Bài giảng Sức bền vật liệu (Bản hay)

SỨC BỀN VẬT LIỆU

Mô tả tóm tắt học phần

¾Sức bền vật liệu cung cấp các khái niệm và kiến thức cho nhiều

ngành kỹ thuật.

¾ Môn học nghiên cứu những tính chất, ứng xử của vật liệu để

đề ra các phương pháp tính về độ bền, độ cứng và độ ổn định của

các phần tử khác nhau trong hệ kết cấu.

¾ Môn học giới thiệu cho học viên các nguyên tắc và phương

pháp cơ bản của cơ học trong kết cấu.

Nội dung chi tiết

Chương 1: Các khái niệm cơ bản

Chương 2: Nội lực trong bài toán thanh

Chương 3: Thanh chịu kéo (nén) đúng tâm

Chương 4: Trạng thái ứng suất và các thuyết bền

Chương 5: Đặc trưng hình học của mặt cắt ngang

Chương 6: Thanh chịu xoắn chịu cắt

Chương 7: Thanh chịu uốn phẳng

Chương 8: Thanh chịu lực phức tạp

Chương 9: Tính chuyển vị bằng các phương pháp năng lượng

Chương 10: Giải hệ siêu tĩnh bằng phương pháp lực

Chương 11: Ổn định của thanh thẳng

Chương 12: Thanh chịu tải trọng động

Tài liệu học tập

- Sách, giáo trình chính:

[1] Sức bền vật liệu, Đỗ Kiến Quốc, NXB ĐHQG TP.HCM-2004.

[2] Bài tập sức bền vật liệu, Bùi Trọng Lựu, Nguyễn Văn Vượng,

nhà xuất bản Giáo dục, 1999.

[3] Sức bền vật liệu, Lê Đức Thanh, ĐHBK Tp.HCM

Sách tham khảo:

[1] Mechanics of materials, Ferdinand P. Beer, E. Russelll

Johnston, JR., McFraw-Hill, 1992.

[2] Bài tập sức bền vật liệu, Phạm Ngọc Khánh, Vũ Văn Thành,

nhà xuất bản Xây dựng, 2006.

[3] Sức bền vật liệu, Lê Thanh Phong, ĐHSPKT Tp.HCM

Đánh giá sinh viên: Thang điểm: 10

Công cụ KT Tỉ lệ

Hình

thức

Nội dung

Thời điểm

(%)

Bài tập

50

Vẽ biểu đồ nội lực bằng phương pháp Tuần 2 hoặc 3 BTN trên lớp 12.5

vẽ nhanh. hoặc về nhà

BT#1

BT#2

Tính toán thanh chịu kéo nén đứng tâm Tuần 4 hoặc 5 BTN trên lớp 12.5

(hệ siêu tĩnh).

hoặc về nhà

Tính toán thanh chịu xoắn thuần túy

(hệ siêu tĩnh).

Tuần 7

Tuần 8

BTN trên lớp 12.5

hoặc về nhà

BT#3

BT#4

Tính toán thanh chịu uốn ngang phẳng

(hệ tĩnh định).

BTN trên lớp 12.5

hoặc về nhà

Thi cuối kỳ

50

- Nội dung bao quát tất cả các chuẩn Sau khi kết

Thi tự luận

đầu ra quan trọng của môn học.

thúc môn học

tối thiểu 1

tuần

- Thời gian làm bài 90 phút.

Đạo đức khoa học:

- Các bài làm bài tập nếu bị phát hiện là sao

chép của nhau sẽ bị trừ 100% điểm quá

trình, nếu ở mức độ nghiêm trọng (cho nhiều

người chép - có 3 bài giống nhau trở lên) sẽ bị

cấm thi cuối kỳ không phân biệt người sử

dụng bài chép và người cho chép bài

- Sinh viên thi hộ thì cả 2 người – thi hộ và

nhờ thi hộ sẽ bị đình chỉ học tập hoặc bị đuổi

học

I. Nhiệm vụ môn học

"Sức bềnvật liệu là khoa học

nghiên cứu về

độ bền,

độ cứng và

sự ổn định của công trình hay chi

tiết máy dưới tác dụng của ngoại

lực".

