Bài giảng sức bền vật liệu

Sức bền vật liệu là một môn học nghiên cứu các phương pháp tính toán về độ bền,độ cứng và độ ổn định của các bộ phận công trình hay chi tiết máy dưới tác dụng củangoại lực, sự thay đổi nhiệt độ...Ở môn học Cơ học lý thuyết, ta mới xét sự cân bằng của vật thể (xem là rắn tuyệtđối) dưới tác dụng của hệ lực phẳng. Nhưng thực tế,các vật thể mà ta khảo sát, nghiên cứuđều là vật rắn thực, điều đó bắt buộc ta phải xét đến sự biến dạng của vật thể trong quátrình...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng sức bền vật liệu TRƯỜNG TRUNG CẤP CẦU ĐƯỜNG VÀ DẠY NGHỀ KHOA CẦU ĐƯỜNG ---------- BÀI GIẢNG MÔN HỌC : SỨC BỀN VẬT LIỆU Giáo viên : Nguyễn Phú BìnhBộ môn : Cơ sởHệ đào tạo : Trung cấp Cầu đườngThời gian : 24 thángSố tiết : 40 tiết Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ SỨC BỀN VẬT LIỆU Sức bền vật liệu là một môn học nghiên cứu các phương pháp tính toán về độ bền,độ cứng và độ ổn định của các bộ phận công trình hay chi tiết máy dưới tác dụng củangoại lực, sự thay đổi nhiệt độ... Ở môn học Cơ học lý thuyết, ta mới xét sự cân bằng của vật thể (xem là rắn tuyệtđối) dưới tác dụng của hệ lực phẳng. Nhưng thực tế,các vật thể mà ta khảo sát, nghiên cứuđều là vật rắn thực, điều đó bắt buộc ta phải xét đến sự biến dạng của vật thể trong quátrình chịu tác dụng của hệ lực (bên ngoài). Trong phạm vi môn học này, sẽ giới thiệu mộtsố khái niệm cơ bản về ngoại lực, nội lực... và các giả thiết nhằm đơn giản cho việc nghiêncứu và tính toán.1.1. Những khái niệm cơ bản về ngoại lực, nội lực, ứng suất, biến dạng1.1.1. Các giả thiết đối với vật liệu Môn học Sức bền vật liệu, đối tượng mà ta nghiên cứukhảo sát vật rắn thực: đó là một thanh, một cấu kiện hay một bộphận công trình nào đó. Thường hình dạng của vật rắn thựcđược nghiên cứu có dạng thanh thẳng, thanh cong hoặc thanhbất kỳ (hình 1.1). Vật liệu cấu tạo nên thanh có thể là thép,gang... Tuy vậy, khi nghiên cứu nếu xét đến mọi tính chất thựccủa vật thể sẽ phức tạp, do đó để đơn giản chúng ta chỉ nhữngtính chất cơ bản và lược bỏ đi những tính chất thứ yếu khôngcó ảnh hưởng lớn đến kết quả nghiên cứu và tính toán. Muốnvậy, chúng ta phải đề ra các giả thiết cơ bản, nêu lên một số H×nh 1.1tính chất chung cho vật liệu. Các giả thuyết về vật liệu là:a) Giả thiết 1: Vật liệu có tính liên tục, đồng chất và đẳng hướng. Một vật liệu được xem là liên tục và đồng chất khi trong thể tích của vật thể đều cóvật liệu (hoàn toàn không có khe hở) và tính chất của vật liệu ở mọi điểm trong vật thể đềunhư nhau. Tính đẳng hướng của vật liệu nghĩa là tính chất của vật liệu theo mọi phương đềunhư nhau. Giả thiết này phù hợp với thép, đồng còn với gạch, đá, gỗ thì không hoàn toànphù hợp.b) Giả thiết 2: Giả thuyết vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi và tính đàn hồi của vậtliệu xem là đàn hồi tuyệt đối. Trong thực tế, dù lực bé đến đâu, vật liệu cũng không có tính đàn hồi tuyệt đối.Song qua thực nghiệm cho thấy: khi lực chưa vượt quá một giới hạn nhất định thì biếndạng dư trong vật thể là bé nên có thể bỏ qua được và biến dạng của vật thể được xem làtỷ lệ thuận với lực gây ra biến dạng đó. Giả thuyết này chính là nội dung định luật Húc.Thực tế giả thuyết này chỉ phù hợp với vật liệu là thép, đồng…c) Giả thiết 3: Biến dạng của vật thể do ngoại lực gây ra được xem là bé. Giả thiết này thừa nhận được vì trong thực tế biến dạng của vật thể so với kíchthước của chúng nói chung là rất nhỏ. Từ giả thiết 3 này, trong quá trình chịu lực, trongnhiều trường hợp, ta có thể xem điểm đặt của ngoại lực là không thay đổi khi vật thể bịbiến dạng.1.1.2. Các khái niệm về ngoại lực, nội lực, phương pháp mặt cắt T¶i träng a) Ngoại lực: Ngoại lực là lực tác động từnhững vật thể khác hoặc môi trường xung quanh P m qlên vật thể đang xét. Ngoại lực bao gồm: Lực tác động (còn gọilà tải trọng) và phản lực liên kết (xem hình 1.2). Ph¶n lùcCó thể phân loại ngoại lực theo nhiều cách, ở đâyta phân loại ngoại lực theo hai cách: H×nh 1.2 - Theo cách tác dụng của các ngoại lực: có P M«men tËp trung m Lùc tËp trungthể chia ngoại lực thành hai loại: tập trung và lựcphân bố. + Lực tập trung: là lực tác dụng lên vật thểtrên một diện tích truyền lực rất bé so với kích H×nh 1.3thước của vật thể, nên ta coi như một điểm trên q=constvật. Ví dụ: Áp lực của bánh xe lửa trên đường a)ray là một lực tập trung. Lực tập trung có thể làlực đơn vị Niutơn (N), hoặc ngẫu lực (hay q=f(z)mômen tập trung), đơn vị của mômen tập trung làNiutơn mét (Nm). b)Cách biểu diễn lực tập trung và mômen tập trung(xem hình 1.3). H×nh 1.4 + Lực phân bố: là lực tác dụng liên tục trên một đoạn dài hay trên một diện tíchtruyền lực nhất định trên vật thể. Ví dụ: Áp lực gió lên tường biên của nhà là phân bố theo diện tích. Lực phân bố ...