Cơ Khí Học - Ứng Suất Vật Liệu part 6

Chia sẻ: Qdqwfqf Fwefwef | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

67
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'cơ khí học - ứng suất vật liệu part 6', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Cơ Khí Học - Ứng Suất Vật Liệu part 6

N zI 30 N zII − 10 = 3 kN/cm 2 , = −1 kN/cm 2 σI = σ II = = = F1 10 F1 10 N zIII − 10 N zIV 10 = −0,5 kN/cm 2 , = 0,5 kN/cm 2 σ III σ IV = = = = F2 F2 20 20 Ñeå xaùc ñònh bieán daïng doïc toaøn phaàn chính laø bieán daïng daøi tuyeät ñoái cuûa thanh ta söû duïng coâng thöùc (3.3’) aùp duïng cho boán ñoaïn cuûa thanh. − 10 × 50 − 10 × 30 10 × 30 30 × 50 ΔL = = 0,005 cm + + + 2 × 10 × 10 2 × 10 × 10 2 × 10 × 20 2 × 10 4 × 20 4 4 4 Bieán daïng doïc mang daáu + nghóa laø thanh bò daøi ra. Ta coù theå tính bieán daïng baèng phöông phaùp coâïng taùc duïng. 20x30 30 × 100 + 30x60 − 40x50 - 40x60 = 0,005cm ΔL= + + + + 4 4 4 4 2 × 10 × 10 2 × 10 × 20 2 × 10 × 10 2 × 10 × 20 2x10 4 x20 3.4. ÑAËC TRÖNG CÔ HOÏC CUÛA VAÄT LIEÄU 1. Khaùi nieäm Vaán ñeà cuûa chuùng ta laø caàn phaûi so saùnh ñoä beàn, ñoä cöùng cuûa vaät lieäu khi chòu löïc vôùi öùng suaát bieán daïng cuûa vaät lieäu cuøng loaïi ñaõ bieát. Ta caàn thí nghieäm keùo, neùn ñeà tìm hieåu tính chaát chòu löïc vaø quaù trình bieán daïng töø luùc baét ñaàu chòu löïc ñeán luùc phaù hoûng cuûa caùc loaïi vaät lieäu khaùc nhau. Ngöôøi ta phaân vaät lieäu thaønh hai loaïi cô baûn: Vaät lieäu deûo, vaät lieäu doøn. Nhö vaäy coù boán thí nghieäm cô baûn sau: d0 2. Thí nghieäm keùo vaät lieäu deûo (theùp) 1- Maãu thí nghieäm Theo tieâu chuaån TCVN 197 - 85 L (H.3.5) 0 Chieàu daøi Lo thí nghieäm laø ñoaïn thanh H.3.5 ñöôøng kính do, dieän tích Fo 2- Thí nghieäm Taêng löïc keùo töø 0 ñeán khi maãu ñöùt, vôùi boä phaän veõ bieåu ñoà cuûa maùy keùo, ta nhaän ñöôïc ñoà thò quan heä giöõa löïc keùo P vaø bieán daïng daøi ΔL cuûa maãu nhö H.3.6. Ngoaøi ra sau khi maãu bò ñöùt ta chaép maãu laïi, maãu seõ coù hình daùng nhö H.3.7. 3- Phaân tích keát quaû Quaù trình chòu löïc cuûa vaät lieäu coù theå chia laøm ba giai ñoaïn. Ptl OA: ñaøn hoài, P vaø ΔL baäc nhaát, Löïc lôùn nhaát laø löïc tæ leä Ptl. σ tl = (3.5) Fo 5 http://www.ebook.edu.vn
AD: giai ñoaïn chaûy, löïc keùo khoâng taêng nhöng bieán daïng taêng lieân tuïc. Löïc Pch keùo töông öùng laø löïc chaûy Pch vaø ta coù giôùi haïn chaûy. σ ch = (3.6) Fo DBC: giai ñoaïn cuûng coá (taùi beàn), töông quan giöõa löïc P vaø bieán daïng ΔL Pb laø ñöôøng cong. Löïc lôùn nhaát laø löïc beàn PB vaø ta coù giôùi haïn beàn. σ b = Fo (3.7) P B PB d 1, A 1 C D Pch Ptl A L1 H.3.7 ΔL O H.3.6 Neáu chieàu daøi maãu sau khi ñöùt (H.3.7) laø L1 vaø dieän tích maët caét ngang nôi ñöùt laø A1 thì ta coù caùc ñònh nghóa ñaëc tröng