Bài giảng Sức bền vật liệu 1 - Chương mở đầu

Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 1 Trần Minh Tú – Đại học Xây dựng Email: tpnt2002@yahoo.comTháng 01/2015 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 2 • Giảng viên: PGs. TS. TRẦN MINH TÚ • Email: tpnt2002@yahoo.com • Cell phone: 0912 10 11 73 • Tài liệu học tập:  Sức bền vật liệu – PGs. TS. Lê Ngọc Hồng, PGs. TS. Lê Ngọc Thạch  Bài tập Sức bền vật liệu – TS. Trần Chương – PGs. TS. Tô Văn Tấn  www.tranminhtu.com SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 3 • Số tín chỉ: 3 • Số tiết lý thuyết và bài tập: 52 • Số tiết thí nghiệm: 3 ĐÁNH GIÁ HỌC PHẦN • Chuyên cần: 10% • Bài tập lớn: 10% • Bài kiểm tra giữa kỳ: 10% (cuối chương 5) • Thí nghiệm: 10% • Bài thi kết thúc học phần: 60% HỌC TẬP NGHIÊM TÚC – CHÌA KHOÁ THÀNH CÔNG SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 4 QUY ĐỊNH VỀ ĐÁNH GIÁ HỌC PHẦN • Điểm đánh giá học phần gồm: điểm quá trình (ĐQT) và điểm thi kết thúc học phần (ĐKT) • Điểm quá trình học tập tính theo thang điểm 10 (làm tròn đến 0,1) • Điểm thi kết thúc học phần (ĐKT) tính theo thang điểm 10 (làm tròn đến 0,5) • Qui định của Phòng Đào tạo: ĐHP = 40%ĐQT + 60%ĐKT SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 5 SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 QUY ĐỊNH VỀ ĐÁNH GIÁ HỌC PHẦN • Điểm quá trình học tập (ĐQT) bộ môn Sức bền Vật liệu qui định: điểm quá trình gồm 4 môđun, mỗi môđun đánh giá theo thang điểm 10: – Điểm chuyên cần (ĐCC) – Điểm bài tập lớn (ĐBTL) – Điểm Thí nghiệm (ĐTN) – Điểm kiểm tra giữa kỳ (ĐGK) ĐQT = (ĐCC + ĐBTL + ĐTN + ĐGK)/4 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 6 THỜI KHOÁ BIỂU VÀ LỊCH TIẾP SINH VIÊN Lịch tiếp sinh viên: Thứ 2: 9h00 – 11h30; Thứ 4: 9h00 – 11h30 Địa điểm: Văn phòng Bộ môn Sức bền vật liệu, Tầng 1 Nhà thí nghiệm 9 tầng Mọi thắc mắc có thể liên hệ qua email: tpnt2002@yahoo.com SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 7 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC SBVL1 CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học 1.2. Phân loại vật thể nghiên cứu theo hình dạng 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.4. Khái niệm về chuyển vị và biến dạng 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.6. Các giả thiết của môn học SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 8 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC SBVL1 CHƯƠNG 2: ỨNG LỰC TRONG BÀI TOÁN THANH 2.1. Các thành phần ứng lực trên mặt cắt ngang 2.2. Biểu đồ nội lực – Phương pháp mặt cắt 2.3. Liên hệ vi phân giữa mômen uốn, lực cắt và tải trọng phân bố 2.4. Phương pháp vẽ biểu đồ nội lực theo điểm đặc biệt 2.5. Biểu đồ nội lực của dầm tĩnh định nhiều nhịp 2.6. Biểu đồ nội lực của khung phẳng 2.7.* Biểu đồ nội lực của thanh cong SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 9 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC SBVL1 CHƯƠNG 3: THANH CHỊU KÉO-NÉN ĐÚNG TÂM 3.1. Khái niệm – Nội lực 3.2. Ứng suất trong thanh chịu kéo-nén đúng tâm 3.3. Biến dạng của thanh chịu kéo-nén đúng tâm – Hệ số Poisson 3.4. Các đặc trưng cơ học của vật liệu 3.5. Thế năng biến dạng đàn hồi 3.6. Điều kiện bền, ba bài toán cơ bản 3.7. Bài toán siêu tĩnh 3.8. Bài toán hệ thanh SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 10 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC SBVL1 CHƯƠNG 4: TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT TẠI MỘT ĐIỂM 4.1. Khái niệm về trạng thái ứng suất tại một điểm 4.2. Trạng thái ứng suất phẳng 4.3. Vòng tròn Mohr ứng suất 4.4. Một số trạng thái ứng suất phẳng đặc biệt 4.5. Trạng thái ứng suất khối 4.6. Quan hệ ứng suất – biến dạng. Định luật Hooke 4.7. Điều kiện bền cho phân tố ở TTƯS phức tạp – Các thuyết bền SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 