Bài giảng môn học Sức bền vật liệu

SỨC BỀN VẬT LIỆU
Bộ môn Sức bền Vật liệu
Trường Đại học GTVT
BÀI GIẢNG
Sức bền vật liệu F1
‰ Đề cương
Cung cấp các thông tin tổng quan, cách đánh giá và triết lý
chung của khoá học.
‰ Bài giảng
Cung cấp lịch trình các bài giảng.
‰ Bài tập
Cung cấp các thí dụ mẫu, bài tập tự làm (bài tập bắt buộc và bài
tập tham khảo).
‰ Kiểm tra
Cung cấp câu hỏi hướng dẫn ôn thi, kiểm tra môn học. Lịch thi, 
hình thức thi và qui định trọng số đánh giá kết quả.
‰ Nghiên cứu khoa học và Olympic Sức bền vật liệu
Cung cấp thông tin về các hoạt động nghiên cứu khoa học giữa
bộ môn và người học cũng như các cuộc thi Olympic Sức bền
vật liệu.
Đề cương - Sức bền vật liệu F1
Thông tin chung
Giảng viên: Vũ Ngọc Linh
Văn phòng: P303 Nhà A6
ĐT: 04.3766 0141 hoặc 0983 017 384
Giờ làm việc: 8:00am-11:30am
1:00pm-4:30pm 
Email: vnlsbvl@yahoo.com
Homepage: www.sucbenvatlieu.com
Trợ giảng: Hà Văn Quân
Văn phòng: P303 Nhà A6
ĐT: 04.3766-0141 
Giờ làm việc: 8:00am-11:30am
1:00pm-4:30pm 
Email : 
Điểm đánh giá:
Chuyên cần 10%
Kiểm tra, thảo luận, chuyên đề 20%
Thi 70%
Điều kiện bắt buộc: Bài tập lớn; Thực hành thí nghiệm.
Tài liệu bắt buộc:
Vũ Đình Lai, Giáo trình Sức Bền Vật Liệu, NXB GTVT, 2007.
Nguyễn Xuân Lựu, Bài tập Sức Bền Vật Liệu, NXB GTVT, 2005.
Tài liệu tham khảo: giới thiệu trong từng nội dung chi tiết.
Tài liệu bắt buộc
Tài liệu bắt buộc
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tham khảo
Đề cương - Sức bền vật liệu F1
Mục đích môn học
1. Người học hiểu rõ các phương pháp tính toán kết cấu, chi tiết máy về ba
mặt: độ bền, độ cứng và độ ổn định.
2. Người học biết vận dụng các phương pháp tính toán vào kiểm toán và
thiết kế mới kết cấu, chi tiết máy.
Mô tả chung
• Nghiên cứu các khái niệm cơ bản: nội lực, ứng suất, biến dạng.
• Khái niệm: trạng thái ứng suất, biến dạng, 
• Quan hệ giữa ứng suất biến dạng (định luật Hooke), 
• Các tiêu chí về độ bền .
• Tính toán các đặc trưng hình học. 
• Ba trường hợp chịu lực cơ bản: kéo nén đúng tâm, xoắn, uốn phẳng.
Chương Chủ đề Đọc
1 Mở đầu Tr.1-Tr.17 
2 Thanh chịu kéo nén đúng tâm. Tr.19-Tr.39
3 Trạng thái ứng suất, biến dạng, định luật Hooke. Tr.41-Tr.73
4 Lý thuyết bền. Tr.77-Tr.83
5 Đặc trưng hình học. Tr.85-Tr.94
6 Thanh chịu xoắn Tr.97-Tr.108
7 Thanh chịu uốn. Tr.111-Tr.128
8 Biến dạng thanh chịu uốn. Tr.129-Tr.145
Đề cương - Sức bền vật liệu F1
Nội dung chính
Đề cương - Sức bền vật liệu F1
Kiến thức liên quan
Toán cao cấp: 
Đạo hàm, tích phân, phương trình vi phân, chuỗi số, véc tơ, ma 
trận, trị riêng, các phương pháp số
Vẽ kỹ thuật: 
Đọc bản vẽ kỹ thuật (hình chiếu đứng, chiếu bằng, chiếu cạnh, 
hình phối cảnh, hình cắt).
Cơ học lý thuyết: 
Cân bằng của vật rắn, cách tính phản lực liên kết, chuyển động
của vật rắn
Đề cương - Sức bền vật liệu F1
Nhiệm vụ của người học
•Tham dự đầy đủ các giờ học lý thuyết trên lớp
•Tự học: Chuẩn bị bài trước mỗi buổi học trên lớp. Hệ thống, phân tích, tổng hợp
các kiến thức đã học, nghiên cứu sâu và mở rộng kiến thức môn học. Vận dụng
các kiến thức đã học vào giải bài tập;
•Tham dự các bài kiểm tra giữa kỳ để tích luỹ điểm thành phần;
•Hoàn thành bài tập lớn để tích luỹ điểm thành phần và đảm bảo điều kiện dự thi
kết thúc học phần;
•Hoàn thành công tác thí nghiệm để đảm bảo điều kiện dự thi kết thúc học phần;
•Tích cực hoàn thành các phần thực hành và tham gia thảo luận trên lớp.
