zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kiến trúc - Xây dựng

Bài giảng Cơ học vật liệu

Chia sẻ: Lý Kiện | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Báo xấu

66
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ học vật liệu có nội dung trình bày về: các khái niệm cơ bản, ứng suất, biến dạng, đặc tính cơ học của vật liệu, kéo - nén đúng tâm, xoắn thuần túy,... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ học vật liệu

BÀI GIẢNG CƠ HỌC VẬT LIỆU
Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.1. KHÁI NIỆM CƠ HỌC VẬT LiỆU 0.2. HÌNH DẠNG VẬT THỂ 0.3. NGOẠI LỰC 0.4. LIÊN KẾT & PHẢN LỰC LIÊN KẾT 0.5. CÁC GIẢ THIẾT CHO BÀI TOÁN CƠ HỌC VẬT LIỆU LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 1 Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.1. KHÁI NIỆM CƠ HỌC VẬT LiỆU - Nghiên cứu giữa tải trọng bên ngoài (external forces) tác động lên vật thể có khả năng biến dạng (deformable body) và cường độ các nội lực (internal forces) bên trong của vật. - Tính toán biến dạng (deformations), tính ổn định (stability) khi chịu tác dụng của các lực bên ngoài. - Dự báo trước tình trạng chịu lực của các vật thể cần thiết kế. Một ộ số ố bài bà toán á cơ học h vật ậ liệu: lệ Vật thể thỏa điều kiện bền: không bị phá hủy (nứt gãy, sụp đổ..) Vật thể thỏa thỏ điều điề kiện kiệ cứng: ứ biế dạng biến d vàà chuyển h ể vịị nằm ằ trong t giới iới hạn h cho h phép hé Vật thể thỏa điều kiện ổn định: bảo toàn hình thức biến dạng ban đầu LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 2
Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.2. HÌNH DẠNG VẬT THỂ Khối: đê đập, móng máy… Tấm, vỏ: sàn nhà, mái, vỏ nồi hơi, vỏ máy bay Thanh: là những vật thể hình dạng dài có kích thước theo một phương rất lớn so với hai phương còn lại, là loại vật thể được dùng rộng rãi trong thực tế như giàn cầu, cột điện, trục máy… LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 3 Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.3. NGOẠI LỰC Là lực tác động từ môi trường t ường hoặc vật ật thể bên ngoài lên vật ật thể đang xét. ét Ngoại lực được phân loại theo nhiều cách khác nhau: - Theo tính chất chủ động và bị động: tải trọng & phản lực: Tải ả trọng làà những lực chủ ủ động, ộ nghĩa làà có ó thểể biết ế trước ớ vềề vị trí, í phương vàà độ ộ lớn; là đầu vào của bài toán & được quy định bởi các quy phạm thiết kế hoặc được tính toán theo kích thước vật thể. Phản Phả lực lự là những hữ lực lự thụ th động, độ phát hát sinh i h tại t i vịị trí t í liên liê kết vật ật thể đang đ xét ét với ới các á vật thể xung quanh nó. - Theo hình thức phân bố: lực tập trung & lực phân bố Lực L tập tậ trung t là lực l tác tá dụng d t i một tại ột điểm điể của ủ vật ật thể; thể khi diện diệ tích tí h truyền t ề lựcl thì coii như lực truyền qua một điểm để đơn giản hóa sự phân tích. Lực phân bố là lực tác dụng lên một diện tích, một thể tích hoặc một đường của vật thể. thể - Theo tính chất tác dụng: lực tĩnh & lực động Lực tĩnh là lực biến đổi chậm hoặc không thay đổi theo thời gian. Lực động là lực thay đổi nhanh theo thời gian. - Theo khả năng nhận biết: tải trọng tiền định & ngẫu nhiên  Tải trọng ọ g tiền định ị là tải trọng ọ g biết trước g giá trịị hoặc ặ qquyy luật ậ thayy đổi theo thời g gian.  Tải trọng ngẫu nhiên là tải trọng chỉ biết được các đặc trưng xác suất thống kê như giá trị trung bình, độ lệch chuẩn. LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 4
Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.4. LIÊN KẾT & PHẢN LỰC LIÊN KẾT - Vật thể ể muốn duy trì hình dạng & vị trí ban đầu khi chịu tác động của ngoại lực thì nó phải liên kết với vật thể khác hoặc với đất (giá). - Tùy theo tính chất ngăn cản chuyển động mà người ta đưa ra các sơ đồ liên kết, thường gặp là gối tựa di động, gối tựa cố định, ngàm. LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5 Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.4. LIÊN KẾT & PHẢN LỰC LIÊN KẾT LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 6
Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.4. LIÊN KẾT & PHẢN LỰC LIÊN KẾT LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 7 Chương 0: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 0.5. CÁC GIẢ THIẾT a) Giả thiết về sơ đồ tính: khi tính toán bài toán cơ học vật liệu cho hệ, hệ vật thể thực được thay bằng sơ đồ tính. b) Giả thiết về vật liệu: vật liệu được coi là liên tục, tục đồng nhất, nhất đẳng hướng và đàn hồi tuyến tính. c) Giả thiết về biến dạng và chuyển vị: - Khi chịu hị tác tá động độ bên bê ngoài, ài vật ật thể có ó biến biế dạng d và à chuyển h ể vịị bé. bé Vì vậy, ậ cóó thể khảo sát sự cân bằng của vật thể hoặc các bộ phận của nó theo hình dạng ban đầu. - Khi vật ật thể có ó chuyển h ể vịị bé và à vật ật liệu liệ đàn đà hồi tuyến t ế tính tí h thì có ó thể áp á dụng d nguyên lý cộng tác dụng: một đại lượng do nhiều nguyên nhân đồng thời gây ra sẽ bằng tổng đại lượng đó do tác động của các nguyên nhân riêng lẻ. LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 8
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.1. TRẠNG THÁI CÂN BẰNG 1.2. NỘI LỰC 1.3. ỨNG SUẤT 1.4. CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT TRONG HỆ TỌA ĐỘ ĐỀ-CÁC 1.5. ỨNG SUẤT PHÁP TRUNG BÌNH CỦA THANH CHỊU TẢI DỌC TRỤC 1.6. ỨNG SUẤT TIẾP TRUNG BÌNH 1.7. ỨNG Ứ SUẤT Ấ CHO PHÉP É LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 1 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.1. TRẠNG THÁI CÂN BẰNG Vật thể ở trạng t ạng thái cân bằng khi vector ecto tổng moment tại một điểm bất kỳ và à vector tổng tất cả các lực bằng tác động lên vật thể bằng không Chiếu lên trục tọa độ: Trong bài toán phẳng LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 2
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC  Xét một vật ật thể chịu chị tác dụng d ng một hệ lực và à ở trạng t ạng thái cân bằng. bằng Trước khi tác dụng lực, giữa các phân tử trong vật thể luôn tồn tại các lực tương tác giữ cho vật thể có hình dáng nhất định.  Dưới tác dụng của ngoại lực, các phần tử của vật thể ể có khuynh hướng xích lại gần nhau hơn hoặc tách xa. Khi đó, lực tương tác giữa các phân tử của vật thể phải thay đổi để chống lại với khuynh hướng dịch chuyển này.  Sự thay đổi ổ của lực tương tác giữa các phân tử trong vật thể ể được gọi là nội lực.  Một vật thể không chịu tác động nào từ bên ngoài như ngoại lực, sự thay đổi nhiệt độ .. được gọi là vật thể ở trạng thái tự nhiên và nội lực của nó được coi bằng không. - Các thành phần nội lực tổng hợp thành một lực FR và một moment MOR tại điểm O bất kỳ. Thông thường điểm O được chọn là trọng tâm của mặt cắt. LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 3 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC - Chiếu Chiế lực FR & moment MOR lên các hệ trục t c tọa độ, độ ta có: có Nz: lực pháp tuyến, có chiều tác dụng vuông góc với mặt cắt, được sinh ra khi ngoại lực tác dụng lên vật có khuynh hướng làm cho vật chịu kéo hay chịu nén. nén Vx & Vy : lực cắt, nằm trên mặt cắt ngang và được sinh ra khi ngoại lực tác dụng lên vật có khuynh hướng làm cho 02 phần của vật trượt lên nhau.  