8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
Bài giảng CƠ HỌC ỨNG DỤNG
CBGD: Nguyễn Duy Khương email : ndkhuong@hcmut.edu.vn
106B4, Bộ môn Cơ Kỹ Thuật, ĐHBK TP.HCM
Lĩnh vực ứng dụng của Cơ học
robotics
vibrations, stability and strength of structures and machines
rocket and spacecraft design
automatic control
engine performance
molecular, atomic and sub atomic behavior
fluid flow
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 1
8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
Lịch sử ngành Cơ học
Archimedes (287 B.C. ‐ 212 B.C.) “Nguyên lý đòn bẩy” và “nguyên lý lực nổi”
Newton Newton (1643‐1727) (1643‐1727) “Định luật chuyển “Định luật chuyển động” và “Định luật động” và “Định luật vạn vật hấp dẫn” vạn vật hấp dẫn”
Simon Stevin (1548‐1620) “Công thức định luật cộng vector lực” và “hầu hết các công thức của tĩnh học”
Galileo Galileo (1564‐1642) (1564‐1642) “Phát minh ra bài “Phát minh ra bài toán động lực học toán động lực học với thí nghiệm hòn với thí nghiệm hòn đá rơi tự do” đá rơi tự do”
“Give me a place to stand on, and I will move the Earth”
Da Vinci, Varignon, Euler, D’Alembert, Lagrange, Laplace and …
Chương trình môn học
Môn học Cơ Học Ứng Dụng
Phần 1 TĨNH HỌC
Phần 2 CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG
Phần 3 CÁC BỘ TRUYỀN ĐỘNG
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 2
8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
Nội dung môn học
Phần 1 TĨNH HỌC
Lực
Môment
Hợp lực và đưa các lực tác dụng lên vật rắn về dạng tối giản
RF
F3
ORM F1
F4
F2
Kết quả
Dữ kiện
Xác định điều kiện cân bằng của các hệ lực tác dụng lên vật rắn F1 F6 ?
Điều kiện
F5 ? F3
Phản lực liên kết
Hệ lực và môment
cân bằng hệ lực
F2
F4
Nội dung môn học
Các mô hình ví dụ cho bài toán tĩnh học
Xác định lực căng dây
Tính phản lực tại A, B, D
Tác động của vật lên khớp tay
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 3
8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
Nội dung môn học
Phần 2 CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG
Lực, môment
Ứng suất, biến dạng, chuyển vị
• Có đủ bền, có bị hư hỏng không?
10000 N
• Hư hỏng nếu có xảy ra ở chỗ nào? Làm sao để khắc phục hư hỏng?
• Nếu đủ bền thì chuyển vị tại vị trí
đầu dầm là bao nhiêu?
Nội dung môn học
• Biểu đồ mô‐men uốn
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 4
8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
Nội dung môn học
• Ứng suất uốn
Nội dung môn học
• Chuyển vị theo phương Y
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 5
8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
Nội dung môn học
Nội dung môn học
Phần 3 CÁC BỘ TRUYỀN ĐỘNG
Bộ truyền đai
Bộ truyền xích
Trục ‐ Ổ trục – Nối trục
Bộ truyền bánh răng
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 6
8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
Bộ truyền đai
Bộ truyền xích
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 7
8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
Bộ truyền vô cấp (CVT)
Nội dung môn học
Học môn này để làm gì? Có ích gì cho công việc sau này?
Làm sao để học tốt môn này?
Cách tính điểm ra sao?
Kiểm tra giữa kỳ
: 20%
Thi cuối kỳ
: 80%
Tài liệu tham khảo
[1] Cơ học (tập 1), Đỗ Sanh, NXB GD, 2005.
[2] Bài tập Cơ học (tập 1), Đỗ Sanh, NXB GD, 2005.
[3] Giáo trình Cơ Ứng Dụng, Ngô Kiều Nhi & Trương Tích Thiện, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2006.
