Tài liệu Sức bền vật liệu P1 pptx

1
Sức bền vật liệu
Mục đích của môn học nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức
cơ bản về việc tính toán, thiết kế các chi tiết máy, kết cấu công trình.

Chơng 1.

Những khái niệm cơ bảN
I. Nhiệm vụ v đối tợng của sức bền vật liệu
1. Nhiệm vụ

Tính toán về độ bền, độ cứng v độ ổn định của các bộ phận công
trình hoặc các chi tiết máy. Khi thiết kế các bộ phận công trình hoặc các
chi tiết máy, ta phải thoả mãn các điều kiện sau:
- Chi tiết không bị phá hỏng hay đảm bảo
điều kiện bền
.
- Độ biến dạng của chi tiết không vợt quá mức độ cho phép hay đảm
bảo
điều kiện cứng
.
- Chi tiết luôn giữ đợc hình dáng ban đầu hay đảm bảo điều kiện
ổn
định
.
2. Đối tợng nghiên cứu
Vật rắn biến dạng
: về vật liệu l các vật thể có tính
đn hồi tuyệt đối
,

về mặt hình học chủ yếu l các thanh. Ngoi ra các dạng khác nh: tấm,
vỏ, ống dy, đĩa, v.v. Thông thờng xét một trong ba cấu hình sau:

Khối (hình 1.1)
Tấm v vỏ (hình 1.2)
Thanh (hình 1.3)




Hình 1.3
a)
b)
F - diện tích mặt cắt ngang
Trục thanh
Hình 1.1
Hình 1.2

2
II. Một số giả thuyết cơ bản về vật liệu
1. Giả thuyết về sự liên tục, đồng nhất v đẳng hớng
Dới tác dụng của ngoại lực mọi vật rắn thực đều bị biến dạng, nghĩa
l biến đổi hình dạng v kích thớc, đó l vì ngoại lực lm thay đổi vị trí
tơng đối vốn có giữa các phân tử cấu tạo nên vật rắn ấy.

Tính liên tục
: vật rắn đợc gọi l
liên tục
nếu mỗi phân tố bé tuỳ ý
của nó đều chứa vô số chất điểm sao cho trong vật thể không có lỗ rỗng.

Tính đồng nhất
có nghĩa l tại mọi điểm trong vật thể, vật liệu có
tính chất lý - hoá nh nhau.


Tính đẳng hớng
l tính chất cơ - lý của vật liệu theo mọi phơng
đều nh nhau.
2. Giả thuyết về sự đn hồi, biến dạng v chuyển vị bé
Vật rắn đợc gọi l đn hồi (hay rõ hơn, đn hồi tuyệt đối) nếu có khả
năng phục hồi hon ton hình dạng v kích thớc vốn có sau khi ngoại lực
thôi tác dụng, biến dạng đợc khôi phục hon ton sau khi hết ngoại lực
đợc gọi l biến dạng đn hồi.
Vật đn hồi tuyến tính l vật m biến dạng l đn hồi v tỉ lệ bậc nhất
với nội lực. Những vật đn hồi khác đợc gọi l vật đn hồi phi tuyến.
Biến dạng bé có thể hiểu l nó nhỏ đến mức nh những đại lợng vô
cùng bé. Chuyển vị l rất bé so với kích thớc của vật thể.
3. Giả thuyết về quan hệ giữa lực v biến dạng

Giữa ngoại lực tác động lên vật thể v biến dạng của nó có mối
quan hệ biểu diễn bởi một hm số no đó. Nếu hm số đó l bậc nhất ta
gọi vật liệu tuân theo quy luật
tuyến tính
. Nếu hm số đó không phải bậc
nhất ta gọi l quy luật
phi tuyến
. Trong chơng trình sức bền vật liệu, ta
chỉ xét đến quy luật tuyến tính giữa lực v biến dạng.

3
III. Ngoại lực, nội lực
1. Ngoại lực

Ngoại lực bao gồm
tải trọng
(
tĩnh
v
động)

v các
phản lực liên kết
.