11 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC SBVL1 CHƯƠNG 5: ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA MẶT CẮT NGANG 5.1. Khái niệm chung 5.2. Mômen tĩnh – Trọng tâm – Trục trung tâm 5.3. Mômen quán tính đối với một trục 5.4. Mômen quán tính độc cực 5.5. Mômen quán tính ly tâm – Hệ trục quán tính chính trung tâm 5.6. Mômen quán tính của một số mặt cắt ngang thông dụng 5.7. Công thức chuyển trục song song 5.8. Công thức xoay trục SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 12 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC SBVL1 CHƯƠNG 6: THANH CHỊU XOẮN THUẦN TUÝ 6.1. Khái niệm – Nội lực 6.2. Ứng suất trong thanh tròn chịu xoắn 6.3. Biến dạng của thanh tròn chịu xoắn 6.4. Điều kiện bền, điều kiện cứng, ba bài toán cơ bản 6.5. Bài toán siêu tĩnh 6.6.* Thế năng biến dạng đàn hồi của thanh chịu xoắn 6.7.* Xoắn thanh có mặt cắt ngang hình chữ nhật 6.8.* Lò xo hình trụ bước ngắn SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 13 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC SBVL1 CHƯƠNG 7: DẦM CHỊU UỐN PHẲNG 7.1. Khái niệm – Nội lực 7.2. Dầm chịu uốn thuần tuý 7.3. Dầm chịu uốn ngang phẳng 7.4. Chuyển vị của dầm chịu uốn: độ võng, góc xoay 7.5. Phương pháp tích phân trực tiếp 7.6. Phương pháp thông số ban đầu 7.7. Bài toán siêu tĩnh 7.8.* Ảnh hưởng của lực cắt tới độ võng trong dầm chịu uốn * Phần sinh viên tự đọc thêm dưới sự hướng dẫn của giảng viên. SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH • Sức bền vật liệu – PGs. TS. Lê Ngọc Hồng, PGs. TS. Lê Ngọc Thạch • Giáo trình SBVL của các trường Đại học: Thuỷ lợi, Bách khoa, Giao thông vận tải • Các bài giảng của Đại học Auckland; Các tài liệu của Pearson Press, ASCE • Beer F. P., Johnston E. R., DeWolf J. T. – Mechanics of Materials 6th edition (2011) • Hibbeler R. C. – Mechanics of Materials 8th edition (2011) • Pytel A., Kiusalaas J. – Mechanics of Materials 2nd edition (2011) • Lecture notes: Oler J. W. (Texas Technological University) SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 15 NGÀNH XÂY DỰNG DÂN DỤNG (CIVIL ENGINEERING) Nhiệm vụ: Xây dựng cơ sở hạ tầng cho mục đích dân sự • Xây dựng công trình nhà dân dụng, công nghiệp • Xây dựng công trình thuỷ lợi, thuỷ điện • Xây dựng công trình cảng, đường thuỷ • Xây dựng cầu, đường • Xây dựng công • SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 16 QUY TRÌNH VẬN HÀNH DỰ ÁN XÂY DỰNG (CIVIL ENGINEERING PROJECT) SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Sửa chữa công trình xuống cấp, kéo dài tuổi thọ của dự án xây dựng Quản lý việc vận hành công trình, bảo dưỡng định kỳ Thi công phần kết cấu, lắp đặt điện – nước, trang trí nội thất Thiết kế kiến trúc, kết cấu, điên – nước (hệ thống kỹ thuật) Lập kế hoạch (Planning) Lập hồ sơ dự án, kế hoạch đầu tư, tìm nguồn vốn Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 17 QUY TRÌNH VẬN HÀNH DỰ ÁN XÂY DỰNG (CIVIL ENGINEERING PROJECT) SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Sửa chữa công trình xuống cấp, kéo dài tuổi thọ của dự án xây dựng Quản lý việc vận hành công trình, bảo dưỡng định kỳ Thi công phần kết cấu, lắp đặt điện – nước, trang trí nội thất Thiết kế (Designing) Thiết kế kiến trúc, kết cấu, điên – nước (hệ thống kỹ thuật) Lập kế hoạch (Planning) Lập hồ sơ dự án, kế hoạch đầu tư, tìm nguồn vốn Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 18 QUY TRÌNH VẬN HÀNH DỰ ÁN XÂY DỰNG (CIVIL ENGINEERING PROJECT) SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Sửa chữa công trình xuống cấp, kéo dài tuổi thọ của dự án xây dựng Quản lý việc vận hành công trình, bảo dưỡng định kỳ Thi công xây dựng (Construction) Thi công phần kết cấu, lắp đặt điện – nước, trang trí nội thất Thiết kế (Designing) Thiết kế kiến trúc, kết