I. Nhiệm vụ môn học

+ Độ bền

không bị phá huỷ

các biến dạng

+ Độ cứng

+ Sự ổn định

dao động riêng

Sức bật vật liệu sẽ xoay quanh ba bài toán cơ bản:

a) Kiểm tra sự làm việc của công trình dưới tác dụng của

ngoại lực(kiểm tra điều kiện bền và cứng)

b) Xác định kích thước côngtrình.

c) Xác định trị số lực lớn nhất có thể đặt lên công trình

II. Đối tượng nghiên cứu của môn học

1. Vật rắn lực và tính đàn hồi.

Vật thể rắn lực là những vật thể bị biến dạng dưới tác

dụng của ngoại lực

Tính đàn hồi là khả năng khôi phục lại hình dạng và

kích thước ban đầu sau khi đã bỏ ngoại lực tác dụng đi

2- Hình dạng vật thể nghiên cứu:

a) Khối.

b)Tấm-Vỏ

c) Thanh

I.Sơ đồ tính sức bền vật liệu

1. Sơ đồ hoá tính chất vật liệu:

I.Sơ đồ tính sức bền vật liệu

1. Sơ đồ hoá tính chất vật liệu:

Tính liên tục <->mật độ vật liệu là dày đặc trong toàn bộ

thể tích, khoảng cách giữa các nguyên tử là bằng không

Tính đồng chất Å>> tính chất cơ lý của vật liệu tại mọi điểm

bên trong thể tích là như nhau.

Tính đẳng hướng tức là xem rằng khả năng chịu lực của vật

liệu theo mọi phương là như nhau

2-Sơ đồ hoá liên kết

+ Ngàm: Là loại liên kết hạn chế hoàn toàn sáu bậc tự

do của hệ

+ Gối cố định: Là loại liên kết hạn chế hai dịch chuyển

thẳng (trong không gian hai chiều) và 3 dịch chuyển thẳng

(trong không gian ba chiều).

+ Gối di động: Đây là một loại liên kết đơn, trong mặt phẳng nó

chỉ hạn chế một dịch chuyển thẳng

3 - Sơ đồ hoá kích thước hình học

Đây là quá trình chuyển đổi các vật thể từ thực tế về một

trong ba dạng đã biết là khối, tấm, vỏ, thanh.

4-Sơ đồ hoá ngoại lực:

Nếu diện tích đặt lực là quá nhỏ so với toàn bộ bề mặt

công trình thì người ta có thể xem như lực đặt tại một điểm,

đó là lực tập trung

Khi khảo sát áp lực của chất lỏng tác dụng lên bình chứa.

Ngoại lực (tức là áp lực chất lỏng sẽ được sơ đồ hoá thành

một hệ lực phân bố

Caùch xaùc ñònh phaûn löïc

¾ Giaûi phoùng caùc lieân keát, thay baèng caùc phaûn löïc töôngöùng, caùc

phaûn löïc ñöôïc xaùc ñònh töø ñieàu kieän caân baèng tónh hoïc giöõa taûi

trong vaø phaûn löïc.

¾ Baøi toaùn phaúngcoù ba phöông trình caân baèng ñoäc laäp, ñöôïc thieát

laäp ôû caùc daïng khaùc nhau nhö sau:

II. Các giả thuyết.

1-Giả thuyết 1:

"Tính đàn hồi của vật liệu được xem là đàn hồi tuyệt đối

và vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi".

2-Giả thuyết 2:

Biến dạng của vật thể do ngoại lực gây nên được xem là bé

(so với kích thước vật thể).

III.Các nguyên lý

1.Nguyên lýcộng tác dụng

Nếu một hệ chịu tác dụng đồng thời của nhiều yếu tố thì

có thể khảo sát hệ đó dưới tác dụng của từng yếu tố

riêng rẽ rồi cộng các kết quả lại

2-Các nguyên lý khác

Ngoài nguyên lý cộng tác dụng sức bền còn sử dụng các nguyên

lý bảo toàn công, bảo toàn năng lượng,...

I.Ngoại lực

¾ "Ngoại lực là những lực từ bên ngoài haytừ vật

thể khác tác dụng lên vật thể ta đang khảo sát".

¾ Gồm hai loại là tải trọng và phản lực liên kết

9 Tải trọng là lực tác dụng lên vật thể mà trị số,

điểm đặt, phương chiều và tính chất đã biết

trước.

9 Phản lực liên kết: Chỉ biết điểmđặt tại các vị trí

liên kết

1. Phân loại ngoại lực:

+ Lực tập trung (Lực)

+ Lực phân bố bề mặt

+ Lực phân bố thể tích.

+ Mômen (ngẫu lực)

+Lực/chiều dài

+Lực/chiều dài²

+Lực/chiều dài³

+Cườngđộcủa lực phân bố

2-Phân loại tải trong.

+ Tải trọng tĩnh

+ Tải trọng động

+ Tải trọng va chạm.

+Tải trọng di động

+Tải trọng gậy nên dao động

II. Định nghĩa nội lực

"Nội lực là phần lực liên kết tăng thêm khi vật thể

chịu tác dụng của ngoại lực"

1- KHAÙI NIEÄM VEÀ NOÄI LÖÏC

Söï thay ñoåi cuûa löïc töông taùc giöõa caùc phaân töû trong

vaät theå ñöôïc goïi laø noäi löïc.