Tz = Mz: moment xoắn, được sinh ra khi ngoại lực tác dụng lên vật có khuynh hướng làm cho hai thành phần của vật xoắn tương đối với nhau.  Mx = My: moment uốn, ố được sinh ra khi ngoại lực tác á dụng lên ê vật ậ cóó khuynh hướng uốn cong vật quanh trục nằm trong mặt cắt ngang. - Xét thanh dầm chịu ị hệệ lực ự như hình dưới. Khi cắt thanh dầm, thì các thành phần nội lực tại mặt cắt của phần ầ bên ê trái á cóó chiềuề ngược lại các thành phần nội lực của phần bên phải LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 4
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC Trong T ong trường t ường hợp bài toán phẳng, phẳng ta chỉ có 3 thành phần nội lực nằm trong t ong mặt phẳng yz, bao gồm Nz, Vy, Mx. Quy ước dấu của các thành phần nội lực này như sau: - Lực dọc xem là dương khi có chiều hướng ra ngoài mặt cắt, cắt tức là gây kéo cho đoạn thanh đang xét. - Lực cắt được xem là dương khi có khuynh hướng làm quay đoạn thanh đang xét theo chiều kim đồng hồ. hồ - Moment uốn được xem là dương khi nó làm căng thớ dưới. LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 5 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC Trình tự các bước để ể xác định các thành phần nội lực tại một mặt cắt ắ trên vật thể:  Xác định các phản lực liên kết tác động lên hệ. hệ  Sơ đồ hóa hệ vật thể với tất cả các lực tác động lên hệ  Áp Á dụng phương pháp mặt cắt để xác định các thành phần nội lực tại vị trí cần khảo sát.  Sử dụng công thức trạng thái cân bằng của hệ vật thể. thể LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 6
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC Ví dụ 01: Xác định các thành phần nội lực tác động lên mặt cắt tại điểm C trên thanh dầm: Giải: Hình 1 1 Hình 1.1 Bước 1: Xác định các phản lực liên kết - Phản lực liên kết tại ngàm A: VA; NA; MA. Tuy nhiên, để xác định các thành phần nội lực tại mặt cắt C ta khôngg cần xác định các phản lực liên kết tại ngàm g A. Bước 2: Xây dựng sơ đồ tất cả các lực tác động lên vật thể ( free-body diagram) Xây dựng sơ đồ các lực tác động lên đoạn CB như hình 1.2. Bước 3: Áp dụng công thức trạng thái cân bằng của vật thể Hình 1.2 Dấu ’ - ’ của Mc chỉ ra rằng Mc có chiều ngược với chiều được thể ể hiện trong sơ đồ các lực của thanh dầm. Hì h 1 3 Hình 1.3 Có thể xác định phản lực tại ngàm A bằng việc xét sơ đồ các lực tác động lên thanh AC LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 7 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC Ví dụ 02: Figure 2.1 Figure 2.2 Figure 2.3 LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 8
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC Ví dụ 03: Figure 3.1 Figure 3.2 LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 9 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC Ví dụ 04: Figure 4.3 Figure 4.4 Figure 4.1 Figure 4.2 LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 10
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC Ví dụ 05: Figure 5.1 Figure 5.2 LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 11 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.2. NỘI LỰC Ví dụ 05: Figure 5.2 LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 12
