Bài giảng môn Sức bền vật liệu - Chương 2: Thanh chịu kéo (nén) đúng tâm

Trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng và cơ khí, việc phân tích và thiết kế các cấu kiện chịu tải là một yêu cầu tối quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả của các công trình. Chương này tập trung vào nghiên cứu thanh chịu kéo (nén) đúng tâm, một loại cấu kiện cơ bản và phổ biến trong nhiều hệ thống kết cấu, từ cầu đến giàn mái. Việc nắm vững các nguyên lý cơ bản về phản ứng của vật liệu dưới tác dụng của nội lực và tải trọng ngoài là nền tảng cho mọi phân tích kết cấu. Mục tiêu là cung cấp cái nhìn sâu sắc về ứng suất pháp, biến dạng và các tính chất cơ học của vật liệu, từ đó đặt cơ sở cho việc đánh giá điều kiện bền và thiết kế an toàn.

Sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng, cơ khí, vật liệu học; kỹ sư và nhà thiết kế kết cấu cần tìm hiểu hoặc ôn tập về cơ học vật liệu.

Chương 2 cung cấp một cái nhìn toàn diện về hành vi của thanh chịu kéo (nén) đúng tâm, bắt đầu từ định nghĩa cơ bản và khái niệm nội lực phát sinh trong cấu kiện. Phần này giải thích cách xác định lực dọc thông qua phương pháp mặt cắt và các phương trình cân bằng tĩnh, làm nền tảng cho việc phân tích sâu hơn. Tiếp theo, chương trình bày chi tiết về ứng suất pháp trên mặt cắt ngang, dựa trên các giả thiết quan trọng về biến dạng như giả thiết mặt cắt ngang phẳng của Bernoulli và giả thiết về sự độc lập của các thớ dọc. Từ đó, công thức xác định ứng suất pháp (σ_z = N_z / A) được suy ra, liên kết trực tiếp với định luật Hooke (σ_z = Eε_z) trong giai đoạn đàn hồi. Chương cũng đi sâu vào khái niệm biến dạng, bao gồm độ dãn dài tuyệt đối và biến dạng dài tỉ đối, đồng thời giới thiệu hệ số Poisson để mô tả biến dạng ngang. Các đặc trưng cơ học của vật liệu được thảo luận, là yếu tố then chốt để hiểu phản ứng của vật liệu dưới tải trọng. Cuối cùng, chương đề cập đến thế năng biến dạng đàn hồi, một khái niệm quan trọng trong phân tích năng lượng, và cách xác định ứng suất cho phép cùng hệ số an toàn để đảm bảo điều kiện bền của cấu trúc. Khả năng giải quyết bài toán siêu tĩnh cũng được giới thiệu, hoàn thiện bức tranh về phân tích và thiết kế thanh chịu tải dọc trục. Nội dung này có giá trị ứng dụng cao trong thiết kế các cấu kiện kết cấu, giúp kỹ sư đánh giá chính xác khả năng chịu lực và biến dạng của vật liệu, từ đó đảm bảo an toàn và tối ưu hóa chi phí cho các công trình.