cho tính deûo cuûa vaät lieäu nhö sau: L − L1 Bieán daïng daøi töông ñoái (tính baèng phaàn traêm):δ = 0 100% (3.8) Lo Fo − F1 Ñoä thaét tyû ñoái (tính baèng phaàn traêm): ψ = 100 % (3.9) Fo 4- Bieåu ñoà σ -ε (bieåu ñoà qui öôùc) Töø bieåu ñoà P-ΔL ta deã daøng suy ra bieåu ñoà töông σ quan giöõa öùng suaát σ z = P Fo vaø bieán daïng daøi töông ñoái ε z = ΔL Lo . B σb C Bieåu ñoà naøy coù hình daïng gioáng nhö bieåu ñoà P - ΔL D (H.3.8). Treân bieåu ñoà chæ roõ σ tl , σ ch , σ b vaø caû moâ ñun σch σtl A ñaøn hoài: σ = tanα E= α ε ε O H.3.8 Neáu keå ñeán söï bieán ñoåi dieän tích maët caét ngang ta seõ coù bieåu ñoà töông quan giöõa ε z vaø öùng suaát P thöïc (ñöôøng neùt ñöùt). 3. Thí nghieäm keùo vaät lieäu doøn Pb Ñöôøng cong thöïc Bieåu ñoà keùo vaät lieäu doøn coù daïng ñöôøng Ptl cong (H.3.9). Vaät lieäu khoâng coù giôùi haïn tyû leä Ñöôøng qui öôùc vaø giôùi haïn chaûy maø chæ coù giôùi haïn beàn. 6 ΔL O http://www.ebook.edu.vn H.3.9
Pb (3-10) σb = Fo Tuy vaäy ngöôøi ta cuõng qui öôùc moät giôùi haïn ñaøn hoài naøo ñoù vaø xem ñoà thò quan heä löïc keùo vaø bieán daïng laø ñöôøng thaúng (ñöôøng qui öôùc). P 4. Neùn vaät lieäu deûo d Bieåu ñoà neùn vaät lieäu h deûo nhö H.3.10a. Ta chæ xaùc ñònh ñöôïc giôùi haïn tyû b) P leä vaø giôùi haïn chaûy, maø P ch tl khoâng xaùc ñònh ñöôïc giôùi haïn beàn do söï phình ngang cuûa maãu laøm cho dieän tích O ΔL maët caét ngang maãu lieân a) c) d) H.3.10 tuïc taêng leân. Sau thí nghieäm maãu coù daïng hình troáng (H.3.10c). 5. Neùn vaät lieäu doøn. Ñöôøng cong töông töï bieåu ñoà keùo vaät lieäu doøn. Pb. Nghieân cöùu caùc thí nghieäm keùo vaø neùn caùc vaät lieäu deûo vaø doøn, ngöôøi ta thaáy raèng: giôùi haïn chaûy cuûa vaät lieäu deûo khi keùo vaø neùn nhö nhau, coøn ñoái vôùi vaät lieäu doøn giôùi haïn beàn khi keùo beù hôn nhieàu so vôùi giôùi haïn beàn khi neùn. 3.6. THEÁ NAÊNG BIEÁN DAÏNG ÑAØN HOÀI (TNBDÑH) 1- Khaùi nieäm Xeùt thanh chòu keùo laøm vieäc trong giai ñoaïn ñaøn hoài (H.3.13a). Löïc taêng daàn töø 0 ñeán giaù trò P, thanh daõn ra töø töø ñeán giaù trò ΔL. Boû löïc, thanh veà vò trí ban ñaàu. Ngöôøi ta noùi coâng cuûa W cuûa ngoaïi löïc phaùt sinh trong quaù trình di chuyeån ñaõ chuyeån hoùa thaønh theå naêng bieán daïng ñaøn hoài U tích luõy trong thanh vaø chính theá naêng naøy laøm cho thanh ñaøn hoài sau khi khoâng taùc duïng löïc. 2- Tính theá naêng bieán P daïng ñaøn hoài P vaø ΔL bieåu dieãn A P + dP P nhö H.3.13b. Coâng cuûa L löïc P treân chuyeån dôøi ΔL. ΔL C ΔL O 7 ΔL dΔL P http://www.ebook.edu.vn a) b) H.3.13