[4] Bài tập Cơ Ứng Dụng, Phan Thị Bích Nga, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2008.
[5] Cơ sở Thiết kế máy, Nguyễn Hữu Lộc & Nguyễn Tuấn Kiệt, ĐHBK Tp.HCM, 1999
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 8
8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
Phần 1: TĨNH HỌC
Hai vấn đề chính cần giải quyết là:
• Thu gọn hệ lực
• Điều kiện cân bằng của hệ lực
Chương 1: Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
Chương 2: Thu gọn hệ lực, điều kiện cân bằng
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
NỘI DUNG
1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen
2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 9
8/25/2014
Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen
Lực
Đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng cơ học của vật thể này lên vật thể khác
F
(
,
)
F F , x y
F z
z
zF
F
yF
y
xF
x
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen
•A< •A~S Lực phân bố q trên miền diện tích A F q
i Giảng viên Nguyễn Duy Khương 10 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Cách tính lực phân bố thành lực tập trung và vị trí điểm đặt Độ lớn lực tập trung Điểm đặt lực Nhận xét: •Độ lớn bằng diện tích lực phân bố •Điểm đặt tại vị trí trọng tâm của lực phân bố 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen y Độ lớn của lực tổng hợp của lực phân bố 3 y f x
( ) x L L 4 L 3
x dx F f x dx
( ) 0 x
04 F 0
4
L
4
Điểm đặt của lực tổng hợp L L 5 L 4 4
x dx 4 x f x dx
( ) 0 0 0 x L 4
L x
5
4
L ( )
f x dx 0 L x
Giảng viên Nguyễn Duy Khương 11 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Các trường hợp lực phân bố đặc biệt •Phân bố đều Lực phân bố đều q trên chiều dài L F q q F q L * / 2L / 2L L •Phân bố tam giác Lực phân bố đều q trên chiều dài L q q F q L
* / 3L 2 / 3L L 1
2 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Mômen Đại lượng vectơ đặc trưng cho tác
dụng cơ học làm vật thể quay Giảng viên Nguyễn Duy Khương 12 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Mômen của lực đối với trục F M F F d F^ Góc hợp bởi lực F và trục là góc
F
F^= +
F Phương chiều và độ lớn
M M
d F
sin O d F
Dấu (+) nếu nhìn từ đỉnh trục thấy xu hướng quay
ngược chiều kim đồng hồ
Dấu (‐) ngược lại 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Giảng viên Nguyễn Duy Khương 13 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Mômen của lực đối với trục
Tổng các mômen M F d
i iF i 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Ví dụ 1: Tính mô‐men của các hệ sau đây Giảng viên Nguyễn Duy Khương 14 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Ví dụ : Tính mô‐men tại O Giảng viên Nguyễn Duy Khương 15 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Mômen của lực đối với một tâm sin F r Fd ( sin )
M r F M rF
O O 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Mômen của lực đối với một tâm
r
F ( ( ) , , , ) r r r
,
x
y
z F F F
y
z x ( ( (
M
O
r F r F i
)
y y z z
r F r F j
)
x
z x z r F
x
y
r F k
)
y
x Giảng viên Nguyễn Duy Khương 16 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Ngẫu lực: là hai vectơ lực có tính chất sau •Cùng phương
•Ngược chiều
•Cùng độ lớn
•Khác giá
AB F
OM F B F A 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Giảng viên Nguyễn Duy Khương 17 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Lực căng cơ Ft bằng
bao nhiêu để tổng
moment
tại điểm A
bằng 0? Moment tại điểm A là
điểm tiếp xúc của
chân với mặt đất
bằng bao nhiêu? Giảng viên Nguyễn Duy Khương 18 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Hệ tiên đề tĩnh học Tiên đề 1
' 0
Hệ hai lực cân bằng khi và chỉ khi chúng có cùng đường tác dụng hướng
ngược chiều nhau, cùng độ lớn
F F
'F
'F S S
F
F Tiên đề 2 Thêm hay bỏ đi cặp lực cân bằng (F,F’)=0 cũng không làm thay đổi tác dụng
của hệ lực
2F
'F S
1F
F
3F 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Tiên đề 3 (tiên đề hình bình hành lực)
AF Hệ hai lực đặt tại một điểm tương đương với một lực đặt tại điểm đó được
biểu diễn bằng vecto đường chéo hình bình hành có hai cạnh là hai lực
thành phần.
