Kiểm nghiệm bền các dầm trên xe ôtô (isuzu) môn sức bền vật liệu (PDF)

Chương 1: TỔNG QUAN
I. Nghiên cứu đặc điểm, kết cấu, tính năng của hệ thống dầm.
Các dầm dọc và các dầm ngang của khung xe ISUZU được chế tạo từ thép
C15 bằng phương pháp dập.
Vật liệu chế tạo, các giá lắp các ụ nhíp,
M Ttai bắt giảm chấn, các miếng tăng
cứng cục bộ .. sử dụng thép C35.
Khung xe là hệ thống dầm chịu lực, nhận và truyền tất cả các lực, phản lực
từ mặt đường qua phần tử hướng của hệ thống treo lên trên. Khung xe có nhiều
dạng khác nhau tuỳ theo cách phân loại như: khung có dầm dọc hai bên, khung có
dầm dọc ở giữa, khung chịu lực, vỏ chịu lực, khung có tiết diện hình vuông,
khung có tiết diện hình thang, ... .. Các dầm ngang dùng để bắt các cụm chi tiết
trên xe, làm nhiệm vụ tăng cứng cho hai dầm dọc. Để tăng cứng cho hai dầm dọc
có các tấm táp dùng để tăng cứng cho những vị trí chịu tác động của tải trọng mặt
đường. Dầm ngang có hình thù đặc biệt để bố trí các cụm cơ cấu trên xe.
Dầm dọc có tiết diện hở (chữ U) được dùng phổ biến hơn dầm dọc có tiết
diện loại kín (hình hộp); độ dày của lá thép nằm trong khoảng 5mm- 6mm người
ta dùng phương pháp dập nguội còn các trường hợp khác đều dùng phương pháp
dập nóng.
Vì các dầm ngang làm nhiệm vụ đỡ các cụm khác nhau như đỡ động cơ, ly
hợp, cụm truyền lực...nên dầm ngang thường làm theo hình dạng thích hợp để lắp
các cụm đó. Ngoài ra còn lắp các mặt bích riêng để gắn các cụm khác như vỏ, hệ
thống treo....
Khung xe có các dầm dọc, dầm ngang bằng thép cán tiết diện không đổi
hoặc thép hàn vì vậy trọng lượng khung xe thường lớn.
Trọng lượng khung xe ô tô tải kể cả các mặt bích và ụ đỡ cao su chiếm đến
10%-15% trọng lượng riêng của ô tô.
Các dạng dầm ngang dạng chữ K và X đảm bảo độ cứng khung lớn nhất
theo chiều dọc và đường chéo. Các dầm ngang hình chéo làm tăng độ cứng của
khung lên nhiều khi khung xe chịu các lực dọc đối xứng.

1


Dầm ngang được gắn ở đáy dầm dọc hoặc ở thành của dầm dọc, hoặc một
đầu gắn vào đáy dầm dọc một đầu vào thành dầm dọc. Dầm ngang gắn vào dầm
dọc bằng đinh tán, tấm phụ nghiêng hoặc chỉ bằng đinh tán và đôi khi bằng các
mối hàn.

H1.1. Khung dầm ô tô tải

Khung dầm ô tô con

2


Chức năng, nhiệm vụ

Dầm ngang thứ nhất dùng để bố ữí các chân két làm mát và chân đế trước của
tổng thành động cơ.
Dầm ngang thứ nhất có tiết diện hình chữ u, được liên kết với hai dầm dọc
bằng đinh tán. Trên dầm ngang thứ nhất có khoét lỗ để bắt két nưởc, động cơ và
liên kết với dầm dọc

Dầm ngang thứ 2 dùng để lắp cabin
Dầm ngang thứ ba và thứ tư dùng để lắp đặt giá freo hộp số phân phối. Tiết
diện các dầm này hình chữ ống ưòn, liên kết với dầm dọc thông qua các mặt bích