Moät vaät theå khoâng chòu taùc ñoäng naøo töø beân ngoaøi thì

ñöôïc goïi laø vaät theå ôûtraïng thaùi töï nhieân vaø noäi löïc cuûa noù

ñöôïc coi laø baèng khoâng

2-PHÖÔNG PHAÙP KHAÛO SAÙT NOÄI LÖÏC: PHÖÔNG

PHAÙP MAËT CAÉT

Vật thể A chịu tác dụng của hệ lực P1, P2,... Pn

Tại trọng tâm 0 của mặt cắt lập một hệ trục toạ độ oxyz

trong đó trục z vuông góc với mặt cắt còn trục x và y nằm trong

mặt cắt. Thu gọn hệ nội lực P về từng tâm 0 ta được vectơ chính

R và vectơ mômen chính M ta chiếu R và M lên các trục toạ độ

ta được sáu thành phần: ba lực và ba mômen. Các thành phần

này gọi là các thành phần nội lực trên mặt cắt ngang

¾ Nz :gọi là lực dọc Nz coi là dương nếu

nó hướng ra ngoài mặt cắt và ngược lại.

¾ Qx, Qy gọi là lực cắt .

¾ Mx, My gọi là mômen uốn. nó được xem là dương

nếu làm căng các thớ thuộc về chiều dươngcủa các

trục toạ độ.

¾Mz là mômenxoắn, nó được coi là dương khi dựng từ ngoài

mặt cắt nhìn vào thấy Mz quay thuận chiều kim đồng hồ.

Cách xác định

Phöông trình caân baèng hình chieáu caùc löïc treân caùc truïc toïa ñộ:

Pix, Piy, Piz- laø hình chieáu cuûa löïc Pi xuoáng caùc truïc x, y, z

Phöông trình caân baèng moâmen

ñoái vôùi caùc truïc toïa ñoä:

m_x(Pi), m_y(Pi), m_z(Pi)- caùc moâmen cuûa caùc löïc Pi ñoái vôùi caùc

truïc x,y, z

Lieân heä giöõa noäi löïc vaø öùng suaát:

Caùc thaønh phaàn noäi löïclieân heä vôùi caùc thaønh phaàn öùng suaát

nhö sau:

- Löïc doïc laø toång caùc öùng suaát phaùp

- Löïc caét laø toång caùc öùng suaát tieáp cuøng phöông vôùi noù

- Moâmen uoán laø toång caùc moâmen gaây ra bôûi caùc öùng suaát ñoái

vôùi truïc x hoaëc y

- Moâmen xoaén laø toång caùc moâmen cuûa caùc öùng suaát tieáp ñoái

vôùi truïc z

3- ỨNG SUẤT:

- Diện tích vô cùng bé ∆F tại điểm C

- Hợp lực của các thành phần

nội lực P trên diện tích ∆F là ∆P

P được gọi là ứng suất thực tại điểm C

Æ ứng suất thực tại một điểm nào đó chính là cường độ nội

lực tại điểm đó.

Chiếu véctơ P lên phương vuông góc với mặt

cắt và phương nằm trong mặt cắt ta được hai

thành phần tương ứng là ứng suất pháp σ và

ứng suất tiếp τ .

ÖÙng suaát phaùp σv chæ gaây ra bieán daïng daøi.

Öùng suaát tieáp τv chæ gaây bieán daïng goùc.

Các thành phần nội lực trên mặt cắt chính là tổng hợp

của các thành phần ứng suất tương ứng.

4-CHUYỂN VỊ VÀ BIẾN DẠNG:

- Chuyển vị là sự dịch chuyển vị trí của

điểm khảo sát trong hệ toạ độ đã chọn

- Biến dạng là sự thay đổi hình dạng

và kích thước hình học của vật thể.

- Chiều dài của đoạn CD là S;

của đoạn C'D'là S+∆S

- Biến dạng dài trung bình của

đoạn CD

- Nếu độ dài S chọn là một đơn vị chiều dài thì biến dạng trên

được gọi là biến dạng dài tỷ đối.

- Góc tạo bởi pháp tuyến của mặt cắt tại A với phương nằm

ngang (γ) được gọi là chuyển vị góc (hay góc xoay)

Định luật Húc

Trong giai đoạn đàn hồi tương quan giữa lực tác dụng

và chuyển vị (hay giữa biến dạng và ứng suất là tương

quan bậc nhất).

AA'= k. P

9 k là hệ số tỷ lệ, phụ thuộc vào tính chất của vật liệu

và các đặc trưng hình học của hệ

5- BAØI TOÙAN PHAÚNG:

Tröôøng hôïp baøi toaùn phaúng ( ngoaïi löïc naèm trong moät maët

phaúng ( thí duï maët phaúng yz)), chæ coù ba thaønh phaàn noäi löïc naèm

trong maët phaúng yz : Nz, Qy, Mx.