F F
1
2
F
A
1F
A
2F Tiên đề 4 (tiên đề lực tương tác) Lực tác dụng và phản tác dụng giữa hai vật là hai lực lần lượt đặt lên mỗi vật
tương tác chúng cùng đường tác dụng, hướng ngược chiều nhau và cùng
cường độ 2S
F
'F 1S Giảng viên Nguyễn Duy Khương 19 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Tiên đề 5 (tiên đề hóa rắn) Vật biến dạng đang cân bằng hóa rắn lại vẫn cân bằng (điều ngược lại không
đúng) Tiên đề 6 (tiên đề giải phóng liên kết) Vật không tự do có thể xem là vật tự do nếu ta thay thế các vật gây liên kết
bằng các phản lực liên kết 2S
F 2S 1S 1S
'F 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen dof 3 n 3
y vat B A n R n vat tu do
3
Bậc tự do của vật (dof – degree of freedom)
Là số thông số độc lập xác định chuyển động của vật hoặc là đại lượng đặc
trưng cho mức độ tự do của vật thể.
dof
1
dof
dof n R 3 n vat tu do co R rang buoc
2 D C n : là số vật
R : là số ràng buộc dof n R 6 3 D
x Phân loại tính chất cơ hệ dựa vào bậc tự do
dof : hệ tĩnh định (hệ cân bằng với mọi loại tải tác động)
0
dof : hệ động
0
dof : hệ siêu tĩnh (=‐1 siêu tĩnh bậc 1; ‐2 siêu tĩnh bậc 2)
0 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 20 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Số ràng buộc R=1 (hoặc 0,5) Mô hình liên kết tựa trong lý thuyết N F BN BN C AN B AN B A CN A 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Giảng viên Nguyễn Duy Khương 21 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Khớp bản lề cố định
Số ràng buộc R=2
F
F
x
F
y AR yA A A Mô hình liên kết khớp bản lề trong lý thuyết
yA
A A xA A xA A 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Khớp bản lề di động Số ràng buộc R=1 A Giảng viên Nguyễn Duy Khương 22 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Khớp bản lề nội Số ràng buộc R=2 A 'xA yA A 'yA A xA 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Số ràng buộc R=3 zF yF xF Giảng viên Nguyễn Duy Khương 23 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Số ràng buộc R2D=3 Mô hình liên kết trong lý thuyết Số ràng buộc R3D=6 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Số ràng buộc R=1 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 24 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết (1) (2) (3) (4) (5) Giảng viên Nguyễn Duy Khương 25 8/25/2014 Khoa Khoa Học Ứng Dụng
Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết (2) (1) (4) (3) Giảng viên Nguyễn Duy Khương 26q
F
A
S
Điểm đặt lực tổng F tại trọng tâm của lực phân bố
q
F
S
A
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực
Ví dụ: Tính lực tổng hợp của lực phân bố có hàm số f(x)=x3
4
5
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
1. Phản lực liên kết tựa
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
2. Phản lực liên kết khớp bản lề
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
2. Phản lực liên kết bản lề cầu (khớp cầu)
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
3. Phản lực liên kết ngàm
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
4. Phản lực liên kết dây
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
Phản lực liên kết thanh
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
Một số loại liên kết đặc biệt trong hai chiều
CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết
Một số loại liên kết đặc biệt trong ba chiều
