TÀI LIỆU HỌC TẬP
Môn học
SỨC BỀN VẬT LIỆU 1
1
PHẦN MỞ ĐẦU
x Mục tiêu
Sức bền vật liệu là một phần của cơ học vật rắn biến dạng, có ứng dụng rộng rãi
trong các ngành kỹ thuật. Đây cũng là môn học cơ sở cho hầu hết các chuyên ngành
đào tạo tại Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội. Đặc biệt những năm gần đây, hình thức
đào tạo thay đổi từ niên chế sang tín chỉ. Bởi vậy, bài giảng “Sức bền vật liệu” (phần
1) được biên soạn nhằm đáp ứng yêu cầu về tài liệu, cung cấp các kiến thức cơ bản
theo đề cương của môn học cho sinh viên trong trường, giúp sinh viên xác định nội
lực, ứng suất, biến dạng trong các thanh chịu lực cơ bản, giải quyết bài toán bền và
cứng của thanh.
x Phương pháp biên soạn
Bài giảng được biên sọan trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết phần thanh chịu lực cơ
bản. Sau mỗi phần lí thuyết, nhóm biên soạn đều đưa ra một số ví dụ giải mẫu một số
bài tập để giúp sinh viên có được cái nhìn vừa tổng quan, vừa gần gũi với môn học.
x Phạm vi biên soạn
Bài giảng bao gồm 6 chương (có kể đến chương mở đầu), trình bày các hình thức
chịu lực cơ bản của các bộ phận công trình (chịu kéo hoặc nén đúng tâm, uốn ngang
phẳng, xoắn thuần túy) và đối tượng xét chủ yếu là thanh thẳng.
x Đối tượng phục vụ
Sinh viên tất cả các ngành đang học học phần Sức bền vật liệu phần 1 (hệ vừa
học vừa làm và chính quy)
x Địa chỉ áp dụng
Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
2
MỤC LỤC
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu 4
2. Các giả thuyết về vật liệu 4
3. Hình dáng vật thể 5
4. Các hình thức chịu lực của thanh 5
5. Khái niệm về chuyển vị và biến dạng 6
CHƯƠNG 1. NGOẠI LỰC VÀ NỘI LỰC
1.1. Ngoại lực 8
1.2. Nội lực 9
1.3. Biểu đồ nội lực cho thanh 12
1.4. Biểu đồ nội lực cho khung phẳng 15
1.5. Biểu đồ nội lực cho thanh cong 16
CHƯƠNG 2. THANH CHỊU KÉO (NÉN) ĐÚNG TÂM
2.1. Khái niệm 18
2.2. Ứng suất trên mặt cắt ngang 18
2.3. Biến dạng của thanh khi chịu kéo (nén) đúng tâm 19
2.4. Ứng suất trên mặt cắt nghiêng 20
2.5. Đặc trưng cơ học của vật liệu 21
2.6. Ứng suất cho phép- Điều kiện bền - Các bài toán cơ bản 23
2.7. Tính thanh có kể đến trọng lượng bản thân 24
2.8. Bài toán siêu tĩnh 25
CHƯƠNG 3. ĐẶC TRƯNG HÌNHHỌC CỦA MẶT CẮT NGANG
3.1. Khái niệm 27
3.2. Mômen tĩnh và các mômen quán tính 28
3
3.3. Mômen quán tính của một số mặt cắt đơn giản 29
3.4. Công thức chuyển trục của các mômen quán tính 30
3.5. Công thức xoay trục của các mômen quán tính 30
CHƯƠNG 4. XOẮN THUẦN TÚY THANH THẲNG
4.1. Khái niệm 34
4.2. Xoắn thuần túy thanh mặt cắt ngang tròn 34
4.3. Xoắn thuần túy thanh mặt cắt ngang không tròn 38
4.4. Bài toán siêu tĩnh 40
CHƯƠNG 5. UỐN NGANG PHẲNG THANH THẲNG
5.1. Khái niệm 42
5.2. Uốn thuần túy phẳng 42
5.3. Uốn ngang phẳng 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
4
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu
1.1. Nhiệm vụ
SBVL xét đến:
- Điều kiện bền (độ bền): là khả năng bộ phận công trình chống lại phá hoại dưới
tác động của ngoại lực không bị đứt, gãy, trượt…
Mỗi bộ phận công trình muốn tồn tại được lâu dài khi sử dụng (tức là phải bền
vững dưới tác dụng của ngoại lực) thì chúng phải được chế tạo từ vật liệu thích hợp và
có kích thước đủ lớn cần thiết.
- Điều kiện cứng (độ cứng): là khả năng bộ phận công trình chống lại biến dạng
do ngoại lực gây ra không có biến dạng, chuyển vị vượt quá cho phép.
Trong nhiều trường hợp, ta phải xác định sự thay đổi hình dáng và kích thước
(tức là biến dạng) của bộ phận công trình khi chịu lực. Biến dạng tuy là nhỏ so với
kích thước của bộ phận công trình nhưng trong nhiều trường hợp, nó có thể gây cản trở
việc sử dụng bình thường của kết cấu. Vì vậy, ta phải xác định được biến dạng để hạn
chế nó.
- Điều kiện ổn định (độ ổn định): là khả năng công trình giữ được vị trí ban đầu
hoặc bảo toàn dạng cân bằng ban đầu trong trạng thái biến dạng tương ứng với các tải
trọng tác dụng.
Dấu hiệu của mất ổn định là sự thay đổi bất ngờ dạng cân bằng này sang dạng
cân bằng khác. Mất ổn định có thể xảy ra với tải trọng hoàn toàn không nguy hiểm đối
với điều kiện bền và điều kiện cứng.
Các cấu kiện phải đảm bảo cả ba điều kiện trên nhưng đồng thời cũng phải đảm
bảo yêu cầu về kinh tế.
Ngoài ra, SBVL còn giải quyết bài toán ngược, đó là kiểm tra độ bền, độ cứng,
độ ổn định của bộ phận công trình cho trước.
1.2. Đối tượng của SBVL
Đối tượng của SBVL là vật thể thực (vật rắn biến dạng). SBVL nghiên cứu đối
tượng làm việc trong giới hạn đàn hồi
Vật thể thực có nhiều tính chất cơ lý. Vì vậy, để đơn giản hoá bài toán, ta đưa ra
các giả thuyết .
2. Các giả thuyết về vật liệu
2.1. Giả thuyết 1: vật liệu có tính chất liên tục, đồng nhất và đẳng hướng.
+ Liên tục: vật liệu không bị gián đoạn bởi các lỗ rỗng o áp dụng được các tính
chất của tích phân, vi phân trong quá trình xây dựng bài toán.
+ Đồng nhất: tính chất cơ lý tại mọi điểm thuộc vật thể là như nhau.
+ Đẳng hướng: tính chất cơ lý theo mọi phương là như nhau.
Giả thuyết 1 cho phép nghiên cứu tính chất cơ học một vật thể qua một phân tố
nhỏ tưởng tượng tách ra khỏi vật thể, rồi từ đó suy rộng cho vật thể đó.