3

được bắt với thành dầm dọc của khung xe.
Dầm ngang thứ năm được sử dụng để tảng độ cứng vững cho khung xe ở vị
trí lắp đặt giá trục cân bằng treo sau xe. Kết cấu của dầm gồm hai
Dầm phụ tiết diện hình chữ c và một dầm phụ có tiết diện hình chữ u được
ghép lại với nhau bằng đinh tán, ở dưới đáy dầm cố dạng lõm để luồn trục các
đăng, các dầm này được liên kết vái mặt trên và dưới dầm dọc thông qua tấm ốp
tăng cứng hình chữ c bằng đinh tán. Tấm ốp tăng cứng này liên kết với mặt trên
và dưới của dầm ngang và đồng thời liên kết với thành đứng của dầm dọc bằng
đinh
Dầm ngang thứ sáu là dầm cuối của khung xe, trên dầm có bố trí kết cấu
kểo mốc. Kết cấu của dầm bao gồm một dầm chính cố thiết diện chữ c, các dầm
Ốp tăng cứng dọc và ngang. Dầm chính được liên kết vái thành đứng của dầm
dọc bằng đinh tán. Các dầm phụ tăng cứng cho dầm ngang được liên kết với dầm
dọc bằng đỉnh tán.
II. Nghiên cứu các công trình nghiên cứu, tính toán đối với hệ thống dầm của
ngành xe.
Trước tình hình phát triển kinh tế hiện nay, nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng
lớn, phục vụ cho sản xuất, đặc biệt là trong quân đội nhu cầu sử dụng ô tô cũng
tăng cao phục vụ cho công tác huấn luyện chiến đấu và phục vụ diễn tập ngày
càng lớn . Trong những năm qua đã có một số công trình nghiên cứu tính toán hệ
thống khung dầm xe tải để phục vụ cho công tác nghiên cứu, cải tiến và phát triển
ngành công nghiệp ô tô của đất nước đó là.
1. Ngô Thành Bắc - sỗ tay thiết kế ô tô khách, 1985. NXB Giao Thông Vận Tải.
2.. Nguyễn Hữu cẩn - Phan Đình Kiên, 1996.Thiết kế và tính toán ô tô máy
kéo.NXB Giáo Dục.
3. Nguyễn Hữu cẩn (Chủ Biên) Cùng Nhóm Tác Giả Lý thuyết ô tô máy kéo,
1998. NXB Khoa Học Kỹ Thuật.
4. Lê Văn Tụy Kết cấu và tính toán ô tô . Giảng viên Trường ĐHBK Đà nẵng.

4

5. Nguyễn Quốc Sơn Hà Lóp 49XD NTU. Hướng dẫn sử dụng RDM 6.16.
6. Tài liệu kiểm định chất lượng

Ô TÔ tô của Công Ty TNHH sx và LS ôtô Chu

Lai- Trường Hải.
7. Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 302 - 06. Bộ Giao Thông Vận Tải Hà Nội.
8. Lê Thượng Hiền, Phạm Xuân Khang: Cơ kỹ thuật – tập 1,2. Đại học Điện lực
2008
9. Đỗ Sanh (chủ biên), Cơ học ứng dụng, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2001
10. Đỗ Sanh (chủ biên) Giáo trình Cơ kỹ thuật, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005
11. Bùi Trọng Lựu (chủ biên), Sức bền vật liệu, NXB Đại học và Trung học
chuyên nghiệp, 1993
12. Chu Tạo Đoan, Cơ học lý thuyết, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2001
13. Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu,..Sức bền vật liệu, NXB Giao thông Vận tải,
Hà nội, 2002.
IiI. Tóm tắt các kết quả nghiên cứu đã đạt được.
Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu đã thiết lập mô hình tính toán
dao động của ôtô chịu kích động từ mấp mô bề mặt đường, từ đó xác định các
thông số dao động của ôtô tác dụng lên khung xương khi chuyển động trên đường.
Tác giả đã thiết lập mô hình và giải bài toán tính độ bền hệ khung xương không
gian của ôtô bằng phương pháp phần tử hữu hạn.
Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Minh Sơn đã đưa ra phương pháp tính biến
dạng và ứng suất khung vỏ xe chịu kích động động học từ hàm ngẫu nhiên của
mấp mô biên dạng đường. Tác giả đã nghiên cứu rất kỹ về kích động động học từ
mấp mô biên dạng đường dưới dạng hàm ngẫu nhiên nhưng nội dung nghiên cứu
là tính biến dạng và ứng suất khung vỏ xe.
Luận án tiến sĩ của tác giả Lưu Văn Tuấn đã xây dựng được mô hình dao

động khảo sát xe ca do Việt Nam đóng, mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và vỏ
là kết cấu đặc trưng của xe ca, từ đó tác giả đã đưa ra được mục tiêu nâng cao độ
êm dịu cho xe khách Ba Đình.

