UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH ĐỊNH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ QUY NHƠN
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: VẬT LIỆU HÀN
NGÀNH/NGHỀ: CÔNG NGHỆ HÀN
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số: 99/QĐ-CĐKTCNQN ngày 14 tháng 3 năm 2018
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn
Bình Định, năm 2018
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình lưu hành nội bộ nên các nguồn thông tin
có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và
tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Trong công nghiệp sản xuất cơ khí ngày nay, xu hướng phát triển để đạt được
chất lượng sản phẩm cao, năng xuất lao động cao, giá thành cạnh tranh, sản xuất đã
theo hướng ứng dụng các thành tự khoa học kỹ thuật: sử dụng vật liệu hợp lý, tự động
hoá quá trình sản xuất ở mức độ cao, đúng các công nghệ tiên tiến…
Nhằm đáp ứng nhu cầu của người học trong việc nghiên cứu lý thuyết kết cấu
chuyên ngành Hàn, chúng tôi đã đầu tư nghiên cứu, siêu tầm và biên soạn cuốn giáo
trình Kết Cấu Hàn để cung cấp cho người học những kiến thức từ tổng quát về kết cấu
hàn từ đó là cơ sở cho nghiên cứu trong học tâp và ứng dụng trong thực tế sản xuất.
Giáo trình Kết Cấu Hàn cung cấp đầy đủ kiến thức tĩnh học, các trường hợp
chịu lực và độ bền của mối hàn là cơ sở nghiên cứu để người học tiếp tục nghiên cứu
các môn học khác. Giáo trình bao gồm 5 chương:
1. Tĩnh học
2. Các trường hợp chịu lực của vật rắn
3. Tính độ bền của mối hàn
4. Ứng suất và biến dạng trong hàn
5. Dầm, dàn và trụ hàn
Trong quá trình biên soạn giáo trình không tránh được những thiếu sót, rất
mong được sự đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và của các em sinh viên để tôi
hiệu chỉnh hoàn thiện. Cảm ơn tất cả các bạn đồng nghiệp đã tham gia giúp đỡ để hoàn
thành giáo trình.
Biên soạn
KS. Nguyễn Thanh Sang
3
MỤC LỤC
Trang
BÀI MỞ ĐẦU................................................................................................................ 8
1. Giới thiệu chương trình và các tài liệu tham khảo..................................................8
1.1 Chương trình đào tạo........................................................................................ 8
1.2 Tài liệu tham khảo............................................................................................ 8
2. Phạm vi ứng dụng................................................................................................... 8
3. Các nội dung tính toán của môn học.......................................................................8
CHƯƠNG 1: TĨNH HỌC.............................................................................................9
1.1. Các khái niệm cơ bản và các định luật tĩnh học...................................................9
1.1.1. Các khái niệm cơ bản....................................................................................9
1.1.2 Các định luật tĩnh học.................................................................................. 11
1.1.3. Các hệ quả...................................................................................................13
1.2. Hệ lực phẳng......................................................................................................13
1.2.1. Vectơ chính và mômen chính của hệ lực phẳng......................................... 13
1.2.2. Định lý dời lực song song...........................................................................14
1.2.3. Điều kiện cân bằng và phương trình cân bằng của hệ lực phẳng............... 16
1.2.4. Bài toán hệ lực phẳng với liên kết ma sát...................................................17
1.3. Hệ lực không gian..............................................................................................22
1.3.1. Vectơ chính và mômen chính của hệ lực không gian................................. 22
1.3.2. Định lý dời lực song song...........................................................................23
1.3.3. Điều kiện cân bằng và các phương trình cân bằng của hệ lực....................26
1.4. Ma sát.................................................................................................................28
1.4.1. Khái niệm về ma sát....................................................................................28
1.4.2. Ma sát trượt.................................................................................................28
1.4.3. Ma sát lăn....................................................................................................30
CHƯƠNG 2: CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU LỰC CỦA VẬT RẮN........................ 33
2.1. Nội lực, ngoại lực, ứng suất...............................................................................33
2.1.1. Nội lực........................................................................................................ 33
2.1.2. Ngoại lực.....................................................................................................35
2.1.3. Ứng suất......................................................................................................36
2.2. Kéo, nén đúng tâm – cắt.................................................................................... 37
