Bài giảng Cơ học vật liệu

BÀI GIẢNG CƠ HỌC VẬT LIỆU Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.1 KHÁI NIỆM CƠ HỌC VẬT LiỆU 0.2 HÌNH DẠNG VẬT THỂ 0.3 NGOẠI LỰC 0.4 LIÊN KẾT & PHẢN LỰC LIÊN KẾT 0.5 CÁC GIẢ THIẾT CHO BÀI TOÁN CƠ HỌC VẬT LIỆU LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.1 KHÁI NIỆM CƠ HỌC VẬT LiỆU - Nghiên cứu tải trọng bên (external forces) tác động lên vật thể có khả biến dạng (deformable body) cường độ nội lực (internal forces) bên vật - Tính tốn biến dạng (deformations), tính ổn định (stability) chịu tác dụng lực bên ngồi - Dự báo trước tình trạng chịu lực vật thể cần thiết kế Một ộ số ố bà toán học h vật ậ liệu: lệ Vật thể thỏa điều kiện bền: không bị phá hủy (nứt gãy, sụp đổ ) Vật thể thỏa thỏ điều điề kiện kiệ cứng: ứ biế dạng biến d vàà chuyển h ể vịị nằm ằ t giới iới hạn h cho h phép Vật thể thỏa điều kiện ổn định: bảo tồn hình thức biến dạng ban đầu LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.2 HÌNH DẠNG VẬT THỂ Khối: đê đập, móng máy… Tấm, vỏ: sàn nhà, mái, vỏ nồi hơi, vỏ máy bay Thanh: vật thể hình dạng dài có kích thước theo phương lớn so với hai phương lại, loại vật thể dùng rộng rãi thực tế giàn cầu, cột điện, trục máy… LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.3 NGOẠI LỰC Là lực tác động từ môi trường t ường vật ật thể bên lên vật ật thể xét ét Ngoại lực phân loại theo nhiều cách khác nhau: - Theo tính chất chủ động bị động: tải trọng & phản lực: Tải ả trọng làà lực chủ ủ động, ộ nghĩa làà có ó thểể biết ế trước vềề vị trí, í phương vàà độ ộ lớn; đầu vào toán & quy định quy phạm thiết kế tính tốn theo kích thước vật thể Phản Phả lực lự hữ lực lự thụ th động, độ phát hát sinh i h t i vịị trí t í liên liê kết vật ật thể đ xét ét với ới vật thể xung quanh - Theo hình thức phân bố: lực tập trung & lực phân bố Lực L tập tậ trung t lực l tác tá dụng d t i ột điểm điể ủ vật ật thể; thể diện diệ tích tí h truyền t ề lực l coii lực truyền qua điểm để đơn giản hóa phân tích Lực phân bố lực tác dụng lên diện tích, thể tích đường vật thể thể - Theo tính chất tác dụng: lực tĩnh & lực động Lực tĩnh lực biến đổi chậm không thay đổi theo thời gian Lực động lực thay đổi nhanh theo thời gian - Theo khả nhận biết: tải trọng tiền định & ngẫu nhiên  Tải trọng ọ g tiền định ị tải trọng ọ g biết trước g giá trịị ặ q quyy luật ậ thayy đổi theo thời g gian  Tải trọng ngẫu nhiên tải trọng biết đặc trưng xác suất thống kê giá trị trung bình, độ lệch chuẩn LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.4 LIÊN KẾT & PHẢN LỰC LIÊN KẾT - Vật thể ể muốn trì hình dạng & vị trí ban đầu chịu tác động ngoại lực phải liên kết với vật thể khác với đất (giá) - Tùy theo tính chất ngăn cản chuyển động mà người ta đưa sơ đồ liên kết, thường gặp gối tựa di động, gối tựa cố định, ngàm LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.4 LIÊN KẾT & PHẢN LỰC LIÊN KẾT LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.4 LIÊN KẾT & PHẢN LỰC LIÊN KẾT LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.5 CÁC GIẢ THIẾT a) Giả thiết sơ đồ tính: tính tốn tốn học vật liệu cho hệ, hệ vật thể thực thay sơ đồ tính b) Giả thiết vật liệu: vật liệu coi liên tục, tục đồng nhất, đẳng hướng đàn hồi tuyến tính c) Giả thiết biến dạng chuyển vị: - Khi chịu hị tác tá động độ bên bê ngoài, ài vật ật thể có ó biến biế dạng d chuyển h ể vịị bé bé Vì vậy, ậ có ó thể khảo sát cân vật thể phận theo hình dạng ban đầu - Khi vật ật thể có ó chuyển h ể vịị bé vật ật liệu liệ đàn đà hồi tuyến t ế tính tí h có ó thể áp dụng d nguyên lý cộng tác dụng: đại lượng nhiều nguyên nhân đồng thời gây tổng đại lượng tác động nguyên nhân riêng lẻ LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 1: ỨNG SUẤT 1.1 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG 1.2 NỘI LỰC 1.3 ỨNG SUẤT 