5


IV. Xác định các nội dung nghiên cứu.
Các nôi dung nghiên cứu tính toán cho dầm xe ô tô tải.
Độ bền của khung vỏ ôtô tải bảo đảm không có phần nào của kết cấu mất
khả năng làm việc khi chịu tác động của các loại tải trọng trong giới hạn cho phép.
Dưới tác dụng của các tải trọng ngoài, trên khung vỏ xe xuất hiện các biến dạng
và ứng suất, độ bền có thể được hiểu một cách khác, là lực tác dụng lớn nhất mà
kết cấu khung dầm ngang vỏ có thể chịu được mà ứng suất phát sinh không lớn
hơn giá trị ứng suất cho phép của vật liệu.
Độ bền mỏi cũng là một trong các tiêu chí quan trọng đối với khung vỏ ôtô,
do trong thực tế việc mất khả năng làm việc của kết cấu khung vỏ không chỉ do
quá tải đột ngột vượt quá giới hạn cho phép mà còn do hiện tượng mỏi của vật
liệu khi chịu các tải trọng gây ra sự thay đổi có chu kỳ của ứng suất phát sinh trên
kết cấu.
Các đặc tính của khung vỏ ôtô thường được quan tâm khi thiết kế chế tạo
ôtô là đặc tính dao động, đặc tính ồn rung và đặc tính biến dạng.
Đặc tính dao động của xe liên quan đến độ cứng và sự phân bố khối lượng
của khung vỏ xe. Độ cứng uốn và xoắn có ảnh hưởng đến dao động của kết cấu
khung vỏ, thường được sử dụng như các tiêu chuẩn đánh giá khả năng làm việc
của kết cấu khung vỏ ôtô. Sự phân bố khối lượng của khung vỏ trong không gian
sẽ tạo ra vô số các tần số dao động riêng và tương ứng với chúng là các dạng dao
động riêng của khung vỏ. Do vậy khung vỏ ôtô có thể bị biến dạng cục bộ, tương
ứng là các ứng suất tập trung xuất hiện tại các phần riêng biệt trên kết cấu khi
kích động ngoài có tần số trùng với tần số dao động riêng nào đó của kết cấu.

Đặc tính ổn rung liên quan đến các chỉ tiêu về ồn rung trên ôtô do sự dao
động khung vỏ ôtô khi chuyển động trên đường cũng là một trong các nguồn gây
Ồn rung. Mức độ ồn rung do khung vỏ ôtô phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu và công
nghệ chế tạo khung vỏ ôtô.

6


Đặc tính biến dạng liên quan đến việc nâng cao tính an toàn cho hành
khách. Đặc tính này đảm bảo cho khoang cabin xe ít chịu tác động của các lực va
chạm thông thường. Điều này có nghĩa là kết cấu của khung vỏ ôtô cần phải có
đặc tính biến dạng phù hợp cho các phần khác nhau của ôtô.
Chương 2: CƠ SỞ THỰC TIỂN
I. Cơ sở khoa học để tính toán dầm xe.
Xây dựng bài toán dầm ngang xe tải ta xét đầy đủ hai thành phần nội lực của
mômen uốn M và lực cắt Q. Hiện nay, khi phân tích trạng thái ứng suất biến dạng
của các kết cấu chịu uốn như dầm, khung, tấm... ảnh hưởng của lực cắt và biến
dạng trượt thường bị bỏ qua.
Sử dụng lý thuyết về ứng suất và biến dạng, các tác giả đều cho rằng biến
dạng uốn tỷ lệ với mô men, biến dạng trượt tỷ lệ với lực cắt và biến dạng trượt
này làm cho mặt cắt bị vênh và trượt đi một góc.
Tuy nhiên, khi xây dựng các công thức tính toán nội lực và chuyển vị, giả
thiết Becnuli thường được chấp nhận (tiết diện trước và sau biến dạng vẫn phẳng
và vuông góc với trục dầm), tức là góc trượt này thường bị bỏ qua.
Một số tác giả như X.P. Timôshenkô, O.C Zienkievicz, K. Bathe, W.T.
Thomson đã đề cập tới ảnh hưởng của lực cắt và biến dạng trượt khi phân tích kết
cấu nhưng vấn đề thường bị bỏ ngỏ hoặc không được giải quyết một cách triệt để
kể cả trong các lời giải.
Bằng cách áp dụng phương pháp nguyên lý cực trị Gauss do GS.TSKH Hà
Huy Cương đề xuất, việc xét đồng thời ảnh hưởng của mômen M và lực cắt Q khi