Ngày Bài giảng Đọc Ví dụ Bài tập nộp
BG1 Mục:
BG2 Mục:
VD1 Q1
BG3 Mục:
BG4 Mục:
BG5 Mục:
VD2 Q2
BG6 Mục:
BG7 Mục:
BG8 Mục:
VD3 Q3
BG9 Mục:
BG10 Mục:
BG11 Mục:
VD4 Q4
BG12 Mục:
BG13 Mục:
BG14 Mục:
VD5 Q5
Bài giảng - Sức bền vật liệu F1
Bài tập - Sức bền vật liệu F1
Bài tập bắt buộc
Chương 1: 
Chương 2: 
Chương 3: 
Chương 4: 
Chương 5: 
Chương 6: 
Chương 7: 
Bài tập lớn
Bài tập không bắt buộc
Chương 1:
Chương 2: 
Chương 3: 
Chương 4: 
Chương 5: 
Chương 6: 
Chương 7: 
Kiểm tra - Sức bền vật liệu F1
Kiểm tra giữa học phần (Trắc nghiệm khách quan và tự luận)
Thi kết thúc học phần (Vấn đáp)
Chương mở đầu
Bộ môn Sức bền Vật liệu
Trường Đại học GTVT
BÀI GIẢNG
BG1- Vị trí, nhiệm vụ, đối tượng
và phương pháp nghiên cứu của môn học
Liệu có
gẫy
không
nhỉ?
Võng
quá?
Mỏng manh
quá?
BG1- Vị trí, nhiệm vụ, đối tượng
và phương pháp nghiên cứu của môn học
Tính toán về độ bền
Tính toán bảo đảm cho kết cấu không bị phá hỏng (đứt, trượt, 
gẫy).
Tính toán về độ cứng
Tính toán bảo đảm cho kết cấu biến dạng ở mức độ sao cho khai thác
được bình thường.
Tính toán về ổn định
Tính toán về khả năng của kết cấu giữ được hình thái biến dạng hữu
hạn ban đầu.
BG1- Vị trí, nhiệm vụ, đối tượng
và phương pháp nghiên cứu của môn học
BG1- Vị trí, nhiệm vụ, đối tượng
và phương pháp nghiên cứu của môn học
p
δ
x
z
y h
Phân loại vật thể thực
Thanh Tấm, vỏ Vật thể khối
Trục thanh
Mặt trung bình
BG1- Vị trí, nhiệm vụ, đối tượng
và phương pháp nghiên cứu của môn học
Để xây dựng phương pháp tính, dựa vào:
9 Phương trình cân bằng tĩnh (hay động)
9 Phương trình biến dạng
9 Phương trình vật lý
Ba bài toán cơ bản của Sức bền vật liệu
9 Bài toán kiểm tra
9 Bài toán xác định tải cho phép
9 Bài toán xác định kích thước hình học
BG2- Sơ đồ tính, tải, 
các liên kết và phản lực liên kết
Sơ đồ tính
là hình vẽ đối tượng tính toán đã được đơn giản hóa, chỉ còn mang
những đặc điểm cần thiết cho việc tính toán.
(cm)
40
160
1
2
0
2
0
4
0
20
O
BG2- Sơ đồ tính, tải, 
các liên kết và phản lực liên kết
BG2- Sơ đồ tính, ngoại lực, 
các liên kết và phản lực liên kết
Ngoại lực: là yếu tố từ môi trường bên ngoài tác động vào kết cấu
gây ra nội lực, biến dạng cho kết cấu.
Lực mặtLực thể tích
Ngoại lực
Tải trọng Phản lực liên kết
BG2- Sơ đồ tính, tải, 
các liên kết và phản lực liên kết
Liên kết là chi tiết ràng buộc các bộ phận kết cấu với nhau hoặc với
môi trường bên ngoài (đất).
Lực liên kết và phản lực liên kết là các lực tương tác giữa các bộ
phận kết cấu với nhau hoặc giữa các bộ phận kết cấu với môi
trường bên ngoài (đất) thông qua các liên kết.