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.3. ỨNG SUẤT - Ứng Ứ suấtất là một ột đ đạii lượng lượ cơơh học đặ đặc ttrưng ư cho h mức ứ độ chịu hị đựng đự của ủ vật ật liệ liệu tại t i một điểm, ứng suất vượt quá một giới hạn nào đó thì vật liệu bị phá hủy. - Xác định ứng suất là cơ sở để đánh giá mức độ an toàn của vật liệu. - Xét diện tích nhỏ A trên mặt cắt như hình dưới. Lực tác dụng trên diện tích này là F. Lực F có hướng bất kỳ, được chia làm hai thành phần Fn & Ft. Fn : vuông góc với mặt cắt cắt’ - Định nghĩa: Ft : nằm trong mặt cắt. - Ứng suất pháp: là thành phần ứng suất vuông góc với mặt cắt, ký hiệu:  Lực pháp tuyến:  kéo  ứng suất kéo;  nén  ứng suất nén. - Ứng suất tiếp: là thành phần ứng suất nằm trong mặt cắt, ký hiệu:  LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 13 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.4. CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT TRONG HỆ TỌA ĐỘ ĐỀ-CÁC - Lực F được chia thành 3 thành phần trong hệ tọa độ Đề-các. - Ứng suất pháp: z : chiều vuông góc với mặt cắt - Ứng suất tiếp: z : chiều vuông góc với mặt cắt; ,y cchiều x,y: ều của ứ ứng g suất ttiếp ếp - Khi cắt vật bởi sáu mặt trực giao, ta có được phân tố hình hộp chữ nhật biểu diễn trạng thái ứng suất như hình bên - Trạng thái ứng suất tại một điểm: là tập hợp tất cả những ứng suất trên các mặt qua điểm ấy. LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 14
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.4. CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT TRONG HỆ TỌA ĐỘ ĐỀ-CÁC Các yêu cầu cân bằng LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 15 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.4. CÁC THÀNH PHẦN ỨNG SUẤT TRONG HỆ TỌA ĐỘ ĐỀ-CÁC Các yêu cầu cân bằng LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 16
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.5. ỨNG SUẤT PHÁP TRUNG BÌNH CỦA THANH CHỊU TẢI DỌC TRỤC - Xét thanh chịu tải dọc trục; xét mặt cắt vuông góc trục thanh - Các giả thiết: Trước và sau khi chịu lực, trong quá trình biến dạng, thanh vẫn thẳng và mặt cắt ngang của thanh luôn phẳng. (lưu ý: không xét phần ngoài cùng của thanh, nơi có thể bị biến dạng cục bộ) Đường tác dụng của lực P trùng với trục thanh Vật liệu đồng nhất: tính chất cơ học và vật lý tại mọi điểm như nhau. Vật liệu đẳng hướng: tính chất cơ học và vật lý xung quanh một điểm bất kỳ theo hướng bất kỳ như nhau - Sau khi bi biến dạng, thanh bị biến dạng đều LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 17 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.5. ỨNG SUẤT PHÁP TRUNG BÌNH CỦA THANH CHỊU TẢI DỌC TRỤC - Phân bố ứng suất trung bình: Sự biến dạng đều của thanh là do sự phân bố đều của ứng suất pháp trên mặt cắt ngang của thanh. thanh Xét diện tích nhỏ A. Lực tác dụng ở diện tích này là F = .A. Tổng các lực này trên toàn mặt cắt ngang sẽ cân bằng với ngoại lực P. Nếu A  dA thì F  dF và  vẫn không đổi LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 18