cấu, điên – nước (hệ thống kỹ thuật) Lập kế hoạch (Planning) Lập hồ sơ dự án, kế hoạch đầu tư, tìm nguồn vốn Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 19 QUY TRÌNH VẬN HÀNH DỰ ÁN XÂY DỰNG (CIVIL ENGINEERING PROJECT) SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Sửa chữa công trình xuống cấp, kéo dài tuổi thọ của dự án xây dựng Vận hành – Bảo trì (Operation – Maintenance) Quản lý việc vận hành công trình, bảo dưỡng định kỳ Thi công xây dựng (Construction) Thi công phần kết cấu, lắp đặt điện – nước, trang trí nội thất Thiết kế (Designing) Thiết kế kiến trúc, kết cấu, điên – nước (hệ thống kỹ thuật) Lập kế hoạch (Planning) Lập hồ sơ dự án, kế hoạch đầu tư, tìm nguồn vốn Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 20 QUY TRÌNH VẬN HÀNH DỰ ÁN XÂY DỰNG (CIVIL ENGINEERING PROJECT) SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Cải tạo, sửa chữa (Rehabilitation) Sửa chữa công trình xuống cấp, kéo dài tuổi thọ của dự án xây dựng Vận hành – Bảo trì (Operation – Maintenance) Quản lý việc vận hành công trình, bảo dưỡng định kỳ Thi công xây dựng (Construction) Thi công phần kết cấu, lắp đặt điện – nước, trang trí nội thất Thiết kế (Designing) Thiết kế kiến trúc, kết cấu, điên – nước (hệ thống kỹ thuật) Lập kế hoạch (Planning) Lập hồ sơ dự án, kế hoạch đầu tư, tìm nguồn vốn Video: Các giai đoạn của một dự án xây dựng và các chủ thể tham gia Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 21 NỘI DUNG CHƯƠNG 1 – NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học 1.2. Phân loại vật thể nghiên cứu theo hình dạng 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.4. Khái niệm về chuyển vị và biến dạng 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.6. Các giả thiết của môn học Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 22 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học 1.1.1. Sức bền vật liệu – môn cơ sở kỹ thuật: Sức bền vật liệu là môn học nghiên cứu sự chịu lực của vật liệu để đề ra các phương pháp tính toán, thiết kế các chi tiết máy, các bộ phận công trình dưới tác dụng của ngoại lực nhằm thoả mãn các yêu cầu đặt ra về độ bền, độ cứng và độ ổn định mà vẫn đảm bảo tính kinh tế và thẩm mỹ. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 23 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học Đảm bảo độ bền: Các chi tiết máy hay các bộ phận công trình làm việc bền vững, lâu dài mà không bị phá huỷ. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 24 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học Đảm bảo độ cứng: Những thay đổi về kích thước hình học của các chi tiết máy hay bộ phận công trình không vượt quá giá trị cho phép. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 25 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học Đảm bảo độ ổn định: Dưới tác dụng của ngoại lực, các chi tiết máy hay bộ phận công trình bảo toàn được trạng thái cân bằng ban đầu. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 26 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học ???KINH TẾ >< KỸ THUẬT PHÁT TRIỂN MÔN HỌC Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 27 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học Từ ý tưởng thiết kế đến công trình thực: Gateshead Millennium Bridge – London, England Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 28 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học 1.1.2. Nhiệm vụ • Môn học Sức bền vật liệu xác định ứng suất, biến dạng, chuyển vị trong vật thể chịu tác dụng của ngoại lực. • Ta thường phải giải quyết ba dạng bài toán cơ bản sau: - Kiểm tra điều kiện bền, điều kiện cứng và điều kiện ổn định; - Xác định kích thước và hình dạng hợp lý của các chi tiết máy hay bộ phận công trình; - Xác định trị số tải trọng lớn nhất mà các chi tiết máy hay bộ phận công trình có thể chịu được. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 29 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học CƠ HỌC Cơ học vật rắn tuyệt đối Tĩnh học Động lực học Cơ học vật rắn biến dạng Cơ học thủy - khí Không nén được Nén được SỨC BỀN VẬT LIỆU Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 30 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học CƠ HỌC VẬT RẮN TUYỆT ĐỐI CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG CƠ HỌC VR CƠ HỌC CƠ SỞ ... CƠ HỌC KẾT CẤU LÝ THUYẾT ĐÀN HỒI SỨC BỀN VẬT LIỆU ... Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 31 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học GIÁO DỤC ĐẠI CƯƠNG (29%) KIẾN THỨC CƠ SỞ NGÀNH (34%) KIẾN THỨC NGÀNH VÀ CHUYÊN NGÀNH (37%) TOÁN VẬT LÝ ... CƠ HỌC CƠ SỞ SỨC BỀN VẬT LIỆU ... KC NHÀ BTCT KT THI CÔNG ... Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 32 1.1. Nhiệm vụ và đối tượng nghiên cứu của môn học (2) Động học: ∑F = ma (1) Phương trình cân bằng: ∑Fx = 0; ∑Fy = 0; ∑Fz = 0; ∑Mx= 0; ∑My= 0; ∑Mz= 0 Vật rắn tuyệt đối • Cơ học cơ sở • Sức bền vật liệu (1) Phương trình cân bằng: ∑Fx = 0; ∑Fy = 0; ∑Fz = 0; ∑Mx= 0; ∑My= 0; ∑Mz= 0 (2) Quan hệ ứng suất - biến dạng: σ = Eε Vật rắn biến dạng Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 33 1.2. Phân loại vật thể nghiên cứu theo hình dạng Vật thể hình khối: Có kích thước theo ba phương cùng lớn tương đương nhau. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 34 1.2. Phân loại vật thể nghiên cứu theo hình dạng Vật thể hình tấm và vỏ: Có kích thước theo hai phương rất lớn so với phương thứ ba. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 35 1.2. Phân loại vật thể nghiên cứu theo hình dạng Vật thể hình thanh: Có kích thước theo một phương rất lớn so với hai phương còn lại. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 36 1.2. Phân loại vật thể nghiên cứu theo hình dạng Thanh là vật thể đơn giản và phổ biến nhất (các cấu kiện dầm, cột trong công trình xây dựng đều có thể được mô hình hoá dưới dạng thanh). → Là đối tượng nghiên cứu của môn học SBVL. Phân loại thanh theo hình dạng trục thanh:  Thanh thẳng  Thanh cong  Thanh không gian Phân loại thanh theo hình dạng mặt cắt ngang:  Thanh tròn, chữ nhật, vuông  Thanh đặc, rỗng  Thanh tiết diện không đổi, thay đổi Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 37 1.2. Phân loại vật thể nghiên cứu theo hình dạng Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 38 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.1. Ngoại lực Ngoại lực là những lực tác dụng của môi trường bên ngoài hay của vật thể khác lên vật thể đang xét. Ví dụ: sức gió, áp lực nước, lực căng dây đai lên trục truyền động, trọng lực Ngoại lực Tải trọng Phản lực Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 39 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.1. Ngoại lực • Tải trọng: Là những lực chủ động, biết trước, được lấy theo các qui định, tiêu chuẩn (TCVN 2737-1995). • Phản lực : Là những lực thụ động, phát sinh tại vị trí liên kết vật thể đang xét với vật thể khác Trọng lượng W của kiện hàng: Tải trọng Các phản lực gối tựa Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 40 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.1. Ngoại lực • Phân loại ngoại lực: theo tính phân bố – Lực phân bố thể tích: g [N/m3] – Lực phân bố bề mặt: p [N/m2] – Lực phân bố đường: q [N/m] – Lực tập trung: P [N] Các ví dụ về phân loại ngoại lực trên thực tế: Lực phân bố bề mặt: áp lực gió Lực phân bố đường: trọng lượng tường gạch trên dầm Lực tập trung: trọng lượng khối hàng Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 41 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.1. Ngoại lực • Phân loại ngoại lực: theo tính chất tác động – Tải trọng tĩnh: Không thay đổi