Một số loại liên kết thường gặp
Gối di động Gối cố định Ngàm Ngàm trượt Gối đàn hồi
BG3- Chuyển vị, biến dạng
y
z
x
O
M'
M
w
v u
Δ
s
s’ γ
Δ là chuyển vị đường của điểm M
u là chuyển vị đường theo phương x của điểm M
v là chuyển vị đường theo phương y của điểm M
w là chuyển vị đường theo phương z của điểm M
γ là chuyển vị góc của đoạn s
BG3- Chuyển vị, biến dạng
y
z
x
O
dl
dl+Δdl
γ
Δdl là biến dạng dài tuyệt đối của đoạn dl
ε là biến dạng dài tỷ đối (tương đối) của đoạn dl
εx là biến dạng dài tỷ đối (tương đối) của đoạn dl theo phương x
εy là biến dạng dài tỷ đối (tương đối) của đoạn dl theo phương y
εz là biến dạng dài tỷ đối (tương đối) của đoạn dl theo phương z
γ là góc trượt trong mặt phẳng chứa góc vuông đang xét
γxy là góc trượt trong mặt phẳng song song với mặt phẳng xoy
γyz là góc trượt trong mặt phẳng song song với mặt phẳng yoz
γzx là góc trượt trong mặt phẳng song song với mặt phẳng zox
εxy = γxy/2; εyz = γyz/2; εzx = γzx/2 là các biến dạng góc (biến dạng trượt)
dl
dlΔ=ε
dx
dx
x
Δ=ε
dy
dy
y
Δ=ε
dz
dz
z
Δ=ε
BG4- Nội lực, ứng suất
ΔF
n
K
z
x
y
pΔ
np
A
B
O
Để xác định nội lực ta sử dụng phương pháp mặt cắt
F
pptb Δ
Δ=
F
pp
F
n Δ
Δ=
→Δ 0
lim
ΔFK
np n
nσ
nτ
ứng suất là mật độ phân bố của nội lực
ptb là ứng suất toàn phần trung bình tại điểm K trên mặt cắt đang xét
pn là ứng suất toàn phần tại điểm K trên mặt cắt đang xét
σn là ứng suất pháp tại điểm K trên mặt có pháp tuyến n
τn là ứng suất tiếp tại điểm K trên mặt có pháp tuyến n
Nội lực là lượng biến thiên của lực liên kết giữa các phần tử vật chất
của vật thể khi có ngoại lực tác dụng. 
K
O
z
x
y
BG4- Nội lực, ứng suất
Nội lực thu gọn trên mặt cắt ngang thanh
Nz - lùc däc trôc,
Qx ,Qy - lùc c¾t,
Mx ,My - m« men uèn,
Mz - m« men xo¾n.
x
y
z
MR
Mz
x
y
zQx
Qy
My
Mx
Nz
x
y
z
BG4- Nội lực, ứng suất
Hiệu ứng biến dạng của sáu thành phần nội lực trên mặt cắt ngang thanh
BG4- Nội lực, ứng suất
Quan hệ giữa các nội lực thu gọn và các thành phần ứng suất trên
mặt cắt ngang thanh
Mz
x
y
z
Qx
Qy
My
Mx
Nz
dF zσ
zyτzxτ
x
yρ
∫=
F
zz dFN σ
∫=
F
zxx dFQ τ
∫=
F
zyy dFQ τ
∫=
F
zx dFyM σ
∫=
F
zy dFxM σ
( )∫ −=
F
zxzyz dFyxM ττ
BG5- Các giả thiết của môn học
Vật liệu:
- Liên tục, đồng nhất, đẳng hướng,
- Đàn hồi tuyến tính.
Kết cấu: Biến dạng nhỏ.
Nguyên lý Saint – Venant:
P
P P
Ở đủ xa nơi đặt lực, trạng thái ứng suất và biến dạng không phụ
thuộc vào cách đặt lực mà chỉ phụ thuộc vào hợp lực.
P
BG6- Khái niệm bài toán tĩnh định, 
bài toán siêu tĩnh
Bài toán tĩnh định:
là bài toán có thể tính được các thành phần nội lực chỉ
cần dựa vào các phương trình cân bằng tĩnh học
Bài toán siêu tĩnh:
là bài toán không thể tính được các thành phần nội lực
nếu chỉ cần dựa vào các phương trình cân bằng tĩnh
học. 
Cách giải: bổ sung thêm các phương trình biến dạng, 
phương trình vật lý
Ôn tập tại lớp
Học gì???
Hiểu gì???
Làm gì???
Hãy tính phản lực liên kết của các kết cấu sau:
Hãy đổi các đơn vị sau đây:
20kN/cm2 = .. bar
20daN/cm2 = .. MPa
20MN/cm2 = .. bar
20MPa = .. bar 
Hãy cho biết môn Cơ học lý thuyết nằm ở đâu trong sơ đồ
hình cây của cơ học?
1m 1m2 m
P=10kN
M=5kNm
A
C D
B
1)
q=10kN/m
q
3aa a
P=qa M=qa2
2)
Bài tập & Câu hỏi ôn tập
Bài tập về nhà
Bài tập số 3,4 trang 22 sách giáo trình
Câu hỏi ôn tập
Hãy tìm 5 thí dụ thực tế mà sơ đồ tính đưa về thanh và hệ
thanh, 5 thí dụ về tấm hoặc vỏ?
Hãy cho 2 thí dụ thực tế về lực thể tích, lực mặt?