xây dựng bài toán dầm đã được thực hiện và lời giải giải tích cho bài toán này
cũng được đưa ra.

7


II. Cơ sở thực tiễn.
Dầm ngang số 1

8


III. Các dạng hư hỏng khung xe và cách khắc phục xe tải.
Tính toán khung dầm ngang xe ô tô vận tải ISUZU 3,5 tấn nhằm kiểm tra độ
bền, độ mõi, độ uốn, độ dao động của dầm ngang xe tải.
Khung xe tải trong quá trình làm việc theo thời gian sẽ xẩy ra rất nhiều hư hỏng
với mức độ và dạng hỏng rất đa dạng. Tuỳ theo từng loại khung xe và chế
độ tải trọng tác dụng mà khung sẽ có một số dạng hỏng điển hình sau:
- Cong các dầm dọc và dầm ngang.
- Gãy khung không có khả năng phục hổi.
- Nứt khung tại các lỗ bắt ụ nhíp trước và sau.
- Các vết nứt, ứóc rỗ do mỏi.
- Các mối ghép, liên kết đinh tán bị lỏng.
- Sứt vỡ các giá lắp đặt các cụm trên khung.

Các phương pháp sửa chữa khung xe.
Với các vết nứt dầm dọc và dầm ngang có thể sử dụng cácbiện pháp:
- Hàn trực tiếp các vết nứt.

9

- Sử dụng các tấm táp phụ hàn ra ngoài vết nứt, hoặc khoét bỏ vết nứt và hàn
thay thế bằng các tấm táp phụ.
- Khi hàn trực tiếp vết nứt phải sử dụng hàn điện theo các bước sau:
- Làm sạch vùng xung quanh vết nứt.
- Xác định các đầu vết nứt bằng mắt hoặc bằng bột từ tính,...
- Khoan các lỗ chặn có đường kính 5-6 mm ở vị ưí các đầu vết nứt 10mm.
- Đục vát mép ở vết nứt với góc vát 90 độ, sâu 2/3 chiều dầy vật liệu bằng máy

mài, làm sạch.
- Hàn đắp từ hai lỗ chặn vào giữa vết nứt với mối hàn cao hơn bề mặt chi tiết 2

mm.
- Mài phẳng vết hàn.
Khi sử dụng các tấm táp phụ để hàn phục hổi các vết nứt trên khung thì phải
gia công các tấm táp cùng vật liệu chế tạo khung có hình dáng, kích thước phụ
thuộc vào vị trí, hướng nứt và chiều dài các vết nứt. Các phương pháp sửa chữa
khung bằng tấm táp khung, các hình dạng và kích thước của các loại tấm táp sử
dụng trong sửa chữa khung.
Với các mối ghép bị lỏng thường là do mòn các lỗ đinh tán có thể sử dụng các
biện pháp sau:
- Với các lỗ mòn ít hơn 15% đường kính lỗ thì tán lại bằng các đinh tán hoặc

các bu lông có đường kính lớn hơn.
- Với các lỗ mòn nhiều hơn 15% đường kính lỗ thì hàn đắp lỗ bằng phương

pháp hàn điện hoặc hàn hơi, sử dụng các vật liệu hàn có phụ gia chống ăn mòn.
Sau đó làm sạch vị trí hàn, lấy lại tâm và khoan lỗ mới có đường kính theo tiêu
chuẩn.