theo thời gian (nói cách khác: tải trọng tĩnh tác dụng một cách từ từ, gây ra lực quán tính không đáng kể) – Tải trọng động: Có phương, chiều, trị số thay đổi theo thời gian và gây ra lực quán tính đáng kể, không thể bỏ qua • Các ví dụ về phân loại ngoại lực trên thực tế: Tải trọng tĩnh Tải trọng động Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 42 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.2. Liên kết và phản lực liên kết Các vật thể bị ràng buộc với nhau hoặc với đất bởi các liên kết. Thông qua các liên kết, các vật thể tác dụng lực và phản lực với nhau hoặc với đất → Lực liên kết. Giới hạn nghiên cứu: bài toán phẳng. Thanh có 3 bậc tự do (3 khả năng chuyển động) → liên kết ngăn cản chuyển động theo phương nào thì có xuất hiện phản lực theo phương đó. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 43 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.2. Liên kết và phản lực liên kết Liên kết gối tựa di động (liên kết đơn): Ngăn cản chuyển động tịnh tiến theo phương liên kết, cho phép thanh quay quanh một trục và chuyển động tịnh tiến theo phương còn lại. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 44 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.2. Liên kết và phản lực liên kết Liên kết gối tựa cố định (liên kết khớp): Ngăn cản chuyển động tịnh tiến theo mọi phương, cho phép thanh quay quanh một trục. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 45 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.2. Liên kết và phản lực liên kết Liên kết ngàm: Ngăn cản mọi khả năng chuyển động. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 46 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.2. Liên kết và phản lực liên kết Liên kết khớp (tại các nút trong khung, giàn): Ngăn cản chuyển động tịnh tiến, cho phép xoay. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 47 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.2. Liên kết và phản lực liên kết Cách xác định phản lực: Coi thanh như vật rắn tuyệt đối và xét sự cân bằng của thanh dưới tác dụng của tải trọng và phản lực. Các dạng điều kiện cân bằng tĩnh học: x và y không song song với nhau AB không vuông góc với u A, B, C không thẳng hàng Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 48 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.3. Một số hình ảnh về liên kết trong thực tế Liên kết gối tựa di động (liên kết đơn) Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 49 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.3. Một số hình ảnh về liên kết trong thực tế Liên kết gối tựa cố định (liên kết khớp) Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 50 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.3. Một số hình ảnh về liên kết trong thực tế Liên kết ngàm Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 51 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết Các dạng liên kết cơ bản của dầm – Dầm công-xôn 1.3.3. Một số hình ảnh về liên kết trong thực tế Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 52 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết Các dạng liên kết cơ bản của dầm – Dầm đơn giản 1.3.3. Một số hình ảnh về liên kết trong thực tế Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 53 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết Các dạng liên kết cơ bản của dầm – Dầm có mút thừa 1.3.3. Một số hình ảnh về liên kết trong thực tế Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 54 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết Các dạng liên kết cơ bản của dầm – Dầm liên tục 1.3.3. Một số hình ảnh về liên kết trong thực tế Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 55 1.3. Ngoại lực – Liên kết và phản lực liên kết 1.3.4. Bài toán tĩnh định và siêu tĩnh Bài toán tĩnh định: Để xác định phản lực liên kết hoặc nội lực trong các thanh, chỉ cần sử dụng các phương trình cân bằng tĩnh học. Bài toán siêu tĩnh: Để xác định phản lực liên kết hoặc nội lực trong các thanh, các phương trình cân bằng tĩnh học là chưa đủ. Cần phải viết thêm phương trình phụ là các điều kiện về biến dạng. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 56 1.4. Khái niệm về chuyển vị và biến dạng • Các chi tiết máy móc và bộ phận công trình là các vật rắn biến dạng (hay còn gọi là vật rắn thực): dưới tác dụng của ngoại lực, hình dạng và kích thước của các vật rắn thực thay đổi. • Biến dạng là sự thay đổi hình dạng, kích thước của vật thể dưới tác dụng của ngoại lực. • Chuyển vị là sự thay đổi vị trí của điểm vật chất thuộc vật thể dưới tác dụng của ngoại lực. AA’, BB’ - chuyển vị dài φ - chuyển vị góc Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 57 1.4. Khái niệm về chuyển vị và biến dạng • Biến dạng dài: Sự thay đổi chiều dài • Biến dạng góc: Sự thay đổi góc vuông • Biến dạng thể tích: Sự thay đổi thể tích B I Ế N D Ạ N G • Biến dạng đàn hồi: Có khả năng khôi phục hình dạng và kích thước ban đầu • Biến dạng dẻo (dư): Không có khả năng khôi phục hình dạng và kích thước ban đầu • Biến dạng nhớt: Thay đổi theo thời gian Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 58 1.4. Khái niệm về chuyển vị và biến dạng  Biến dạng dài  Biến dạng góc  Biến dạng thể tích Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 59 1.4. Khái niệm về chuyển vị và biến dạng Biến dạng đàn hồi Biến dạng dẻo (dư) Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 60 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.1. Nội lực Lực tương tác là tác dụng tương hỗ giữa các phần tử vật chất của vật thể nhằm giữ vật thể có hình dạng nhất định. Khi có ngoại lực tác dụng, vật thể bị biến dạng → lực tương tác thay đổi, có xu hướng chống lại sự biến dạng. Nội lực là lượng thay đổi lực tương tác giữa các phần tử vật chất của vật thể khi chịu tác dụng của ngoại lực. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 61 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.2. Phương pháp mặt cắt Để nghiên cứu nội lực, người ta sử dụng phương pháp mặt cắt. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 62 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.2. Phương pháp mặt cắt • Cắt vật thể chịu lực ở trạng thái cân bằng bằng một mặt cắt bất kỳ • Do vật thể ở trạng thái cân bằng, mọi phần của vật thể cũng phải thoả mãn điều kiện cân bằng. • Xét cân bằng phần dưới, chịu tác dụng của:  Các ngoại lực  Lực tương tác do phần trên tác dụng lên phần dưới • Biểu diễn lực tương tác nêu trên bằng các vectơ nội lực. Từ các phương trình cân bằng tĩnh học, ta có thể xác định được hợp lực của nội lực. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 63 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.3. Ứng suất tại điểm K DA – phân tố diện tích trên mặt cắt chứa điểm K DF – hợp lực nội lực trên DA Nội lực phân bố trên toàn bộ bề mặt của mặt cắt. Xét điểm K thuộc mặt cắt: Cường độ nội lực: nội lực trên một đơn vị diện tích → Ứng suất trung bình: Khi đó, ứng suất toàn phần tại điểm K trên mặt cắt của vật thể chịu lực được định nghĩa là: Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 64 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.3. Ứng suất tại điểm K Phân tích vec-tơ ứng suất toàn phần p theo 2 cách: Phân tích thành 2 thành phần, 1 thành phần vuông góc với mặt cắt và 1 thành phần tiếp tuyến với mặt cắt Phân tích thành 3 thành phần song song với 3 trục tọa độ Ứng suất pháp Ứng suất tiếp Ứng suất pháp Ứng suất tiếp Ứng suất tiếp Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 65 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.3. Ứng suất tại điểm K • Ứng suất pháp: • Ứng suất tiếp: Quy ước đặt tên