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.5. ỨNG SUẤT PHÁP TRUNG BÌNH CỦA THANH CHỊU TẢI DỌC TRỤC  : ứng suất pháp trung bình tại bất kỳ điểm nào trên mặt cắt ngang; P : tổng nội lực pháp tuyến, tác động qua tâm của mặt cắt ngang; A : diện tích mặt cắt ngang của thanh. Kết luận: -Thanh thẳng có vật liệu đồng nhất và đẳng hướng chịu tác dụng của tải trọng dọc trục P đi qua trọng tâm của mặt cắt của thanh, lực P sẽ gây ra sự phân bố ứng suất pháp đều trên toàn bộ mặt cắt Ứ suất có độ lớn  = P/A và có chiều ắ ngang thanh. Ứng phân bố trùng với chiều của nội lực thanh P ở mặt cắt ngang. - Cần ầ lưu ưu ý rằng: ằ g đố đối với ớ bà bài toán oá thanh a thẳng ẳ g chịu ịu nén,, chiều u dà dài là à một ộ yyếu u tố ố qua quan trọng. LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 19 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.5. ỨNG SUẤT PHÁP TRUNG BÌNH CỦA THANH CHỊU TẢI DỌC TRỤC Ví dụ: 01: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 20
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.5. ỨNG SUẤT PHÁP TRUNG BÌNH CỦA THANH CHỊU TẢI DỌC TRỤC Ví dụ: 02: (a) (b) LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 21 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.5. ỨNG SUẤT PHÁP TRUNG BÌNH CỦA THANH CHỊU TẢI DỌC TRỤC Ví dụ: 03: (a) (b) (c) LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 22
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.5. ỨNG SUẤT PHÁP TRUNG BÌNH CỦA THANH CHỊU TẢI DỌC TRỤC Ví dụ: 04: ( ) (a) (b) LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 23 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.6. ỨNG SUẤT TIẾP TRUNG BÌNH - Ứng Ứ suất tiếp là thành phần ứng suất nằm trong mặt cắt của vật (a) (b) (c) - Xét tác dụng của lực F đối với thanh nằm ngang, hai vật đỡ B và D được xem là cứng tuyệt đối. Nếu lực F đủ lớn sẽ làm cho vật liệu của thanh biến dạng và phá hủy theo các mặt AB. - Lực cắt ở hai mặt cắt theo AB và CD là V = 1/2F - Ứng suất tiếp trung bình ở hai mặt cắt là avg avg : ứng suất tiếp trung bình, bình được xem là như nhau cho mọi điểm trên mặt cắt này; V : lực cắt nằm trên mặt cắt, avg có cùng chiều với lực cắt; A : diện tích mặt cắt . LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 24
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.6. ỨNG SUẤT TIẾP TRUNG BÌNH Lực cắt đơn: - Xét hai tấm thép mỏng được liên kết với nhau bằng bulông như hình (a) và hai tấm gỗ được dán với nhau như hình (b). - Giả sử rằng ằ bulông không siết quá chặt, khi đó bỏ qua lực ma sát. - Chiều dày hai tấm thép mỏng nên bỏ qua moment gây ra bởi hai lực F. (a) (b) Lực cắt đôi: -Xét các tấm thép mỏng được liên kết với nhau bằng bulông như hình (c) và các tấm gỗ được dán như hình (d) (d). -Xét hai mặt cắt ở các mặt liên kết, trên thân bulông và mặt liên kết các tấm gỗ sẽ có các thành phần lực cắt V= F/2. (c) (d) LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 25 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.6. ỨNG SUẤT TIẾP TRUNG BÌNH Ví dụ: 01 (a) (b) (c) LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 26
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.6. ỨNG SUẤT TIẾP TRUNG BÌNH Ví dụ: 01 (d) (e) LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 27 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.6. ỨNG SUẤT TIẾP TRUNG BÌNH Ví dụ: 02 (a) (e) (b) (c) (d) LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 28
Chương 1: ỨNG SUẤT 1.6. ỨNG SUẤT TIẾP TRUNG BÌNH Ví dụ: 03 (a) LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 29 Chương 1: ỨNG SUẤT 1.7. ỨNG SUẤT CHO PHÉP Là giá trị giới hạn để đảm bảo cho vật thể làm việc, tức là ứng suất sinh ra trong quá trình làm việc không được vượt qua giá trị ứng suất cho phép. Hệ số an toàn: LTA_ Cơ học vật liệu (215004) 30

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2428 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.