Tải trọng gồm:
-
Lực tập trung
-
Lực phân bố
(
hình 1-4
)
-
Ngẫu lực tập trung
(
mômen tập trung
) hoặc

phân bố
(
hình 1-5
).
2. Nội lực

Phần lực tác dụng
tơng hỗ để chống lại tác
dụng của ngoại lực gọi l
nội lực
.


Phơng pháp mặt cắt
xác định nội lực.

Các thnh phần nội lực
(hình 1-9)
v quy ớc về dấu
(hình 1-10)
:


Lực dọc N
z
; lực cắt Q
x
, Q
y
; mômen uốn M

x
, M
y
; mômen xoắn M
z
.

IV. Biến dạng v ứng suất
Hình 1-8
Hình 1-9

M
z
>0
M
x
M
x
>0
Q
y

N
z


N
z

N
z
> 0
N
z


N
z

N
z
< 0
Q
y
> 0
Q
y
Q
y
< 0
Q
y

Q
y
M
x
M
x

M
x
<0
M
x

Hình 1-10

M
z
<0
l
z

a

q
1
kN/m
2
q=q
1
.b
q(z)
dz
a)
b)
c)
Hình 1-4

b

kN/m
Hình 1-5

a
P
P
M=P.a
m (kN/m
2
)
a
b
a)
b)
Hình 1-6

Hình 1-7


4
1. Biến dạng

Biến dạng cơ bản đợc phân loại theo thnh phần nội lực trên hệ
trục quán tính chính trung tâm.

a. Kéo (hoặc nén) đúng tâm
(hình 1-11):

Hệ nội lực ở mặt cắt ngang tơng đơng với một lực dọc
z
N
G


Hình 1-11

b. Cắt (hay trợt)
(hình 1-12)
Hệ nội lực ở mặt cắt
ngang tơng đơng với
một lực ngang
y
Q
G
(hoặc
x
Q
G
).
c. Xoắn
(hình 1-13).

Hệ nội lực ở mặt cắt
ngang tơng đơng với
một ngẫu lực có mômen M
z
nằm trong mặt cắt

d. Uốn
(hình 1-14).
Uốn thuần tuý: Hệ nội lực ở mặt cắt ngang tơng đơng với một ngẫu
lực có mômen M
x
(hoặc M
y
). Uốn ngang: Q
y
, M
x
(Q
x
, M
y
)

Hình 1-14

2. ứng suất
Hình 1-13
Hình 1-12


5

Cờng độ của nội lực tại một điểm no đó trên mặt cắt đợc gọi l
ứng suất ton phần, ký hiệu
p
G

(hình 1-15).

ứng suất trung bình tại điểm M ký hiệu l:
tb
P
p
F

=

JG
G
(1-1)

ứng suất ton phần tại điểm M:

F0
P
p lim
F


=

JG
G
[lực/chiều di
2
] (1-2)

ứng suất ton phần
p
G
phân lm hai thnh phần (hình 1-15): ứng suất
pháp, ký hiệu

, ứng suất tiếp, ký hiệu

:

22
p =+
(1-3)
Có thể phân ứng suất
p
G
thnh ba phần theo 3 trục toạ độ l ứng suất
pháp
z
v ứng suất tiếp
zx
,
zy
(hình 1-17).
Quan hệ giữa ứng suất v các nội lực có hệ thức sau:
()
= = = =
= =

xzx yzy z z x z
FFF F
yzz zyzx
FF
Q dF;Q dF;N dF ;M y dF;
M x dF;M x y dF
(1-4)
Quy ớc dấu của ứng suất
:

ứng suất pháp đợc coi l dơng nếu nó đi ra khỏi mặt cắt.

ứng suất tiếp đợc coi l dơng nếu khi quay pháp tuyến ngoi của
mặt cắt cùng chiều kim đồng hồ m chiều của nó trùng với chiều của ứng
suất tiếp.
V. Quan hệ giữa ứng suất v biến dạng
I

Hình 1-16
Hình 1-15
Hình 1-17