dW = (P + dP)dΔL = PdΔL + dPdΔL= PdΔL Suy ra coâng cuûa löïc keùo P taêng töø 0 ñeán P ñöôïc bieåu thò baèng dieän tích tam giaùc OAC. PΔL W= 2 PΔL P 2 L Coâng naøy bieán thaønh TNBD ÑH U: (3.11) U=W= = 2 EF 2 Goïi u laø TNBDÑH rieâng (theá naêng tích luõy trong moät ñôn vò theå tích), ta coù: U σ z2 σ z ε z u= = (3.12) = V 2E 2 N z2 dz Xeùt ñoaïn thanh coù chieàu daøi dz coù noäi löïc Nz (H.3.14): dU = 2 EF Suy ra theá naêng bieán daïng ñaøn hoài cuûa ñoaïn thanh daøi L, coù noäi löïc Nz laø: N z2 dz U = ∫L dU = ∫L Nz 2 EF N z2 L Nz Khi trong ñoaïn thanh khoâng ñoåi ta coù: U = (3.13) 2 EF EF N zi L i 2 Vôùi nhieàu ñoaïn daøi Li ta seõ coù: U = ∑Ui = ∑ (3.13’) dz 2 E i Fi Theá naêng bieán daïng ñaøn hoài thöôøng duøng ñeå tính chuyeån vò cuûa heä thanh. Nz Ví duï 3.2. Xaùc ñònh chuyeån vò ñöùng cuûa ñieåm ñaët löïc. Cho H.3.14 E = 20000 kN/cm ; (H.3.15a). Cho L = 200 cm; P = 300 (KN); α = 30o ; F= 10 2 cm2 L L Giaûi B C - Xaùc ñònh noäi löïc NAB NAC Taùch maét A (H.3.15b). Duøng hai phöông trình hình chieáu: F F ∑X = 0: NAB = NAC = N α α ∑Y = 0: 2Ncosα = P P suy ra: N= 2 cos α ΔAB ΔAC A A K I a) b) P P H. 3.15 8 http://www.ebook.edu.vn
- Chuyeån vò ñöùng cuûa ñieåm A a) Phöông phaùp duøng caùch tính theo bieán daïng hình hoïc. Goïi ΔAB, ΔAC caùc bieán daïng cuûa ñoaïn AB, AC (H.3.15a). Töø I, K keû hai ñöôøng vuoâng goùc vôùi AB vaø AC, chuùng caét nhau ôû A’, AA’ chính laø ñoä di chuyeån cuûa ñieåm A. Tröôøng hôïp heä thanh treân vì NAB = NAC neân ΔAB = ΔAC vaø A’ naèm treân ñöôøng thaúng ñöùng keû töø A, hay AA’ chính laø chuyeån vò caàn tìm. Xeùt tam giaùc AIA’ ta coù: Δ AI AA’cosα = AI hay: AA’ = = AB cos α cos α N AB L AB PL AA’ = = (EF )AB cos α 2EF cos 2 α Vôùi P = 300 kN, E = 20000 kN/cm2, A = 10 cm2, α = 300 ta ñöôïc: AA’ = 0,4 cm b) Phöông phaùp duøng theá naêng bieán daïng ñaøn hoài Ta coù: W = U (*) Coâng ngoaïi löïc: W = 1 P.AA’ 2 N2 L N AB L AB N 2L 2 Theá naêng bieán daïng ñaøn hoài cuûa heä:U = + AC AC = 2 2( EF ) AB 2( EF ) AC 2 EF N 2L Theá vaøo (*) ta ñöôïc: P.AA’ = 2 1 2 EF 2 PL N 2L suy ra: AA’ = = = 0,4 cm 2 EF 2 EF cos 2 α P 3.7. ÖÙNG SUAÁT CHO PHEÙP - HEÄ SOÁ AN TOAØN - BA BAØI TOAÙN CÔ BAÛN Ta goïi öùng suaát nguy hieåm, kyù hieäu σ o , laø trò soá öùng suaát maø öùng vôùi noù vaät lieäu ñöôïc xem laø bò phaù hoaïi. Ñoái vôùi vaät lieäu deûo σ o = σ ch , ñoái vôùi vaät lieäu doøn σ o = σ b . Nhöng khi cheá taïo, vaät lieäu thöôøng khoâng ñoàng chaát hoaøn toaøn, vaø trong quaù trình söû duïng taûi troïng taùc duïng coù theå vöôït quaù taûi troïng thieát keá, ñieàu kieän laøm vieäc cuûa keát caáu hay chi tieát chöa ñöôïc xem xeùt ñaày ñuû, caùc giaû thieát khi tính toaùn chöa ñuùng vôùi söï laøm vieäc cuûa keát caáu. Vì theá ta khoâng tính toaùn theo σ o . Chuùng ta phaûi choïn moät heä soá an toaøn n lôùn hôn 1 ñeå xaùc ñònh öùng suaát cho pheùp. σo [σ ] = (3.15) n Vaø duøng trò soá [σ ] ñeå tính toaùn. Heä soá an toaøn do nhaø nöôùc hay hoäi ñoàng kyõ thuaät cuûa nhaø maùy qui ñònh. 9 http://www.ebook.edu.vn