các thành phần ứng suất: Phương pháp tuyến của mặt cắt Phương pháp tuyến của mặt cắt Chiều ứng suất tiếp Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 66 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.4. Các thành phần ứng lực trên mặt cắt ngang của thanh • Ứng lực R: Hợp lực của nội lực trên mặt cắt ngang • R: phương, chiều, điểm đặt bất kỳ → dời về trọng tâm C của mặt cắt ngang  Nz – lực dọc  Qx, Qy – lực cắt  Mx, My – mô men uốn  Mz – mô men xoắn → 6 thành phần ứng lực Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 67 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.5. Quan hệ giữa ứng suất và các thành phần ứng lực trên mặt cắt ngang Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 68 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.6. Các hình thức chịu lực cơ bản của thanh UốnKéo (Nén) Xoắn Cắt Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 69 1.5. Nội lực – Phương pháp mặt cắt – Ứng suất 1.5.6. Các hình thức chịu lực cơ bản của thanh Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 70 1.6. Các giả thiết của môn học Giả thiết 1: Vật liệu có cấu tạo vật chất liên tục, đồng nhất và đẳng hướng. • Liên tục: vật liệu lấp đầy thể tích vật thể, không có lỗ hổng; • Đồng nhất: tính chất cơ lý là như nhau tại mọi điểm trong vật thể; • Đẳng hướng: tại một điểm, tính chất cơ lý là như nhau theo mọi hướng. Vật liệu rời rạc Vật liệu liên tục, đồng nhất, đẳng hướngVật liệu không đồng nhất Vật liệu dị hướng (có thớ) Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 71 1.6. Các giả thiết của môn học • Trên thực tế, nếu xét ở kích cỡ vi mô, mọi vật liệu (ngay cả các kim loại) đều không có tính liên tục, đồng nhất hay đẳng hướng. • Tuy nhiên, do trong một phân tố bé của vật liệu cũng đã có vô số các phần tử sắp xếp lộn xộn với nhau nên ở kích cỡ vĩ mô (ví dụ: dầm, cột, sàn), nhiều vật liệu có thể xem là liên tục, đồng nhất và đẳng hướng. Khối thép ở kích cỡ vĩ mô: liên tục, đồng nhất, đẳng hướng Mạng tinh thể thép ở kích cỡ vi mô: rời rạc, không đồng nhất, dị hướng Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 72 Giả thiết 2: Ứng xử cơ học của vật liệu tuân theo Định luật Hooke (quan hệ nội lực – biến dạng là bậc nhất thuần nhất). • Định luật Hooke – Độ giãn dài của lò xo tỉ lệ thuận với lực tác dụng – Lò xo sẽ quay về vị trí cũ khi loại bỏ lực tác dụng cho đến khi vượt qua giới hạn đàn hồi 1.6. Các giả thiết của môn học Robert Hooke (1635 -1703) C hi ều dà ib an đ ầu Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 73 1.6. Các giả thiết của môn học Giả thiết 2: Ứng xử cơ học của vật liệu tuân theo Định luật Hooke (quan hệ nội lực – biến dạng là bậc nhất thuần nhất). s = E e σ – Ứng suất pháp E – Mô-đun đàn hồi kéo (nén) của vật liệu ε – Biến dạng dài tỷ đối t = G g τ – Ứng suất tiếp G – Mô-đun đàn hồi trượt của vật liệu γ – Biến dạng góc Định luật Hooke cho biến dạng dài Định luật Hooke cho biến dạng góc Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 74 1.6. Các giả thiết của môn học Giả thiết 3: Tính đàn hồi của vật liệu là đàn hồi tuyệt đối. Biến dạng của vật thể được xem là bé. Khung nhà bê tông cốt thép trên thực tế: biến dạng của các cấu kiện dầm, cột là bé so với kích thước của chúng và không thể quan sát thấy được bằng mắt thường. Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 75 1.7. Nguyên lý độc lập tác dụng Với việc thừa nhận giả thiết 2 và giả thiết 3, ta có thể áp dụng nguyên lý độc lập tác dụng cho các bài toán trong SBVL: Ứng suất, biến dạng hay chuyển vị do một hệ ngoại lực gây ra sẽ bằng tổng đại số các đại lượng đó do từng thành phần ngoại lực gây ra riêng rẽ. + Trần Minh Tú, Nghiêm Hà Tân – ĐHXD CHƯƠNG MỞ ĐẦU – 76 SỨC BỀN VẬT LIỆU 1 Thank you for your attention Trần Minh Tú – Đại học Xây dựng E-mail: tpnt2002@yahoo.com