1.2.1. Đối tượng vật lí và các giả thiết cơ bản.
a. Đối tượng vật lí .
Ở cơ học vật rắn ta đã nghiên cứu sự cân bằng và chuyển động của vật rắn tuyệt đối, khi đó không để ý đến biến dạng của vật. Trái lại trong sức bền vật liệu các chi tiết máy hay cấu kiện công trình là những vật rắn thực làm bằng thép, gang, gỗ,... mà khi tính toán ta phải xét đến biến dạng của nó. Chính vì sự khác nhau đó nên khi xét biến dạng của vật thể trong sức bền vật liệu không thể áp dụng được nguyên lý hợp lực và dời lực ở cơ học lý thuyết. Chẳng hạn cùng chịu tác dụng của hai lực cân bằng nhưng vật thể có thể là chịu nén hoặc là chịu kéo. Tuy nhiên trong sức bền vật liệu khi giải quyết các bài toán, đầu tiên cần xác định phản lực, nội lực khi đó phải xem như vật bị biến dạng nhưng vẫn ở trạng thái cân bằng, nghĩa là ta vẫn dùng những lý luận của cơ học lý thuyết để tìm phản lực và nội lực.
Tóm lại đối tượng nghiên cứu của sức bền vật liệu là vật rắn thực. b. Các giả thiết cơ bản.
Người ta đưa ra các giả thuyết về vật liệu là nhằm lược bỏ các tính chất không cơ bản của nó để đơn giản việc tính toán mà vẫn đủ bảo đảm chính xác theo yêu cầu.
+ Giả thuyết 1. Vật liệu có tính liên tục, đồng tính và đẳng hướng. Vật liệu là liên tục và đồng tính khi ở mọi chỗ đều có vật liệu như nhau, còn vật liệu là đẳng hướng khi tính chất cơ lý của nó theo mọi phương như nhau. Thật ra cấu trúc của vật liệu rất phức tạp, ở mọi điểm nó không phải là liên tục và đồng tính, còn ở một điểm thì tính chất cơ lý theo mọi phương cũng không giống nhau, nhưng nếu xét toàn bộ vật thể thì sự khác nhau ấy không đáng kể và có thể bỏ qua.
Giả thuyết này cho phép ta nghiên cứu một phân tố (hình hộp) vô cùng bé tưởng tượng tách ra khỏi vật thể thay thế cho việc nghiên cứu cả vật thể.
Giả thuyết này đúng cho đa số vật liệu như thép, gang, đồng,...Với một số vật liệu khác như gỗ, tre,...tính chất cơ lý của chúng theo các phương (dọc
thớ, ngang thớ,...) rất khác nhau nên không thể xem là đẳng hướng được. Ta gọi chúng là các vật liệu không đẳng hướng và khi tính toán phải chú ý đến tính chất này.
+ Giả thuyết 2.Vật liệu có tính đàn hồi tuyệt đối.
Trong thực tế khi lực tác dụng vẫn chưa vượt quá một giới hạn nào đó, tức là khi vật liệu còn làm việc trong giới hạn đàn hồi thì sau khi bỏ lực vật thể sẽ trở lại hình dạng và kích thước ban đầu nhưng không phải hoàn toàn mà còn biến dạng dư. Vì biến dạng dư rất nhỏ nên có thể bỏ qua và xem vật liệu là đàn hồi tuyệt đối.
Giả thuyết này cũng nêu rõ phạm vi của sức bền vật liệu chỉ nghiên cứu vật liệu làm việc trong giới hạn đàn hồi. Theo định luật Hooke, trong giai đoạn đàn hồi tương quan giữa lực và biến dạng là tương quan bậc nhất.
+ Giả thuyết 3. Biến dạng của vật thể do các nguyên nhân bên ngoài sinh ra là nhỏ so với kích thước của chúng.
Nhờ giả thuyết này khi tính toán trong nhiều trường hợp ta có thể xem điểm đặt của lực không di chuyển và có thể áp dụng nguyên lý độc lập tác dụng của các lực có nội dung như sau: "Kết quả (biến dạng, nội lực,...) do nhiều lực tác dụng đồng thời gây ra bằng tổng hình học các kết quả do từng lực tác dụng riêng rẽ gây ra".
1.2.2. Đối tượng về hình học
Chi tiết hình thanh là các chi tiết mà kích thước theo hai phương (gọi là mặt cắt ngang) nhỏ thua rất nhiều so với kích thước còn lại (gọi là chiều dài). Tính toán các chi tiết này đơn giản hơn hai loại trên vì có thể quy về bài toán một chiều theo phương dài. Các chi tiết hình thanh thường gặp phổ biến hơn cả trong kết cấu công trình: các thanh của khung, các thanh trong dàn, cột, dầm. Do đó trong sức bền vật liệu người ta chủ yếu nghiên cứu các vật thể hình thanh.
Ta có thể định nghĩa: Thanh là một vật thể hình học được tạo bởi một hình phẳng A có trọng tâm chuyển động dọc theo đường tựa s, trong quá trình chuyển động hình phẳng luôn luôn vuông góc với tiếp tuyến của đường tựa.
Hình phẳng chuyển động được gọi là mặt cắt ngang (tiết diện), đường tựa s
được gọi là trục thanh.
Ta biểu diễn thanh bởi đường trục kèm theo hình vẽ mặt cắt ngang. Tùy theo dạng của trục mà ta có các loại thanh phẳng (thẳng hay cong) và thanh không gian. Thanh có diện tích A không đổi còn được gọi là thanh lăng trụ. Việc nghiên cứu các đặc trưng hình học của tiết diện sẽ được nhắc tới trong một phần riêng biệt, mặc dầu các đặc trưng này là những định nghĩa thuần túy toán học nhưng lại có liên quan chặt chẽ với độ bền, độ cứng, độ ổn định của thanh.
Hình 2.1.1: Thanh thẳng
