♦ SBVL khaûo saùt noäi löïc ( löïc beân trong vaät theå ) vaø bieán daïng cuûa vaät theå ( Cô Lyù Thuyeát khaûo saùt caân baèng vaø chuyeån ñoäng cuûa vaät theå). ♦ SBVL cuõng söõ duï[r]
(1)
Giáo trình
Sức bền
vật liệu
(2)http://www.ebook.edu.vn
Chương 1: Khái niệm
Chương
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1 KHÁI NIỆM VỀ MƠN HỌC SỨC BỀN VẬT LIỆU ( SBVL )-
ĐỐI TƯỢNG, NHIỆM VỤï, ĐẶC ĐIỂM CỦA MÔN SBVL
1.1.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA SBVL- HÌNH DẠNG VẬT THỂ
SBVL nghiên cứu vật thể thực ( cơng trình, chi tiết máy …)
Vật thể thực có biến dạng tác dụng nguyên nhân ( tải trọng, nhiệt độ, lắp ráp chi tiết chế tạo khơng xác…)
Vật thể thực sử dụng kỹ thuật chia ba loại bản:
Khối: có kích thước theo ba phương tương đương: Đê đập, móng máy
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
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 diển trục thanh
mặt cắt ngang F vng góc với trục
(H.1.3)
Trục quỹ tích trọng tâm mặt cắt ngang
Các loại (H.1.4):
+Thanh thaúng, cong: trục thẳng, cong,
+Hệ : gãy khúc (phẳng hay không gian)
H 1.2 Vật thể dạng vỏ
H 1.1 Vật thể dạïng khối
H 1.3 Trục mặt cắt ngang
H 1.4 Các dạng trục a)
(3)http://www.ebook.edu.vn
Chương 1: Khái niệm
1.1.2 Nhiệm vụ: SBVL mơn học kỹ thuật sở, nghiên cứu tính chất
chịu lực vật liệu để đề phương pháp tính vật thể chịu tác dụng nguyên nhân ngoài, nhằm thoả mãn yêu cầu an tồn
tiết kiệm vật liệu
♦ Vật thể làm việc an toàn khi:
- Thỏa điều kiện bền : không bị phá hoại (nứt gãy, sụp đổ…)
- Thỏa điều kiện cứng: biến dạng chuyển vị nằm giới hạn cho phép
- Thỏa 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 bảûn SBVL:
+ Kiểm tra điều kiện bền, cứng, ổn định.(Thẩm kế)
+ 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 ( Sửa chữa)
1.1.3 Đặc điểm:
♦ SBVL môn khoa học thực nghiệm: Để đảm bảo tin cậy phương pháp tính, mơn 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 Vì vậy, lý thuyết SBVL mang tính gần
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 cơng trình trước sử dụng
♦ SBVL khảo sát nội lực ( lực bên vật thể ) biến dạng vật thể ( Cơ Lý Thuyết khảo sát cân chuyển động vật thể)
(4)http://www.ebook.edu.vn
Chương 1: Khái niệm
1.2 NGOẠI LỰC- CÁC LOẠI LIÊN KẾT- PHẢN LỰC LIÊN KẾT 1.2.1 Ngoại lực
a) Định nghĩa: Ngoại lực lực
tác động từ mơi trường vật thể bên ngồi lên vật thể xét
b) Phân loại :
♦ Tải trọng : Đã biết trước (vị trí,
phương độ lớn), thường quy định quy phạm thiết kế tính tốn theo trạng thái chịu lực vật thể Tải trọng gồm:
+Lực phân bố: tác dụng thể
tích, diện tích vật thể ( trọng lượng thân, áp lực nước lên thành bể )
Lực phân bố thể tích có thứ ngun lực/thể tích,hay [F/L3]
Lực phân bố diện tích có thứ nguyên lực/diện tích, hay [F/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 [F/L] (H.1.6) Lực phân bố
đường loại lực thường gặp SBVL +Lực tập trung: tác dụng điểm
