Bài giảng Sức bền vật liệu - Chương 1: Những khái niệm cơ bản - Lê Đức Thanh

Nội dung text: Bài giảng Sức bền vật liệu - Chương 1: Những khái niệm cơ bản - Lê Đức Thanh

1. Bài giảng sức bền vật liệu Nội dung môn học: Sức bền vật liệu Kiến thức Kỹ thuật Các Môn chuyên cơ bản Cơ sở ngành Sức bền vật liệu Chương 1. Các khái niệm cơ bản Chương 2. Lý thuyết về nội lực Chương 3. Kéo nén đúng tâm Chương 4&5. Trạng thái ứng suất và thuyết bền Chương 6. Đặc trưng hình học của mặt cắt ngang Chương 7. Uốn phẳng thanh thẳng Chương 8. Chuyển vị của dầm chịu uốn Chương 9. xoắn thuần túy thanh thẳng Chương 10.Thanh chịu lực phức tạp Chương 11&12.Ổn định thanh thẳng chịu nén đúng tâm.Uốn ngang uốn dọc đồng thời Bài tập lớn 10% (mỗi SV làm 01 đề bài gồm 04 sơ đồ theo phân công), Kiểm tra giữa kỳ 20% .Thí nghiệm 20%,Thi cuối kỳ 50%.(Btập lớn và kiểm tra tiên quyết). Chú ý điểm cuối kỳ không được nhỏ hơn 3 điểm Tài liệu tham khảo: -Đỗ kiến Quốc và các tác giả, NXB Đại học quốc gia Tp.Hồ chí Minh -Bùi trọng Lựu và các tác giả NXB Đại học và THCN -Nguyễn y Tô và các tác giả NXB Đại học và THCN -Lê ngọc Hồng NXB Khoa học kỹ thuật -Vũ đình Lai và các tác giả NXB Giao thông vận tải -Phạm ngọc Khánh và các tác giả NXB Xây dựng -Lê hoàng Tuấn-Bùi công Thành, NXB Đại học Bách KhoaTp.Hồ chí Minh. Và các tác giả khác Chương 1 : Những khái niệm cơ bản 1 GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015)
2. Bài giảng sức bền vật liệu SBVL là môn học kỹ thuật cơ sở, nghiên cứu tính chất chịu lực của vật liệu, để đưa ra các phương pháp tính khi vật thể chịu các tác dụng của những nguyên nhân ngoài, nhằm thoả mãn yêu cầu an toàn và tiết kiệm vật liệu.  Vật thể làm việc được an toàn khi thỏa được các điều kiện sau: - Điều kiện bền : không bị phá hoại (nứt gãy, sụp đổ ).trong quá trình chịu lực - Điều kiện cứng: biến dạng và chuyển vị nằm trong một giới hạn cho phép. - Điều kiện ổn định : bảo toàn hình thức biến dạng ban đầu.  Thường, kích thước của vật thể lớn thì khả năng chịu lực cũng tăng và do đó độ an toàn cũng được nâng cao; tuy nhiên, vật liệu phải dùng nhiều hơn nên nặng nề và tốn kém hơn. Kiến thức của SBVL giúp giải quyết hợp lý mâu thuẫn giữa yêu cầu an toàn và tiết kiệm vật liệu.  Ba bài toán cơ bản của SBVL: + Kiểm tra các điều kiện bền, cứng, ổn định. + Định kích thước, hình dáng hợp lý của công trình hay chi tiết máy. + Định giá trị của các nguyên nhân ngoài (tải trọng, nhiệt độ ) cho phép tác dụng lên công trình. 3. Đặc điểm: SBVL là môn khoa học thực nghiệm: Để đảm bảo sự tin cậy của các phương pháp tính, môn học kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu thực nghiệm và suy luận lý thuyết. Nghiên cứu thực nghiệm nhằm phát hiện ra tính chất ứng xử của các vật liệu với các dạng chịu lực khác nhau, làm cơ sở đề xuất các giả thiết đơn giản hơn để xây dựng lý thuyết. Thí nghiệm kiểm tra các lý thuyết tính toán đã xây dựng Trong nhiều trường hợp, phải làm thí nghiệm trên mô hình công trình thu nhỏ trước khi xây dựng hoặc thử tải công trình trước khi sử dụng. SBVL khảo sát nội lực (lực bên trong vật thể) và biến dạng của vật thể ( Cơ Lý Thuyết khảo sát cân bằng tỉnh học và chuyển động của vật thể được xem là rắn tuyệt đối). SBVL cũng sữ dụng các kết quả của Cơ Lý Thuyết để xét sự cân bằng giữa các lực tác dụng lên một bộ phận của công trình hay một chi tiết máy. II. NGOẠI LỰC- CÁC LOẠI LIÊN KẾT- PHẢN LỰC LIÊN KẾT 1.Ngoại lực Tải trọng a) Định nghĩa: Ngoại lực là lực tác động từ môi trường hoặc vật thể bên ngoài lên vật thể đang xét. Ngoại lực bao gồm: Tải trọng và phản lực. Phản lực  Tải trọng: Là những lực chủ động đã biết H. 1.5 Tải trọng và phản lực trước (vị trí, phương và độ lớn) thường được quy định bởi các quy phạm thiết kế hoặc tính toán theo kích thước của vật thể. Chương 1 : Những khái niệm cơ bản 3 GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015)