2.2.1. Kéo, nén đúng tâm......................................................................................37
2.2.2. Thanh chịu cắt.............................................................................................41
2.3. Xoắn thuần tuý...................................................................................................42
2.3.1. Khái niệm....................................................................................................42
2.3.2. Ứng suất trên mặt cắt ngang của thanh có mặt cắt tròn..............................43
2.3.3. Biến dạng của thanh chịu xoắn...................................................................44
2.3.4. Điều kiện bền và điều kiện cứng – ba bài toán cơ bản.............................. 44
2.5. Uốn phẳng của thanh thẳng................................................................................46
2.5.1. Định nghĩa.................................................................................................. 46
2.5.2. Nội lực và biểu đồ nội lực...........................................................................46
4
2.5.3. Dầm chịu uốn phẳng thuần tuý – Điều kiện bền.........................................47
CHƯƠNG 3: TÍNH ĐỘ BỀN CỦA MỐI HÀN........................................................54
3.1. Tính toán liên kết hàn dưới tác dụng của tải trọng tĩnh..................................... 54
3.1.1 Một số từ viết tắt..........................................................................................54
3.1.2. Một số thuật ngữ.........................................................................................54
3.1.3. Các loại ứng suất xuất hiện trong liên kết hàn............................................55
3.1.4. Tính toán liên kết hàn hồ quang theo ứng suất so sánh.............................. 55
3.2. Tính toán mối hàn giáp mối...............................................................................59
3.2.1. Tính toán mối hàn giáp mối chịu lực kéo (lực pháp tuyến)........................59
3.2.2. Tính toán mối hàn song song với phương tác dụng lực..............................60
3.2.3. Tính toán mối hàn giáp mối chịu mômen uốn............................................61
3.2.4. Tính toán mối hàn giáp mối chịu lực phức tạp...........................................63
3.2.5. Mối hàn chịu mômen xoắn......................................................................... 64
3.2.6. Mối hàn xiên............................................................................................... 64
3.3. Tính toán mối hàn góc....................................................................................... 66
3.3.1. Đặc điểm.....................................................................................................66
3.3.2. Chiều dài đường hàn góc............................................................................ 66
3.3.3. Diện tích làm việc của mối hàn góc............................................................67
3.3.4. Tính toán mối hàn chồng............................................................................ 67
CHƯƠNG 4: ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG TRONG HÀN...................................75
4.1. Trường nhiệt độ..................................................................................................75
4.1.1. Khái niệm....................................................................................................75
4.1.2. Phân loại..................................................................................................... 75
4.2. Ứng suất và biến dạng do co dọc gây ra khi hàn giáp mối................................ 77
4.2.1. Phương pháp tính theo nội lực tác dụng..................................................... 77
4.2.2. Nội ứng suất và biến dạng khi hàn vào cạnh tấm kim loại.........................78
4.2.3. Xác định vùng ứng suất tác động................................................................81
4.2.4. Ứng suất và biến dạng dọc do co dọc gây ra trong mối hàn giáp mối........84
4.2.5. Một số biện pháp giảm biến dạng do co dọc khi hàn................................. 85
4.3. Ứng suất và biến dạng do co ngang gây ra khi hàn giáp mối............................ 86
4.3.1. Khái niệm....................................................................................................86
4.3.2. Ứng suất và biến dạng ngang gây ra trong mối hàn giáp mối các tấm tự do..
86
4.3.3. Ảnh hưởng của trình tự hàn........................................................................87
4.3.4. Ảnh hưởng của hàn đính.............................................................................88
4.4. Ứng suất và biến dạng khi hàn góc....................................................................90
4.4.1. Ứng suất và biến dạng khi hàn góc chữ L.................................................. 90
4.4.2. Ứng suất và biến dạng trong liên kết hàn chồng.........................................92
4.4.3. Ứng suất và biến dạng trong liên kết chữ T................................................95
4.4.4. Ứng suất biến dạng do co dọc dầm hàn chữ I.............................................98
4.5. Các biện pháp giảm ứng suất biến dạng trong quá trình hàn...........................100
4.5.1. Các biện pháp giảm ứng suất khi hàn.......................................................100
5