1.4 CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT TRONG HỆ TỌA ĐỘ ĐỀ-CÁC 1.5 ỨNG SUẤT PHÁP TRUNG BÌNH CỦA THANH CHỊU TẢI DỌC TRỤC 1.6 ỨNG SUẤT TIẾP TRUNG BÌNH 1.7 ỨNG Ứ SUẤT Ấ CHO PHÉP É LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 1: ỨNG SUẤT 1.1 TRẠNG THÁI CÂN BẰNG Vật thể trạng t ạng thái cân vector ecto tổng moment điểm vector tổng tất lực tác động lên vật thể không Chiếu lên trục tọa độ: Trong toán phẳng LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2 NỘI LỰC  Xét vật ật thể chịu chị tác dụng d ng hệ lực trạng t ạng thái cân bằng Trước tác dụng lực, phân tử vật thể tồn lực tương tác giữ cho vật thể có hình dáng định  Dưới tác dụng ngoại lực, phần tử vật thể ể có khuynh hướng xích lại gần tách xa Khi đó, lực tương tác phân tử vật thể phải thay đổi để chống lại với khuynh hướng dịch chuyển  Sự thay đổi ổ lực tương tác phân tử vật thể ể gọi nội lực  Một vật thể không chịu tác động từ bên ngoại lực, thay đổi nhiệt độ gọi vật thể trạng thái tự nhiên nội lực coi không - Các thành phần nội lực tổng hợp thành lực FR moment MOR điểm O Thông thường điểm O chọn trọng tâm mặt cắt LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2 NỘI LỰC - Chiếu Chiế lực FR & moment MOR lên hệ trục t c tọa độ, độ ta có: có Nz: lực pháp tuyến, có chiều tác dụng vng góc với mặt cắt, sinh ngoại lực tác dụng lên vật có khuynh hướng làm cho vật chịu kéo hay chịu nén nén Vx & Vy : lực cắt, nằm mặt cắt ngang sinh ngoại lực tác dụng lên vật có khuynh hướng làm cho 02 phần vật trượt lên  Tz = Mz: moment xoắn, sinh ngoại lực tác dụng lên vật có khuynh hướng làm cho hai thành phần vật xoắn tương  Mx = My: moment uốn, ố sinh ngoại lực tác dụng lên ê vật ậ có ó khuynh hướng uốn cong vật quanh trục nằm mặt cắt ngang - Xét dầm chịu ị hệ ệ lực ự hình Khi cắt dầm, thành phần nội lực mặt cắt phần ầ bên ê trái có ó chiều ề ngược lại thành phần nội lực phần bên phải LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2 NỘI LỰC Trong T ong trường t ường hợp tốn phẳng, phẳng ta có thành phần nội lực nằm t ong mặt phẳng yz, bao gồm Nz, Vy, Mx Quy ước dấu thành phần nội lực sau: - Lực dọc xem dương có chiều hướng mặt cắt, cắt tức gây kéo cho đoạn xét - Lực cắt xem dương có khuynh hướng làm quay đoạn xét theo chiều kim đồng hồ hồ - Moment uốn xem dương làm căng thớ LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2 NỘI LỰC Trình tự bước để ể xác định thành phần nội lực mặt cắt ắ vật thể:  Xác định phản lực liên kết tác động lên hệ hệ  Sơ đồ hóa hệ vật thể với tất lực tác động lên hệ  Áp Á dụng phương pháp mặt cắt để xác định thành phần nội lực vị trí cần khảo sát  Sử dụng cơng thức trạng thái cân hệ vật thể thể LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2 NỘI LỰC Ví dụ 01: Xác định thành phần nội lực tác động lên mặt cắt điểm C dầm: Giải: Hình 1 Hình 1.1 Bước 1: Xác định phản lực liên kết - Phản lực liên kết ngàm A: VA; NA; MA Tuy nhiên, để xác định thành phần nội lực mặt cắt C ta g cần xác định phản lực liên kết ngàm g A không Bước 2: Xây dựng sơ đồ tất lực tác động lên vật thể ( free-body diagram) Xây dựng sơ đồ lực tác động lên đoạn CB hình 1.2 Bước 3: Áp dụng công thức trạng thái cân vật thể Hình 1.2 Dấu ’ - ’ Mc Mc có chiều ngược với chiều thể ể sơ đồ lực dầm Hì h Hình 1.3 Có thể xác định phản lực ngàm A việc xét sơ đồ lực tác động lên AC LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2 NỘI LỰC Ví dụ 02: Figure 2.1 LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Figure 2.2 Figure 2.3 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2 NỘI LỰC Ví dụ 03: Figure 3.1 Figure 3.2 LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2 NỘI LỰC Ví dụ 04: Figure 4.3 Figure 4.4 Figure 4.1 Figure 4.2 LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 10 Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 