Với các mối ghép ren bị nới lỏng có thể khắc phục bằng cách sau:
- Chạy lại ren với các mối ghép còn sử dụng được.
- Khoan và tarô lỗ có đường kính lớn hơn đối với các mối ghép có ren bị sứt

hoặc quá mòn.
- Hàn đắp và tarô lỗ ren mới có đường kính tiêu chuẩn

10


Chương 3: NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN DẦM NGANG
XE TẢI ISUZU 3,5 TẤN.
Trong nội dung này chúng ta chỉ kiểm tra bền dầm ngang và độ ổn định dao động
của dầm khi động cơ đạt số vòng quay lớn nhất của xe tải Isuzu.
I. Giới thiệu khung xe tải Isuzu
Khung xe tải isuzu có kết cấu gồm 2 dầm dọc chịu lực chính và 6 dầm ngang

11


Đặc điểm chất tải: Giả sử xe chất đủ tải trọng : 7000 kg
Mặt dưới xe tiếp xúc suốt chiều dài dầm dọc, dầm ngang . Nên có đặc điểm chịu
tải là đối xứng.
Do chịu tải đối xứng nên trong quá trình tính toán chỉ cần tính cho 1 dầm ngang
( dầm số 1) của khung xe.
Hệ thống treo 2 cầu có bộ phận dẫn hướng riêng biệt, các đòn dọc đảm nhận khả
năng truyền lực dọc giữa cầu và thân của xe Isuzu, do vậy khả năng chia đều tải
trọng thẳng đứng vẫn được thực hiện nhờ đòn cân bằng và nhíp lá.
II. Kiểm tra bền dầm ngang khung Isuzu.
II.1 Xác định ứng suất cho phép.

Các dầm ngang của khung xe Isuzu chịu tải trọng động, ứng suất cho phép:
    c  = 330,396 (MPa) = 44000 psi
(Theo [3]).
1,5.kđ  1

Trong đó:
[σc] = 1884(MPa): Giới hạn chảy của vật liệu chế tạo dầm dọc là thép S690A.
Kđ = 2,3 – 3,5: Hệ số tải trọng động.
Chọn Kđ = 2,8.

12


II.2.1 Các giả thiết tính toán.
- Tải phân bố đều trên toàn bộ dầm ngang.
- Tải đối xứng, do đó chỉ cần tính trên 1 dầm ngang.
- Biến dạng của hệ thống treo là nhỏ và không ảnh hưởng đến biến dạng
của dầm ngang chịu lực bên trên.
- Bỏ qua biến dạng trượt.
- Dầm ngang xe Isuzu là dầm siêu tỉnh đối xứng,
- Vật liệu chế tạo dầm ngang và dầm chính đồng chất, cùng tính cơ tính
vật liệu.
- Trong RDM các chi tiết của hệ thống treo được xây dựng với vật liệu có
chất lượng tốt nhất theo RDM cho phép, điều này đảm bảo cho sự biến
dạng của hệ thống treo không ảnh hưởng đến dầm ngang.
II.2.2 Tính toán kiểm tra bền đối với dầm ngang xe Isuzu
Mặt cắt dầm ngang xe tải Isuzu

A= 8,5 in x 25,4 = 215,9 mm
B= 2,76 in x 25,4 = 70 mm

C= 0,24 in x 25,4 = 6mm

13


Các dầm ngang đang xét được sử dụng từ thép S690A, tiết diện
C215,9x70x6mm như hình vẽ có các thông số đặc trưng hình học của mặt
cắt ngang,
 Mặt cắt ngang A - A
- Diện tích mặt cắt ngang (mm2):
2472.
- Mô men quán tính JX , (mm4):
2080,65.104.
- Ứng suất uốn cho phép của vật liệu [], (Mpa):
330,369.
2
- mo dul đàn hồi (N/mm )
2,1x 105
- Khối lượng riêng kg/m
19
- Giới hạn đàn hồi. N/mm2
200
- Khối lượng dầm ngang kg
16,15

