Bài giảng Sức bền vật liệu - Chương 9: Ổn định - Trương Quang Trường

Nội dung text: Bài giảng Sức bền vật liệu - Chương 9: Ổn định - Trương Quang Trường

1. SC BN VT LIU GV: ThS. TRNG QUANG TRNG KHOA C KHÍ – CÔNG NGH TRNG ĐI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
2. SƠ Bn Vt Liu Chương 9 ỔN ĐỊNH Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 2 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
3. NỘI DUNG 1. Khái niệm 2. Bài toán Euler 3. ng suất tới hạn & giới hạn áp dụng công thc Euler 4. Phương pháp thực hành để tính thanh chịu nén 5. Vật liệu và hình dáng mặt cắt hợp lý Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 3 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
4. 1. KHÁI NIM CHUNG Định nghĩa: n định là khả năng bảo toàn trạng thái cân bằng ban đầu của kết cấu Trạng thái cân bằng Trạng thái cân bằng n định không n định Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 4 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
5. 1. KHÁI NIM CHUNG n định hệ đàn hi: Pth: tải trọng tới hạn Trạng thái Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 5 - tới hạn Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
6. 1. KHÁI NIM CHUNG n định hệ đàn hi:  Khi P > Pth: hệ mất n định, xuất hiện momen uốn do lực dọc gây nên Biến dạng hệ tăng nhanh Hệ bị sụp đ  P Điều kiện n định: P th kod kod – hệ số an toàn về n định  Xác định Pth ??? Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 6 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
7. 2. BÀI TOÁN EULER  Thanh thẳng, hai đầu liên kết khớp, chịu nén đúng tâm => Xác định lực tới hạn  Bài toán do Leonard Euler giải năm 1774 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 7 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
8. 2. BÀI TOÁN EULER  Khi tải trọng P đạt tới Pth => thanh cong (mất n định), giả sử thanh cong trong mp yOz Nội lực trên MCN: Nz và Mx Mx P th .y Phương trình vi phân đường đàn hi M y" x EJ x P y" th .y 0 y" 2 .y 0 EJ x Nghiệm: y C12 sin z C cos z Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 8 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
9. 2. BÀI TOÁN EULER  Lực tới hạn nhỏ nhất: (Công thc Euler) 2 EJ min Pth l 2 Trong đó: . E – mô đun đàn hi của vật liệu thanh . Jmin – momen quán tính chính nhỏ nhất của MCN . l – chiều dài thanh .  - hệ số phụ thuộc liên kết Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 9 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
10. 2. BÀI TOÁN EULER Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 10 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
11. 3. ng suất ti hn & gii hn ứp ơng Ơông thƠ EulƯr 2 P E  ng suất tới hạn  th th F 2 Độ mảnh ca thanh: l  imin Bán kính quán tính nhỏ nhất: J i min min F Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 11 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
12. 3. ng suất ti hn & gii hn ứp ơng Ơông thƠ EulƯr Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 12 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
13. 3. ng suất ti hn & gii hn ứp ơng Ơông thƠ EulƯr Đ thị th -  Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 13 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
14. 4. Phng phứp thựƠ hậnh để tính thanh Ơhịu nén Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 14 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
15. VÍ D Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 15 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
16. 5. Vt liu vậ hình ơứng mặt Ơắt hp lý Hình dáng mặt cắt hợp lý: - imin = imax, với liên kết hai mặt như nhau, nghĩa là khả năng chống lại sự mất n định theo các phương như nhau. Đó là các mặt cắt hình tròn, hình vuông hoặc đa giác đều. - Các momen quán tính chính trung tâm của MCN càng lớn càng tốt. Vì thế người ta thường dùng các MCN rỗng, nhưng thành phải có chiều dài vừa đủ. Vật liệu hợp lý: - Khi thanh độ mảnh lớn: th phụ thuộc E => sử dụng thép thường - Khi thanh độ mảnh vừa và bé: th phụ thuộc ch => sử dụng thép cường độ cao Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 16 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
17. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 17 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
18. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 18 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
19. SC BN VT LIU GV: ThS. TRƯƠNG QUANG TRƯỜNG KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGH TRƯỜNG ĐI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM
20. Sc Bn Vt LiỘ Chương 10 TẢI TRỌNG ĐỘNG Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 2 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
21. NI DUNG 1. Khái niệm 2. Tính thanh chuyển động thẳng đng có gia tốc 3. Dao động hệ đàn hồi một bậc tự do 4. Va chạm ca hệ có một bậc tự do Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 3 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
22. 1. KHÁI NIM CHUNG 1. Tải trọng tĩnh: Tải trọng có phương, chiều và độ lớn không thay đổi (hoặc thay đổi rất ít) theo thời gian, không làm phát sinh lực quán tính 2. Tải trọng động: Tải trọng thay đổi theo thời gian hoặc thay đổi đột ngột, làm phát sinh lực quán tính Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 4 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
23. 1. KHÁI NIM CHUNG 3. Phân loại tải trọng động: theo gia tốc chuyển động a. Chuyển động với gia tốc không đổi: - Chuyển động tịnh tiến: thang máy, dây cáp cần cẩu, - Chuyển động quay: trục truyền động, vô lăng quay, b. Chuyển động với gia tốc thay đổi theo thời gian: => Bài toán dao động: dao động bệ máy, sàng, xe chạy trên cầu c. Chuyển động với gia tốc thay đổi đột ngột: => Bài toán va chạm: búa máy, dập, Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 5 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
24. 1. KHÁI NIM CHUNG 4. Phương pháp nghiên cu: Sđ (ng suất, biến dạng, chuyển vị, ) do tải trọng động gây nên St (ng suất, biến dạng, chuyển vị, ) do tải trọng động nhưng coi là tĩnh gây nên Sđ = kđ.St kđ: hệ số động => Cần tìm !!! Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 6 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
25. 2. Tính thanh chỘyển đng thẳng đng có gia tốc Trọng lực: - Vật P - Dây cáp Az Lực quán tính: - Vật (P/g)a - Dây cáp (Az/g)a Theo nguyên lý D’Alambert: P Fz Nd P  Fz a a 0 gg a k 1 a d g Nd (1 )( P  Fz ) g Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 7 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
26. 2. Tính thanh chỘyển đng thẳng đng có gia tốc ng suất tĩnh: (lớn nhất tại MCN z = l) P max l t F ng suất động: max max  dk. d t Điều kiện bền: max max d k. d  t    Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 8 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
27. 3. Dao đng h đận hồi mt bc tự do Dao động: - Dao động cưỡng bức: do ngoại lực biến thiên theo thời gian gây ra (lực kích thích) - Dao động tự do: dao động không có lực kích thích Bậc tự do: - Một khối lượng: 1 BTD - Hai khối lượng: 2 BTD - Khối lượng phân bố: vô số BTD Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 9 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
28. 3. Dao đng h đận hồi mt bc tự do Hệ số động: 1 k d 24 2  2 1 24  Trong đó:  - tần số dao động lực kích thích - hệ số cản  - tần số góc của dao động tự do 1 Nếu bỏ qua lực cản: = 0 k d 2 1 2 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 10 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
29. 3. Dao đng h đận hồi mt bc tự do Hệ số động: (tra đồ thị) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 11 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
30. 4. Va chm ca h có mt BTD Xét hệ va chạm: Q = mg – trọng lượng đặt sẳn P = Mg – trọng lượng vật gây va chạm h – độ cao vật gây va chạm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 12 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
31. 4. Va chm ca h có mt BTD Va chạm xiên góc: v2 k cos cos2 d Q g. t. 1 P Trong đó: v – vận tốc chuyển động của vật va chạm - góc giữa phương vận tốc và phương thẳng đứng t – chuyển vị tĩnh tại điểm va chạm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 13 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
32. 4. Va chm ca h có mt BTD Va chạm thẳng đng: Rơi có gia tốc: (a#g) v2 k 11 d Q g. t. 1 P Rơi tự do: (a=g => v2 = 2gh) 2h k 11 d Q t. 1 P Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 14 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
33. 4. Va chm ca h có mt BTD Va chạm ngang: v2 k đ Q g. t. 1 P Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 15 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
34. VÍ DỤ Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 16 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
35. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM - 17 -
36. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 18 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM