàng hoá vận chuyển lên satxi xe tải, -lực cản cắt, -trọng lƣợng đoàn xe di chuyển cầu, -tác dụng dòng nƣớc chảy, gió bão lên cầu v v Tải trọng là ngoại lực Các phận máy móc, cơng trình cần: - đảm bảo đủ độ bền - đảm bảo đủ độ cứng - đảm bảo độ ổn định chịu tác dụng tải trọng Các môn khoa học nghiên cứu độ bền: lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo, từ biến, học phá huỷ vật liệu, sức bền vật liệu (SBVL)… SBVL nghiên cứu nguyên tắc chung, làm sở cho việc tính tốn chi tiết, phận máy móc cơng trình theo độ bền, độ cứng độ ổn định -Đủ độ bền: kết cấu có khả tiếp nhận tải trọng quy định mà không bị phá huỷ thời gian quy định tuổi thọ - Đủ độ cứng: nhận truyền tải trọng thay đổi kích thƣớc hình học khơng vƣợt q giá trị cho phép nhằm đảm bảo cho việc sử dụng cơng trình cách bình thƣờng, đáp ứng đƣợc u cầu cơng nghệ - Ổn định khả bảo toàn đƣợc trạng thái cân ban đầu kết cấu q trình chịu tải SBVL mơn khoa học xây dựng sở số giả thuyết xuất phát từ thực nghiệm cho phép đơn giản hoá nhiều vấn đề phức tạp, nhƣng giữ đƣợc tính chất tƣợng đƣợc nghiên cứu Mục đích động lực phát triển SBVL giải mâu thuẫn thoả mãn yêu cầu độ bền, độ cứng độ ổn định với yêu cầu tiết kiệm nguyên vật liệu, giảm giá thành SBVL nghiên cứu độ bền, độ cứng độ ổn định chi tiết máy dạng Sử dụng kết nghiên cứu SBVL để tính tốn máy móc, cơng trình cụ thể làm vật liệu khác nhiệm vụ môn học kỹ thuật cụ thể nhƣ Kết cấu kim loại, Kết cấu bêtông cốt thép, Máy nâng hạ vận chuyển, Chi tiết máy… SBVL môn học sở kỹ thuật, cầu nối môn học nhƣ Toán, Vật lý với môn kỹ thuật cụ thể Hiểu biết SBVL phần kiến thức quan trọng, thiếu đƣợc kỹ sƣ xây dựng, khí • 1.2 Lực biến dạng Nội lực: lực liên kết phần tử vật thể giữ cho vật thể tồn dƣới hình dạng ta thấy Ngoại lực: tác động học vật thể kế cận, mơi trƣờng bên ngồi lên vật thể đƣợc xét làm thay đổi hình dáng, kích thƣớc vật thể, làm thay đổi nội lực nghĩa gây nội lực phụ Tính chất vật thể khơi phục lại hình dáng kích thƣớc ban đầu ngoại lực thơi tác dụng đƣợc gọi tính chất đàn hồi Vật thể hoàn toàn đàn hồi sau bỏ tải vật thể hoàn toàn trở lại hình dáng kích thƣớc ban đầu Biến dạng biến sau bỏ tải gọi biến dạng đàn hồi Vật thể khơng hồn tồn đàn hồi: Nếu ngoại lực tác dụng lên vật thể cho vƣợt giới hạn đó, sau bỏ tải vật thể khơng hồn tồn trở lại hình dáng kích thƣớc ban đầu mà tồn lƣợng biến dạng (lớn hay nhỏ) Phần biến dạng không biến sau bỏ tải gọi biến dạng dƣ hay biến dạng dẻo • 1.3 Các giả thuyết SBVL • Trong giới hạn đƣợc xét vật liệu đƣợc coi hoàn toàn đàn hồi, Trong giới hạn đƣợc xét hệ thức lực biến dạng vật thể bậc (định luật Húc) Vật liệu cấu thành vật thể có tính chất liên tục , đồng đẳng hƣớng Biến dạng ngoại lực gây nhỏ so với kích thƣớc vật thể nên bỏ qua xác định tải trọng phản lực liên kết Lý thuyết SBVL - lý thuyết tuyến tính gần Biểu đồ ứng suất quy ƣớc σ σ σc σc O vật liệu dẻo ε O ε vật liệu đàn dẻo lý tƣởng (tính tốn) (thực nghiệm) Cách tính tận dụng đƣợc khả làm việc vật liệu, tiết kiệm vật liệu song phù hợp với phận máy móc cơng trình cho phép làm việc với biến dạng lớn bị hạn chế tải trọng động 15.2.Hệ chịu kéo nén Hệ tĩnh định Kéo, nén tâm :ứng suất phân bố mặt cắt ngang Tính theo ứng suất cho phép tính theo trạng thái giới hạn cho kết 2.Hệ siêu tĩnh B C D Thí dụ 15 Xác định tải trọng giới hạn theo phƣơng pháp ứng suất cho phép phƣơng pháp trạng thái giới 30o 30o N N2 N hạn AB, AC AD có mặt cắt ngang diện tích F, làm A A loại vật liệu có giới hạn chảy ζc P P Hệ đƣợc xét đối xứng trục AC: B C D 0 - N1cos30 + N2cos30 = , N1=N3 Xét cân nút A 30o 30o cos30o ∆l2 2N1 + N2 - P = ; Δ l = Δ l cos 30 o ; N1l1 N 2l2 o l2 = l1 cos30 = l1  EF EF 2 A A1 P Hệ đƣợc xét đối xứng trục AC: N1=N3 Điều kiện cân nút A: N1 2N1cos30o + N2 - P = ; Δ l = Δ l cos 30 ; o l2 = l1 cos30o = l1 N1  N2 N1l1 N 2l2  EF EF A P N1  P ; N2  P 43 43 Theo phƣơng pháp ứng suất cho phép Pgh1 N2  F c 43 43 Pgh1  F c Theo phƣơng pháp trạng thái giới hạn: F c  F c  Pgh2  F c (1  3) ; Pgh F σ c ( + )4 = = 1,19 Pgh ( + 3 )F σ c N3 15.3 Thanh chịu xoắn Theo phƣơng pháp ứng suất cho phép τ max M xgh Mx = Wp Mx ηc ηc   , d ; τ = cWp c Theo phƣơng pháp trạng thái giới hạn M xgh    c dF   c F D   (  d )   c D η 12 c Momen chống xoắn dẻo : W pd D3 12  0,267D3 M xgh2  Wpd c M xgh M xgh 0, 267 D   1,333 0, D Mx 15 Thanh chịu uốn tuý y σc x z Đàn hồi Mzgh1 Mz