Phần 2 SỨC BỀN VẬT LIỆU
3.2. CÁC GIẢ THUYẾT CƠ BẢN VỀ VẬT LIỆU
Một vật thể hay một hiện tượng thực tế thường có những tính chất hay quy luật biến hóa rất phức tạp làm trở ngại cho việc nghiên cứu nó. Vì thế để nghiên cứu được dễ dàng người ta thường bỏ qua những tính chất thứ yếu, khơng có ảnh hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu, mà chỉ xét đến những tính chất chủ yếu của vật thể hay hiện tượng đó. Muốn vậy, mỗi mơn khoa học thường phải đề ra các giả thuyết để làm đơn giản đối tượng nghiên cứu. Môn sức bền vật liệu cũng vậy, nó cần có những giả thuyết cơ bản, song cũng cần chỉ rõ: mặc dù dựa vào những giả thuyết đó, ta vẫn rút ra được những cơng thức tính tốn đủ chính xác để thỏa mãn yêu cầu của thực tế.
3.2.1. Khái niệm về tính đàn hồi của vật liệu
Một vật thể sẽ có sự thay đổi hình dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Khi chịu lực bên ngoài tác dụng vật thể bị biến dạng, nhưng khi bỏ lực đi vật thể trở lại kích
thước và hình dáng ban đầu của nó, người ta nói nó có tính chất đàn hồi hồn tồn.
Nếu khi bỏ lực đi vật thể khơng thể hồn tồn trở về kích thước và hình dạng ban đầu, thì ta nói là vật thể có tính chất đàn hồi khơng hồn tồn. Lúc này, biến dạng
còn lại được gọi là biến dạng còn dư. Nếu quan hệ giữa ngoại lực và biến dạng là
bậc nhất, thì vật liệu được gọi đàn hồi tuyến tính. Đối với các vật liệu, quan hệ ứng
suất – biến dạng cho đến khi bị phá hoại nói chung là những đường cong.
Trong thiên nhiên khơng có vật thể đàn hồi hoàn toàn trong mọi trường hợp, nhưng thực nghiệm cho biết là thép, gỗ có thể coi như có tính chất đàn hồi hồn tồn
Trần Chí Thành 69
nếu lực bên ngồi khơng vượt quá một trị số giới hạn nhất định. Phạm vi nghiên cứu môn sức bền vật liệu trình bày ở đây là hạn chế trong giới hạn đó.
3.2.2. Các giả thuyết cơ bản về vật liệu
3.2.2.1. Vật liệu được coi là liên tục, đồng nhất, đẳng hướng
Một vật thể là liên tục và đồng nhất nếu trong cả thể tích của vật thể đều có vật liệu (khơng hề có khe hở) và tính chất cơ học của vật liệu ở mọi nơi trong vật thể đều giống nhau. Vật liệu đẳng hướng nghĩa là tính chất cơ học tại một điểm theo các phương đều giống nhau. Trong thực tế, ngay cả những vật liệu được coi là hoàn hảo như kim loại, thì cũng có cấu trúc vi mơ không liên tục, hoặc không đồng nhất, đẳng hướng. Giả thuyết này cho phép tránh khảo sát cấu trúc vi mô của vật liệu thật, là việc rất phức tạp, thậm chí khơng làm được. Giả thuyết này thích hợp với các vật liệu thép, sắt, đồng..cịn với gạch, gỗ thì khơng hồn tồn thích hợp.
3.2.2.2. Vật liệu được coi là đàn hồi
Môn sức bền vật liệu giả thuyết vật liệu của các vật thể có tính chất đàn hồi hoàn toàn.
3.2.2.3. Giả thuyết về quan hệ tỷ lệ bậc nhất giữa biến dạng và lực tác dụng (Định luật Húc)
Thực nghiệm cho thấy trong phạm vi biến dạng đàn hồi của vật liệu, nếu lực tác dụng lên vật thể không vượt quá một trị số
giới hạn thì biến dạng của vật thể được xem là tỷ lệ thuận với lực gây ra biến dạng đó. Giả thuyết này cịn được gọi là định luật Húc và trong giáo trình này ta cũng chỉ nghiên cứu những loại vật liệu tuân theo định luật Húc. Ví dụ có một thanh chiều dài l chịu tác dụng của một lực P như trên hình 3.3a, theo định luật Húc đồ thị biểu diễn quan hệ giữa biến dạng
l và lực P là một đường thẳng (hình 3.3b)
Ngồi các giả thuyết trên, để trong tính tốn được đơn giản mơn sức bền vật
liệu còn dựa vào một nguyên lý rất quan trọng gọi là nguyên lý độc lập tác dụng của
các lực. Nguyên lý này đã được trình bày trong Chương 1, giáo trình này.
P P l O a) b) Hình 3.3
Trần Chí Thành 70
Ngun lý này phát biểu như sau: Kết quả tác dụng gây ra do một hệ lực thì
bằng tổng những kết quả gây ra do từng lực trong hệ đó, tác động một cách riêng biệt.
Chú ý rằng nguyên lý độc lập tác dụng của các lực chỉ sử dụng được trong
điều kiện vật liệu tuân theo định luật Húc và biến dạng của vật thể là rất nhỏ.
3.2.2.4. Giả thuyết về sơ đồ tính
Trong đó, a) là dầm thực tế, và b) là sơ đồ tính của dầm.