Bài giảng "Nhập môn Kỹ thuật cơ khí: Chương 5 - Vật liệu và ứng suất" trình bày các nội dung kiến thức sau đây: tổng quan, kéo và nén, đáp ứng vật liệu, trượt, vật liệu kỹ thuật, hệ số an toàn. Mời các bạn cùng tham khảo!
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Nhập môn Kỹ thuật cơ khí: Chương 5 - PGS.TS. Bùi Ngọc Tuyên
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Chương 5. Vật liệu và ứng suất
5.1. Tổng quan
5.2. Kéo và nén
5.3. Đáp ứng vật liệu
5.4. Trượt
5.5. Vật liệu kỹ thuật
5.6. Hệ số an toàn
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
5.1. Tổng quan
- Ứng suất (Stress)
- Sức bền vật liệu (material strength)
Ứng suất > Sức bền vật liệu Chi tiết bị phá hủy
A broken crankshaft that was removed from a
single-cylinder internal-combustion engine
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Relationship of the topics emphasized in this chapter (shaded boxes) relative to an
overall program of study in mechanical engineering
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
5.2. Kéo và nén
- Kéo (tension) một thanh tròn đường kính d bởi một lực F:
---> biến dạng đàn hồi
---> biến dạng dẻo
---> phá hủy
Diện tích tiết diện t
>0 A straight is stretched and placed in tension
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Biến dạng:
Biến dạng dài :ΔL
a) A rod that has been stretched, (b) A section that is sliced
(
from the rod to expose the internal force, (c) The tensile
stress that is distributed over the rod's cross section.
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Đơn vị ứng suất:
Trong hệ SI: đơn vị ứng suất 1 Pa = 1 N/m2
1 kPa = 103 Pa; 1 Mpa = 106 Pa; 1 Gpa = 109 Pa
Trong hệ USCS: 1 psi = 1 lb/in2
1 ksi = 103 psi; 1 Mpsi = 106 psi;
( Conversion Factors between USCS and SI Units for Stress.
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
5.3. Đáp ứng vật liệu
Lực tác dụng và độ dãn dài tỷ lệ thuận với nhau:
F
k: độ cứng (stiffness)
(a) Force-elongation behaviors of rods having various cross- sectional areas
and lengths, (b) Each rod has similar stress- strain behavior
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Quan hệ biến dạng và ứng suất:
Idealized stress-strain curve for structural steel.
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Ứng suất và biến dạng tỷ lệ thuận với nhau trong vùng biến dạng đàn hồi:
E: Mô đun đàn hồi vật liệu (elastic modulus, or Young’s modulus)
Độ dãn dài vật liệu khi ứng suất dưới điểm giới hạn tỷ lệ (điểm A trên đồ thị):
=
Độ cứng:
=
Thuộc tính vật liệu định lượng độ co hay nở rộng mặt cắt ngang của mẫu khi chịu tác
dụng của lực gọi là hệ số Poisson, ký hiệu : ν
Δ
Δd = -νd
Giới hạn chảy (Yield strength): Sy
Giới hạn bền (Ultimate strength): Su
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
Thuộc tính của một số kim loại:
Elastic Modulus and Weight Density of Selected Metals*
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
XXXXXX
Ultimate and Yield Strengths of Selected Metals*
- VÍ DỤ
Example 1: U-Bolt Clamp
The U-bolt is used to attach the body (formed with I-beam construction) of a
commercial moving van to its chassis (formed from hollow box channel). The U-
bolt is made from a 10-mm-diameter rod, and the nuts on it are tightened until the
tension in each straight section of the U-bolt is 4 kN. (a) Show how forces are
transferred through this assembly by drawing free body diagrams of the U-bolt and
its nuts, the body and chassis stack, and the clamping plate, (b) In the units of MPa,
calculate the tensile stress in a straight section of the U-bolt.
- Example 2
For the 10-mm-diameter steel U-bolt in Example 1, determine the (a) strain, (b)
change in length, and (c) change in diameter of the bolt’s 325-mm-long straight
section. Use the rule-of-thumb value E = 210 GPa for the elastic modulus, and take
the Poisson’s ratio as v = 0.3.
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
5.4. Trượt (Shear)
- Trượt ứng suất hướng theo cùng mặt phẳng với mặt cắt ngang của thanh
- Ứng suất tiếp (ứng suất trượt):
=
V: lực cắt (shear force)
A: diện tích mặt cắt ngang
Shear forces and stresses act on material that is being pressed
between two rigid supports
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
VD: Hãy xác định ứng suất trượt tại chốt quay B của kéo theo đơn vị của hệ SI (Pa).
Cho biết: chốt kéo có đường kính 8 mm, lực tác dụng tại chốt kéo là 385 N
Giải:
( , )
- Diện tích mặt cắt ngang của chốt: = = 5,027 x 10-5 m2
- Ứng suất trượt: = = = 7,659 x 106 N/m2
5,027 x 10−5 m2
= 7,659 x 106 Pa
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
5.5. Vật liệu kỹ thuật
a. Kim loại và hợp kim (Metals and Their Alloys)
Đặc trưng bởi tính dẻo (ductility)
Một số hợp kim thông dụng: hợp kim nhôm 3003, hợp kim đồng, thép (grade
1020, 4320,…), thép không gỉ (316, 440c,..), hợp kim titan
b. Gốm (Ceramics)
Đặc trưng bởi độ cứng cao, dòn, chịu nhiệt, chịu mài mòn, cách điện
Một số thành phần chính của gốm: Si3N4 , A1203 , TiC
c. Pô li me (Polymers)
d. Vật liệu composite
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
5.6. Hệ số an toàn
Hệ số an toàn (Factor of safety) được định nghĩa là tỷ số giữa ứng suất phá hủy với
ứng suất ở trạng thái làm việc bình thường của chi tiết máy.
Hệ số an toàn khi kéo: ntension =
Giới hạn chảy cho kéo: Sy
Giới hạn chảy cho trượt: Ssy =
Hệ số an toàn khi trượt: nshear = 𝛕
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
VD: Một bánh răng trụ răng thẳng dùng truyền động được lắp trên trục đường kính 1
inch với mối ghép then có chiều dài 1,75 inch và mặt cắt ngang 0,25 x 0,25 inch. Then
được làm bằng thép grade 1045. Khi bánh răng dẫn động bằng lực tác dụng trên răng là
1500 lb. Hãy xác định ứng suất trượt tại then và hệ số an toàn chảy dẻo của then.
Giải: The picture can't be display ed.
- ĐK cân bằng mô men tại tâm trục:
= 0 V =7500 lb
- NHẬP MÔN KỸ THUẬT CƠ KHÍ
(AN INTRODUCTION TO MECHANICAL ENGINEERING)
:
= 0,4375 in2
Ứng suất trượt: = = = 1,714 x 104 lb/in2
0,4375 in2
= 1,714 x 104 psi = (1,714 x 104 psi ) (10-3 )= 17,14 ksi
Giới hạn chảy khi kéo
SY = 60 ksi
Giới hạn chảy khi trượt:
SY = 60 ksi /2 = 30 ksi
Hệ số an toàn cho then:
nshear =
𝛕
=
,
= 1,750
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