5.1 BIẾN DẠNG XOẮN 5.2 MOMENT XOẮN 5.3 TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT 5.4 GÓC XOẮN LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 5.1 BIẾN DẠNG XOẮN Xét có mặt cắt ngang hình trịn LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 5.1 BIẾN DẠNG XOẮN LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.2 MOMENT XOẮN LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.2 MOMENT XOẮN LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.2 MOMENT XOẮN Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Trường hợp: Trục đặc LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.2 MOMENT XOẮN Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Trường hợp: Trục đặc LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.2 MOMENT XOẮN Trường hợp: Trục rỗng LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.2 MOMENT XOẮN Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Ứng suất xoắn lớn nhất: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.2 MOMENT XOẮN Ví dụ 01: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 10 5.2 MOMENT XOẮN Ví dụ 02: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.2 MOMENT XOẮN Ví dụ 02: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 11 12 5.2 MOMENT XOẮN Ví dụ 03: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.2 MOMENT XOẮN Ví dụ dụ 03: 03: Ví LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 13 14 Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 5.3 TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 5.3 TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT Thiết kế trục truyền động LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 15 16 Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 5.3 TRUYỀN ĐỘNG CÔNG SUẤT Ví dụ 01: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 5.3 TRUYỀN ĐỘNG CƠNG SUẤT Ví dụ 02: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 17 18 5.4 GÓC XOẮN LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.4 GÓC XOẮN LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 19 20 5.4 GÓC XOẮN LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.4 GÓC XOẮN LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 21 22 5.4 GÓC XOẮN LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.4 GĨC XOẮN Ví dụ 01: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 23 24 5.4 GĨC XOẮN Ví dụ 01: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.4 GĨC XOẮN Ví dụ 02: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 25 26 5.4 GĨC XOẮN Ví dụ 02: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.4 GĨC XOẮN Ví dụ 02: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 27 28 5.4 GĨC XOẮN Ví dụ 02: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5.4 GÓC XOẮN Ví dụ 02: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY Chương 5: XOẮN THUẦN TÚY 29 30 ... bền vật liệu LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chƣơng 3: ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU VÍ DỤ: Ví dụ 01: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) Chƣơng 3: ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU VÍ DỤ: Ví dụ 02: LTA_ Cơ học. .. TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU VÍ DỤ: Ví dụ 03: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 12 Chƣơng 3: ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU VÍ DỤ: Ví dụ 03: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 13 Chƣơng 3: ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT... học vật liệu (215004) Chƣơng 3: ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU VÍ DỤ: Ví dụ 02: Ví dụ 03: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 10 Chƣơng 3: ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU VÍ DỤ: Ví dụ 03: LTA_ Cơ học vật liệu