Ñeå choïn heä soá an toaøn ñöôïc chính xaùc, nhieàu khi ngöôøi ta phaûi choïn nhieàu heä soá theo rieâng töøng nguyeân nhaân daãn ñeán söï khoâng an toaøn cuûa coâng trình hay chi tieát maùy, coù theå keå ñeán: - Heä soá keå ñeán ñoä ñoàng chaát cuûa vaät lieäu - Heä soá keå ñeán söï vöôït quaù taûi troïng thieát keá - Heä soá keå ñeán söï laøm vieäc taïm thôøi hay laâu daøi Nhö vaäy muoán ñaûm baûo söï laøm vieäc an toaøn veà ñoä beàn khi thanh chòu keùo (neùn) ñuùng taâm, öùng suaát trong thanh phaûi thoûa maõn ñieàu kieän beàn laø: Nz ≤ [σ ] (3.16) σz = F Töø ñieàu kieän beàn, ta coù ba baøi toaùn cô baûn: Nz ≤ [σ ] ± 5% Kieåm tra beàn: σ z = F Nz ± 5% Choïn kích thöôùc maët caét ngang: F ≥ [σ ] Ñònh taûi troïng cho pheùp: N z ≤ [σ ]F ± 5% [N z ] = [σ ]F hay: Thí duï 3.4. Cho heä nhö H.3.17a. Ñònh taûi troïng cho pheùp [P] theo ñieàu kieän beàn cuûa caùc thanh 1, 2, 3. Cho bieát [σ ] = 16 kN/cm2, F1= 2 cm2, F2= 1 cm2, F3= 2 cm2. Giaûi. Tröôùc tieân ta caàn tính noäi löïc trong caùc thanh. Coâ laäp heä nhö H.3.17b. Xeùt caân baèng vôùi caùc phöông trình: ∑X = 0 => N2 cos45o + N3 = 0 ∑Y = 0 => –P + N1 + N2 sin45o = 0 ∑M/A = 0 => –P2a + N1a = 0 Ta ñöôïc N1 = 2P, N2 = –P 2 (neùn), N3 = P Vieát ñieàu kieän beàn cuûa caùc thanh 1, 2, 3: [σ ]F1 = N1 2P [σ ] => = = 16 kN P≤ ≤ 16.2 σ1 = F1 F1 2 2 [σ ]F2 = 16.1 = 11,3 kN | N2 | P2 ≤ [σ ] => = P≤ σ2 = F2 F2 2 2 N3 P [σ ] => P ≤ [σ ] F3 = 16.2 = 32 Kn = ≤ σ3 = F3 F3 So saùnh ta ñöôïc [P] = 11,3 KN. 10 http://www.ebook.edu.vn
1 2 P B 45o a) 3 a a a a N1 N2 P b) N3 H. 3.17 3.8. BAØI TOAÙN SIEÂU TÓNH Ñònh nghóa: Baøi toaùn sieâu tónh laø baøi toaùn maø chæ vôùi caùc phöông trình caân baèng tónh hoïc seõ khoâng ñuû ñeå giaûi ñöôïc taát caû caùc phaûn löïc hay noäi löïc trong heä. Caùch giaûi. Caàn tìm theâm caùc phöông trình dieãn taû ñieàu kieän bieán daïng cuûa heä sao cho coäng soá phöông trình naøy vôùi caùc phöông trình caân baèng tónh hoïc vöøa ñuû baèng soá aån soá phaûn löïc, noäi löïc caàn tìm. Thí duï 3.5. Xeùt thanh chòu löïc nhö H.3.18a. ÔÛ hai ngaøm coù hai phaûn löïc VA vaø VB. Ta coù phöông trình caân baèng: VA + VB – P = 0 (a) Phöông trình naøy coù hai aån, muoán giaûi ñöôïc ta phaûi tìm theâm phöông trình ñieàu kieän bieán daïng cuûa thanh. Töôûng töôïng boû ngaøm B vaø thay baèng phaûn löïc VB (H.3.18b). Ñieàu kieän bieán daïng cuûa heä laø: (b) ΔL = ΔBA = ΔBC + ΔCA = 0 Goïi NBC vaø NCA laø noäi löïc treân caùc maët caét cuûa caùc ñoaïn BC vaø CA ta seõ ñöôïc: N BC L BC NL ΔL = + CA CA = 0 (c) EF EF − VB b (−VB + P )a vôùi NBC = −VB ; NCA = −VB + P, (c) trôû thaønh: =0 + EF EF Pa suy ra: VB = a+b Ta ñaõ tính ñöôïc phaûn löïc VB, baøi toaùn trôû thaønh baøi toaùn tónh ñònh bình thöôøng 11 http://www.ebook.edu.vn