của vật thể, thứ nguyên [F] Thực tế, diện tích truyền lực bé coi lực truyền qua điểm
+ Mơmen (ngẩu lực) có thứ ngun lực x chiều dài hay [FxL]
♦ Phản lực : lực thụ động (phụ thuộc vào tải trọng), phát sinh vị trí liên kết vật thể xét với vật thể khác
c) Tính chất tải trọng
♦ 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
Phản lực
Tải trọng
H 1.5 Tải trọng phản lực
q
H 1.6 Các loại lực phân bố
(5)http://www.ebook.edu.vn
Chương 1: Khái niệm
1.2.2 Liên kết phẳng, phản lực liên kết, cách xác định
1.2.2.1 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
♦ Gối di động (liên kết
thanh): ngăn cản chuyển vị
thẳng phát sinh phản lực
R theo phương liên kết (H.1.7a)
♦ Gối cố định ( Liên kết
khớp, khớp, lề) : ngăn cản chuyển vị thẳng theo phương
bất kỳ phát sinh phản lực R theo phương Phản lực R thường phân tích hai thành phần V H (H.1.7b)
♦ Ngàm: ngăn cản tất chuyển vị thẳng chuyển vị xoay Phản lực
phát sinh ngàm gồm ba thành phần V, H vaø M (H.1.7c)
1.2.2.2 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 phản lực Bài toán phẳng có ba phương trình cân độc lập, thiết lập dạng khác sau:
1 ∑X =0; ∑Y =0; ∑MO =0 (2 phương X, Y khoâng song song)
2 ∑MA =0 ; ∑MB =0 ; ∑MC =0 ( điểmA, B, C không thẳng haøng)
3 ∑X =0 ; ∑MA =0 ; ∑MB =0 (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:Để cố định mp cần tối thiểu liên kết đơn để chống lại chuyển động tự Nếu đủ liên kết bố trí hợp lý phản lực tìm từ ptcb tỉnh học.Thanh gọi tỉnh định Nếu số liên kết tương đương lớn gọi toán siêu tỉnh
R
a)
V H
b)
V H
M
(6)http://www.ebook.edu.vn Chương 13: Tải trọng động
H.13.31 thay gối tựa cứng đặt hai lò xo đế mơtơ H.13.32 Tính lại ứng suất độ võng lớn dầm theo hai trường hợp
như Cho: E = 2.104 kN/cm2
n = 200 vg/ph Q = kN
Qo = 0,2 kN
m
Hình 13.32
m c = 1,5 kN/cm
13.10 Một dầm gỗ tiết diện chữ nhật b.h, có đầu mút thừa gắn ròng rọc để đưa thùng trọng lượng Q chứa vật nặng P lên cao (H.13.33) Hãy xét hai trường hợp:
a) Vật nặng P treo thùng thùng
kéo lên với gia tốc a = m/s2 Bỏ qua trọng lượng
dầm, dây rịng rọc, tính ứng suất lớn dầm Cho: P = 0,5 kN; Q = kN; L = m
b) Trong trình dịch chuyển với gia tốc a = m/s2
(7)http://www.ebook.edu.vn Chương 13: Tải trọng động
13.11 Một trọng lượng P = 0,5 kN rơi từ độ cao H = 10 cm xuống đầu C dầm tiết diện chữ nhật
b × h = 20 × 40 cm2, dài L = m (H.13.34.a) Tính
ứng suất độ võng lớn dầm
Nếu thay gối tựa B lị xo có đường kính D = 100 mm, đường kính sợi thép d = 10 mm, số vịng làm việc n = 10 (H.13.34.b) Tính ứng suất độ võng lớn dầm
Cho: Edaàm = 2.104 kN/cm2, Gloxo = 8.103 kN/cm2
Hình 13.34
L/2 b)
b.h
A B C H
P
L L/2
a) b.h
A B C H
P
L
13.12 Xác định ứng suất dầm vật bị va chạm
ngang (H.13.35) Cho: a = m; b.h = 20 × 40 cm2
Thanh DB tuyệt đối cứng
H = 0,4 m 300
L L/2
P
Q
Hình 13.33
(8)http://www.ebook.edu.vn Chương 13: Tải trọng động
Hình 13.35
b.h
A B C
Q = 0,1 kN V = m/s
a
a 2a