BÀI GIẢNG sức bền vật LIỆU

BÀI GIẢNG SỨC BỀN VẬT LIỆU

1


Chương 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1. Nhiệm vụ, đối tượng và phương pháp nghiên cứu của môn
sức bền vật liệu
1.1.1. Nhiệm vụ nghiên cứu của môn sức bền vật liệu

Nhiệm vụ của môn sức bền vật liệu:
TẾ
-Tính toán kiểmKINH
tra điều
kiện bền, cứng vàĐỘ
ổn BỀN
định của chi tiết máy.
-Tính toán xác định kích thước và hình dạng hợp lý nhất của từng bộ phận
công trình hoặc chi tiết máy.
-Trong trường hợp tải trọng động, tính toán để hạn chế ảnh hưởng của
hiện tượng mỏi, dao động.

><

SỨC BỀN VẬT
LIỆU

2


1.1. Nhiệm vụ, đối tượng và phương pháp nghiên cứu của môn sức bền vật

liệu
1.1.2. Đối tượng nghiên cứu của môn học

a – Về vật liệu:
-Vật rắn thực: có biến dạng, không áp dụng nguyên lý dời lực, hợp
lực.

-

3


1.1. Nhiệm vụ, đối tượng và phương pháp nghiên cứu của môn sức bền vật
liệu
1.1.2. Đối tượng nghiên cứu của môn học

b- Hình dáng:

Khốii

Tấm

1.1.3. Phương pháp nghiên cứu của môn học:
-Phương trình tĩnh học.
-Phương trình biến dạng.
-Phương trình vật lý
4

Thanh

1.2. Những khái niệm cơ bản
1.2.1. Các dạng tải trọng
-

Ngoại lực: Lực tập trung(N, KN), lực phân bố (N/m, KN/m)
Mômen: Mômen tập trung (Nm), mômen phân bố (Nm/m)

1.2.2. Chuyển vị và biến dạng
a- Chuyển vị
- Chuyển vị đường
- Chuyển vị góc
b- Biến dạng
- Biến dạng dài tuyệt đối: Δl = l’ – l (m)
- Biến dạng dài tỉ đối: ɛ = Δl/l
- Biến dạng góc.
- Biến dạng đàn hồi.
- Biến dạng dẻo.
- Biến dạng nhớt.
5


1.2. Những khái niệm cơ bản
1.2.3. Ngoại lực – nội lực – phương pháp mặt cắt
a- Ngoại lực (tải trọng)
-Tải trọng tĩnh.
-Tải trọng động.
b- Nội lực:
-Nội lực là độ tăng của lực liên kết giữa các phần tử bên trong vật
thể nhằm chống lại sự biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.

6


1.2. Những khái niệm cơ bản
1.2.3. Ngoại lực – nội lực – phương pháp mặt cắt
c) Phương pháp mặt cắti

p1
B

A

p2
p3

p5

R
A

p2
p3

a)

7

p1

p4

b)

m


1.2. Những khái niệm cơ bản
1.2.3. Ngoại lực – nội lực – phương pháp mặt cắt

n

 N z + ∑ Piz = 0
i =1

n

Qx + ∑ Pix = 0
i =1

n
Q + P = 0
iy
 y ∑
i =1


8

n


M x + ∑m x ( Piz ) = 0
i =1

n

 M y + ∑m y ( Pi ) = 0
i =1

n
 M + m (P ) = 0
∑
z
z
i

i =1



1.2. Những khái niệm cơ bản
1.2.3. Ngoại lực – nội lực – phương pháp mặt cắt
d- Ứng suất: là đại lượng biểu
thị cường độ nội lực tại các
điểm trên mặt cắt.

∆N
Ptb =
∆F
∆N

P = lim
∆F →0 ∆F

9

∆N
∆F

a)

A

p

τ

σ
A

b)


1.2. Những khái niệm cơ bản
1.2.3. Ngoại lực – nội lực – phương pháp mặt cắt
e) Quan hệ giữa nội lực và ứng suất













M
 z
10

N z = ∫ σ z dF
F

Qx = ∫ τ zx dF
F

Q y = ∫ τ zy dF
F

M x = ∫ y.σ z dF
F

M y = ∫ x.σ z dF
F

= ∫ ( x.τ zy − y.τ zx )dF
F

1.3. Các loại biến dạng cơ bản
- Kéo (nén): trên mặt cắt ngang nội lực chỉ có lực dọc N.

Thanh bị kéo dài hoặc co ngắn.

- Cắt: trên mặt cắt ngang nội lực chỉ có thành phần lực cắt

Q. Các mặt cắt ngang của thanh có xu hướng trượt lên
nhau.

11


1.4. Các loại biến dạng cơ bản
- Xoắn: Trên mặt cắt ngang của thanh chỉ có thành phần

momen xoắn, mặt cắt ngang của thanh sẽ xoay tương đối
với nhau.