3. Bài giảng sức bền vật liệu Ngăn cản một chuyển vị thẳng và phát sinh một phản lực R theo phương của liên kết (H.1.7a) b) Gối cố định (Liên kết khớp, khớp, bản lề): Ngăn cản chuyển vị thẳng theo phương bất kỳ và phát sinh phản lực R cũng theo phương đó.Phản lực R thường được phân tích ra hai M thành phần V và H vuông góc trong mặt phẳng H H (H.1.7b), tương đương 2 liên kết đơn V c) Ngàm: R V a) b) c) Ngăn cản tất cả chuyển vị thẳng và chuyển vị H. 1.7 Lieân keát vaø phaûn löïc lieân keát xoay. Phản lực phát sinh trong ngàm gồm ba thành phần V, H và M (H.1.7c), tương đương 3 liên kết đơn . Cách xác định phản lực: Giải phóng các liên kết, thay bằng các phản lực tương ứng, các phản lực được xác định từ điều kiện cân bằng tĩnh học giữa tải trọng và phản lực. Bài toán phẳng có ba phương trình cân bằng độc lập, được thiết lập ở các dạng khác nhau như sau: 1.  X 0; Y 0;  MO 0 (2 phương X, Y không song song) 2.  MA 0;  MB 0;  MC 0 ( 3 điểmA, B, C không thẳng hàng) 3.  X 0;  MA 0;  MB 0 (phương AB không vuông góc với X) Bài toán không gian có sáu phương trình cân bằng độc lập, thường có dạng:  X 0; Y 0; Z 0; M /Ox 0; M /Oy 0; M /Oz 0 Chú ý: Muốn cố định một thanh trong mặt phẳng cần tối thiểu 3 liên kết tương đương liên kết đơn, để chống lại 3 chuyển động tự do. Nếu đủ liên kết và bố trí hợp lý 3 phản lực sẽ tìm được từ 3 phương trình cân bằng tỉnh học. Bài toán được gọi là tĩnh định. Nếu số liên kết tương đương lớn hơn 3 (pt cân bằng độc lập tuyến tính) gọi là bài toán siêu tỉnh. III. CÁC DẠNG CHỊU LỰC VÀ BIẾN DẠNG CƠ BẢN - CHUYỂN VỊ 1. Biến dạng của vật thể: Trong thực tế, sự chịu lực của một thanh có thể phân tích ra các dạng chịu lực cơ bản: -Thanh bị kéo (nén):Trục thanh sẽ dãn dài (hay co ngắn) (H.1.8a,b). Lực tác dụng đặt dọc theo chiều trục thanh (có thể song song hoặc trùng trục thanh) -Thanh bị uốn: Trục thanh sẽ bị cong (H.1.8e) Lực tác dụng vuông góc với trục thanh. Chương 1 : Những khái niệm cơ bản 5 GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015)
4. Bài giảng sức bền vật liệu 1) Giả thiết về vật liệu  Vật liệu được coi là liên tục, đồng nhất, đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính. Ta tưởng tượng lấy một phân tố bao quanh một điểm trong vật thể. Nếu cho phân tố bé tùy ý mà vẫn chứa vật liệu thì ta nói vật liệu liên tục tại điểm đó. Giả thiết về sự liên tục của vật liệu cho phép sử dụng các phép tính của toán giải tích như giới hạn, vi phân, tích phân Trong thực tế, ngay cả với vật liệu được coi là hoàn hảo nhất như kim loại thì cũng có cấu trúc không liên tục.  Vật liệu đồng nhất : Tính chất cơ học tại mọi điểm trong vật thể là như nhau. Lực  Vật liệu đẳng hướng : Tính chất cơ học tại một điểm theo các phương đều như nhau. H. 1.11 Đàn hồi tuyến tính  Tính chất đàn hồi của vật thể là khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu của nó khi ngoại lực thôi tác dụng. Nếu quan hệ giữa ngoại lực và biến dạng là bậc nhất, thì vật liệu được gọi là đàn hồi tuyến tính (H.1.11). Giả thiết vật liệu đàn hồi tuyến tính làm giảm bớt sự phức tạp của bài toán SBVL. 2) Giả thiết về sơ đồ tính Khi tính toán, người ta thay vật thể thực bằng sơ đồ tính (H1.12). q a) b) H. 1.12 Sơ đồ tính 3) Giả thiết về biến dạng và chuyển vị Vật thể có biến dạng và chuyển vị bé so với kích thước ban đầu của vật Có thể khảo sát vật thể hoặc các bộ phận của nó trên hình dạng ban đầu (tính trên sơ đồ không biến dạng của vật thể). Giả thiết này xuất phát điều kiện biến dạng và chuyển vị lớn nhất trong vật thể phải nằm trong một giới hạn tương đối nhỏ. Hệ quả: Khi vật thể có chuyển vị bé và vật liệu đàn hồi tuyến tính thì có thể áp dụng nguyên lý cộng tác dụng như sau: Một đại lượng do nhiều nguyên nhân đồng thời gây ra sẽ bằng tổng đại lượng đó do từng nguyên nhân gây ra riêng lẻ. (H.1.13) Chương 1 : Những khái niệm cơ bản 7 GV:Lê đức Thanh (cập nhật 06/2015)