14


- Mo men chống uốn Wx mm3
- Diện tích mặt cắt ngang mm2

302
2640

Tải trọng phân bố đều trên chiều dài dầm ngang khung isuzu q (N/m):

q

GTH  GD
LD .nd

 10.06 N / mm

Trong đó:
GTH: Trọng lượng hàng hóa va thùng xe.
GTH= 4500 . 9,81 = 44145 (N).
GD: Tổng trọng lượng của dầm ngang và các chi tiết treo trên ngang
số 1:

khối lượng động cơ ; khối lượng dầm ngang, khối lượng cabo; khối

lượng 3 người trên xe.
GD = Qđc + 6Qn + 2Qd + Qcabo + Qdn3 + Qng .

= 1014,93 . 9,81 = 9956,41 (N).
LD: Chiều dài dầm ngang,LD = 0,85 (m).
nd: Số lượng dầm ngang. nd = 6.

1. Giá trị Lực

RA 

RB 

q .l
2

q .l
2

 q.l   q2.l

15


Rx  q.( 2l  x)
2. Giá trị môm men
850

MA 



qdx . x 2 .( 850  x )
850 2



q .850 2
12

(N.mm)

0

850



MB 

qdx . x 2 .( 850  x )
850 2



q .850 2
12

(N.mm)

0

850

Mc 



qdx .425 2.( 850  425 )

850 2



q .850 2
24

(N.mm)

0

M x  12q .(6.l.x  l 2  6 x 2 )
3. Giá trị chuyển vị tại các điểm khi không kể đến sự ảnh hưởng của lực cắt
chuyển vị lớn nhất đặt tại vị trí giữa dầm.

Ymax 

Yx 

q .l 4
384. E . J

q. x2
24. E . J

(l  x) 2

4. Ứng suất tại các vị trí trên dầm.

x 

Mx
Wx

16


6. Xây dựng biểu đồ nội

17


7. Bảng màu thể hiện mặt cắt ngang chịu ứng lớn nhất là màu đỏ
mơ men uốn ở các tiết diện A và B ln ln lớn hơn mơ men uốn ở tiết diện
C do vậy cốt thép ở A và B sẽ bị chảy dẻo trước.

B

A

Vậy Dầm ngang khung xe tải Isuzu đảm bảo đủ điều kiện bền cho phép

umax = 3,7N/mm2  [u] = 330,369 N/mm2

2 / Tính kiểm bền liên kết giữa các dầm ngang sàn xe và dầm dọc ISUZU:
+ Khi ô tô được phanh với gia tốc cực đại 7 m/s2 sẽ xuất hiện lực quán tính:
Ta kiểm tra độ bền của các bu lông liên kết dưới tác dụng của lực quán tính gây
ra bởi toàn bộ trọng lượng khung vỏ và trọng lượng hành khách khi phanh với gia
tốc cực đại 7 m/s2 (Lực quán tính khi xe quay vòng có giá trò nhỏ hơn lực quán
tính khi phanh gấp).

18


Trọng lượng gây ra lực quán tính:
m = m1 + m2 +mg + mhl = 4500 + 1014,93 = 5514 kG
Ta có:

m1 - khối lượng hàng hóa + thùng xe
m2 -khối lượng thùng cabo và động cơ 3 người đi theo xe

Lực qn tính khi phanh với gia tốc 7 m/s2 :

Fqt 

m.J max 5514.7

 3395kG
g
9,81

Các dầm ngang được bắt chặt với khung bằng 32 con bulong M14. Mỗi bu
long M14 được xiết chặt và tạo ra lực ép 580 kG. Như vậy,lực ép tổng cộng giữa
dầm ngang và dầm dọc:
F = 580.32 = 18560 kG.
Khi đó lực ma sát xuất hiện giữa thùng xe và khung xe:
Fms = (Fblt + F).f
Trong đó: f – hệ số ma sát giữa thép và cao su . f = 0,2.
Fms – (5514 + 18560) . 0,2 = 4814,8 kG 3395kG.
Như vậy, lực ma sát giữa khung vỏ xe và sát xi gây ra bởi các bu lông hoàn

toàn có thể chống lại dòch chuyển dọc của khung vỏ dưới tác dụng của lực quán
tính khi phanh.
Như vậy khung vỏ xe đảm bảo liên kết chắc chắn với sát xi trong mọi điều
kiện chuyển động.