- Uốn: Trên mặt cắt ngang của thanh nội lực có thành phần

momen uốn hoặc cả momen uốn và lực cắt. Trong quá
trình biến dạng thanh bị cong.
12


Chương 2. KÉO (NÉN) ĐÚNG TÂM THANH THẲNG
2.1. Nội lực - Biểu đồ nội lực
2.1.1. Định nghĩa
Một thanh được coi là kéo (nén) đúng tâm khi trên mặt cắt

ngang của nó chỉ có một thành phần nội lực là lực dọc, kí hiệu Nz.
2.1.2. Quy tắc xác định nội lực.
-Quy tắc xác định dấu: nhìn vào mặt cắt thấy ngoại lực đi xa mắt
thì lực dọc mang dấu dương, và ngược lại.
-Quy tắc xác định độ lớn:

N z = ∑ Piz + ∑ ∫ qiz dz
zi

13


2.1.3. Biểu đồ nội lực
Cách vẽ:
- Chia thanh thành nhiều đoạn thích hợp (trên các đoạn không
tồn tại sự thay đổi về ngoại lực).
-Tính nội lực trên các mặt cắt của thanh.
-Kẻ một đường chuẩn song song với trục thanh, chọn chiều
dương quy ước.
-Biểu diễn các giá trị lực dọc trên đường chuẩn theo một tỷ lệ
nhất định. Đánh dấu (+), (-) cho các phần lực dọc đã biểu
diễn.

14


2.2. Ứng suất và biến dạng trên thanh chịu kéo nén
đúng tâm
2.2.1. Ứng suất trên mặt cắt ngang, mặt cắt xiên
a)Ứng suất trên mặt ngang

`

-Giả thuyết trong biến dạng kéo nén:

+ Trục thanh vẫn thẳng khi thanh bị biến dạng.
+ Mặt cắt ngang của thanh trước phẳng sau vẫn phẳng.
+ Các thớ dọc không tác dụng vào nhau.

15


2.2. Ứng suất và biến dạng trên thanh chịu kéo nén đúng
tâm

- Công thức tính ứng suất pháp:

N z = ∫ σ z dF
F

16

Nz
σz =
F


2.2. Ứng suất và biến dạng trên thanh chịu kéo nén
đúng tâm
b) Ứng suất trên mặt cắt xiên

Ứng suất trên mặt cắt xiên phân bố đều và bằng: Pz’ = Nz/Fα
Ứng suất trên mặt cắt xiên gồm 2 thành phần:

17


2.2. Ứng suất và biến dạng trên thanh chịu kéo nén đúng
tâm
2.2.2. Biến dạng của thanh chịu kéo (nén) đúng tâm
∆
dz+ (dz)

dz
1

2
N

N

z

z

1

2

Biến dạng dọc tuyệt đối của thanh: Δdz = dz’ – dz.
Biến dạng dọc tỷ đối của thanh:

∆(dz )
εz =
dz
18


2.4. Định luật Húc trong quan hệ đàn hồi tuyến
tính
2.4.1. Định luật Húc trong thanh chịu kéo (nén)
Trong kéo nén đúng tâm, khi vật liệu làm việc trong giai đoạn
đàn hồi, ứng suất pháp tỷ lệ thuận với biến dạng dọc tỷ đối.

σ z = E.ε z
E: Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vật liệu (N/m2, MN/m2)

19

Vật liệu

E (MN/m2)

Thép (0,15-0,2% C)

20.104

Gang xám

11,5.104

Đồng

12.104

Gỗ

(0,8-1,2).104


2.4. Định luật Húc trong quan hệ đàn hồi tuyến tính
 Công thức tính ứng suất biến dạng dọc của thanh với chiều

dài dz:

Nz
∆dz =
dz
EF
 Biến dạng dọc của thanh có chiều dài l:
∆l = ∫

l

Nz
∆dz = ∫
dz
EF
l

 Trong trường hợp khi Nz và E.F có giá trị không đổi trên

chiều dài l:

N z .l
∆l =
EF
20


2.5. Tính toán thanh chịu kéo nén đúng tâm
2.5.1. Điều kiện bền:
- Thanh làm việc an toàn thì phải thoả mãn điều kiện:

Trong đó:
|Nz| (N): giá trị tuyệt đối của lực dọc trên mặt cắt ngang của thanh.
F (m2): diện tích mặt cắt ngang.
[σ] (N/m2): ứng suất cho phép của vật liệu thanh.

21


2.5. Tính toán thanh chịu kéo nén đúng tâm
2.5.2. Ba bài toán cơ bản
a)Bài toán 1: Kiểm tra bền
Biết trước:
- Vật liệu của thanh (biết ứng suất cho phép [σ]).
- Kích thước của mặt cắt ngang (biết diện tích F).
- Tải trọng tác dụng lên thanh (tính được lực dọc Nz).
b) Bài toán 2: Chọn kích thước mặt cắt ngang
Biết trước:
Vật liệu của thanh (biết ứng suất cho phép [σ]).

Tải trọng tác dụng lên thanh (tính được lực dọc Nz).

22


2.5. Tính toán thanh chịu kéo nén đúng tâm
2.5.2. Ba bài toán cơ bản:
c) Bài toán 3: Tính tải trọng cho phép
Biết trước:
Vật liệu của thanh (biết ứng suất cho phép [σ]).
Kích thước của mặt cắt ngang (biết diện tích F).

23


2.6. Tính toán thanh chịu kéo (nén) do trọng lượng bản
thân, thanh siêu tĩnh chịu kéo (nén).
2.6.1. Tính toán thanh chịu kéo do trọng lượng bản thân.
-Theo phương pháp mặt cắt ta có:
A

Nz
σ=
= γz
F
24

z

Trong đó: (N/m3): γ là trọng lượng riêng

của vật liệu.
- Ứng suất trên mặt cắt ngang

z

l

NZ

B
Hình 2.11


2.6. Tính toán thanh chịu kéo (nén) do trọng lượng bản
thân, thanh siêu tĩnh chịu kéo (nén).
2.6.2. Tính toán thanh siêu tĩnh chịu kéo (nén)

25