19


8. Kiểm tra bền dầm ngang khi dầm đạt cộng hưởng:
Cơ sở lý thuyết:
Xét trường hợp tổng quát: Thanh có độ cứng lớn chịu lực phức tạp.
*Uốn xiên.
Khi dầm bị uốn xiên (sự kết hợp của hai uốn ngang phẳng), ứng suất pháp σ tại
một điểm bất kỳ trên mặt cắt ngang có tọa độ y và z (hình ) tính theo công thức:


 y cos  z sin  
Mz y Myz

M


 I
Ix
Iy
I y 
x


Trong đó I x và I y - momen quán tính chính trung tâm mặt cắt ngang của dầm; M y

và M z - momen uốn đối với trục y và z, thành phần của momen uốn tổng hợp
M  M y2  M z2

Tác dụng trong mặt phẳng xp xiên góc α đối với mặt phẳng quán tính chính xy của
dầm.
Phương trình đường trung hòa nn có dạng như sau:
y

IzM y
IyM x

z

Ix
ztg   ztg 
Iy

Trong đó:
tg  

IzM y
IyM z



Ix
tg
Iy

Là tg của góc xiên giữa đường trung hòa nn với trục z.

ứng suất pháp cực đại và cực tiểu phát sinh ở điểm xa nhất đối với cả hai trục chính
trung tâm của mặt cắt thì:
 max 

My
Wy



Mz
Wz

và  min  (

My
Wy



Mz
)
Wz

trong đó Wy và Wz là momen chống uốn của mặt cắt đối với trục y và trục z.
Chọn kích thước mặt cắt ngang theo ứng suất pháp theo công thức:
Wz 

M z  cM y

 

Trong đó
c

Wz
Wy

Đối với thép cán chữ C có thể lấy c = 6.
Độ võng f và góc xoay θ của mặt cắt của dầm bị uốn xiên bằng tổng hình học độ

20


võng và góc xoay do các thành phần momen uốn tác dụng trong các mặt phẳng quán
tính chính của dầm, tức là:
f  f y2  f z2 và    y2   z2
Góc quay tổng hợp của mặt cắt là góc mà mặt cắt quay chung quanh đường trung
hòa, còn độ võng tổng hợp thì nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường trung hòa.
Nếu dầm bị uốn xiên do hai hệ ngoại lực khác nhau nằm trong hai mặt phẳng quán
tính chính thì vị trí của đường trung hòa trên mặt cắt ngang phải tính theo công thức:
tg  

Iz M y
.
Iy Mz

Và vị trí độ võng xác định theo công thức tg  '  f z / f y vì
góc β’ giữa phương của độ võng tổng hợp với trục y khác góc
βgiữa đường trung hòa với trục z. Khi đó đường đàn hồi của
dầm là đường cong không gian.

*Trường hợp tổng quát cho dầm chữ C chịu uốn xiên bị
ngàm hai đầu.
Ta phân lực P và tải trọng phân bố đều q thành những
thành phần trên các trục chính trung tâm y và z của mặt
cắt ngang:
Py  P.cos 
Pz  P.sin 

và

q y  q.cos 
q z  q.sin 

Các thành phần momen uốn cực đại tại mặt cắt giữa nhịp:
q y .l2

l
ql 
  P   cos 
4
8
4
2
P .l q .l2 l 
ql 
 z  z   P   sin 
4
8
4
2

M z max 
M y max

Py .l



Do mômen uốn nằm trong mp quán tính
chính zx của dầm những thớ ở bên trái trục y
bị kéo, những thớ ở bên phải bị nén. Do
mômen uốn Mz nằm trong mặt phẳng quán
tính chính yx, những thớ ở dưới trục z bị kéo,
những thớ trên bị nén. Do đó, tại điểm A của
mặt cắt giữa nhịp có ứng suất kéo lớn nhất
σmax, còn tại điểm B có ứng suất nén lớn
nhất σmin .
Những ứng suất này bằng:

d

d
+

_

_
-

+

+

+

21


 M z max

 max   




 Wz

min

M y max 
3l 
ql   cos  sin  

  
 P  

Wy 
2bh 
2  h
b 

Vị trí đường trung hòa nn xác định từ phương trình:
tg  

Iz
h2
.tg  2 tg
Iy
b

Độ võng do My:
5q z l 4
P l3
l3  5

 z

ql  P  sin 
3 
384EI y 48EI y 4Ehb  8


f z max 

Độ võng do Mz: f y max 

5q y l 4
384EI z



Py l 3
48EI z



l3  5

ql  P  cos 
3 
4Ehb  8


Độ võng tổng hợp giữa nhịp:
f 

f y2max  f z2max 

(5ql / 8)  P 3 sin 2  cos 2 
l

4Ehb
b4
h4

*Xét trường hợp góc α = 00 (Trọng lượng của động cơ tác dụng vuông góc
lên dầm)
Độ võng cực đại của công xon là ở đầu tự do. Ta có:
f y max

 10, 6.103.42,54 320.42,53 
1  ql 4 Pl 3 cos  
1





  1,875mm
3
4 
EI z  8
3
8
3
 2,1.10 .2080, 65.10 

0
f z max  0 vì α = 0

Độ võng tổng hợp cực đại: f  f y2max  f z2max = 1,875mm
Tần số dao động riêng của dầm:


g
9,81

 2, 287(ra d / s )
f
1,875

Tần số dao động cưỡng bức:


.nmax .4000

 418,879(rad / s)
30
30

Hệ số động:
Kd 

1
1

 2,981.105
2
2
  
(.4000 / 30)
1  2  1 
(2, 287) 2
  

Khi xảy ra cộng hưởng thì:
  

.n
 2, 287  n  21,839(v / p)

30

Như vậy, trường hợp khi tính cho dầm ở trạng thái động với động cơ quay với
4000v/p , dầm thép chữ C thì đảm bảo độ bền uốn.

22


Chương 4
ỨNG DỤNG PHẦN MỀN RDM6
Kiểm tra bền cho dầm ngang xe tải Isuzu
I. Giới thiệu phần mềm RDM.
- RDM là phần mềm tính toán phần tử hữu hạn.
- RDM là phần mềm nhỏ, gọn, dễ sử dụng, không yêu cầu cấu hình máy
tính lớn
II. Trình tự thực hiện.
- Xây dựng mô hình kết cấu.
- Xây dựng mô hình tải.
- Xác định các điều kiện biên.
- Tính toán và xuất kết quả.
III Tiến hành tính toán.
A. Xây dựng mô hình kết cấu.
 Giới thiệu kết cấu dầm dọc
Dầm ngang được mô hình hoá bởi 01 dầm, bởi 2 nút với tọa độ các nút:
1 (0); 2 (850);
Dầm có tiết diện chữ C với các tiết diện chịu lực của dầm ngang:
Trong quá trình thực hiện giải bài tập, hiện nay trên thế giới có nhiều ứng
dụng để hỗ trợ bài toán cơ học như MS solidworks, ANSYS…đó là những công cụ
hỗ trợ hữu hiệu trong quá trình tính toán, tham khảo. Để thực hiện những bài toán
được mô hình hóa về bài toán sức bền đơn thuần có nhiều phương án tham khảo đơn

giản hơn như SBVL_TDNU, RDM, MD solid. Trong quá trình thực hiện bài tập,
nhóm 1 sử dụng phần mền RDM, quá trình thao tác theo trình tự như phần trình bày
sau đây:
Ứng dụng phần mền RMD 6 trong hỗ trợ quá trình tiến hành giải bài toán:

23


Công cụ giải toán:

BƯỚC 1: KHỞI ĐỘNG PHẦN MỀN RDM

24


BƯỚC 2: CHỌN NÚT CHO BÀI TOÁN

BƯỚC 3: XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ NÚT

25