Bạn có thể phân biệt rõ ràng các khái niệm và sự khác nhau giữa nội lực, ứng suất và biến dạng không? Hãy đến xem tất cả ngày hôm nay.
1. Khái niệm nội lực
1. Định nghĩa
Nội lực là lực tương tác (nội lực bổ sung) giữa các phần liền kề trong một vật thể do ngoại lực gây ra. Lực do ngoại cảnh tác dụng lên thanh gọi là ngoại lực.
Bất kỳ vật thể nào bao gồm vô số hạt, có một lực tương tác giữa hai hạt liền kề bất kỳ trong thành phần và độ lớn của lực liên quan đến vị trí tương đối của các hạt. Khi một vật thể chịu một ngoại lực, vật thể biến dạng, vị trí tương đối của các phần tử bên trong của nó thay đổi và lực tương tác giữa chúng cũng thay đổi theo. Ta gọi sự biến đổi của lực do ngoại lực sinh ra là nội lực bổ sung hay gọi tắt là nội lực.
2. Phương pháp tính nội lực - phương pháp mặt cắt
Rõ ràng là nội lực bên trong cấu kiện. Muốn giải nội lực thì phải bộc lộ nội lực. Theo cách này, chúng tôi sử dụng phương pháp mặt cắt ngang để giải quyết vị trí mặt cắt ngang của nội lực theo nhu cầu. Theo giả thuyết khi cắt tiết diện, cấu kiện ban đầu được cân bằng và bất kỳ bộ phận nào sau khi cắt cũng cân bằng, nghĩa là bất kỳ bộ phận nào ở cả hai phía của tiết diện đều ở trạng thái cân bằng dưới tác dụng của ngoại lực và nội lực tác dụng lên tiết diện. Do đó, bạn có thể lấy bất kỳ cạnh nào của tiết diện, nghiên cứu điều kiện cân bằng của nó, thiết lập phương trình cân bằng và giải nội lực trên tiết diện. Các bước cụ thể để giải phần như sau.
Hình cắt giả thiết: Tại mặt cắt cần tìm nội lực (thường là mặt cắt ngang), thanh tưởng tượng được chia làm hai theo mặt cắt.
Phép thế: Lấy tùy ý một phần, và tác dụng của phần bỏ đi lên phần còn lại được thay bằng nội lực tương ứng (lực hoặc cặp lực) tác dụng lên tiết diện.
Cân bằng: Lập phương trình cân bằng cho phần còn lại và tính nội lực chưa biết của thanh trên bề mặt bị cắt dựa trên ngoại lực đã biết tác dụng lên nó (lúc này nội lực tác dụng lên bề mặt bị cắt là một ngoại lực cho phần còn lại). Theo giả định cơ bản về tính đồng nhất và liên tục, một lực tùy ý sẽ được phân phối liên tục trên mặt cắt sau khi cắt và có nội lực tại mọi điểm trên mặt cắt, nhưng chỉ có sáu điều kiện cân bằng cho một hệ lực tùy ý trong không gian, và chúng ta không thể giải quyết tất cả chúng. Nội lực của mỗi điểm. Theo sự đơn giản hóa của hệ lực, chúng tôi đơn giản hóa bất kỳ hệ lực nào của nội lực này thành một điểm của mặt cắt, thường là trọng tâm của mặt cắt, và thu được một vectơ chính và mô men chính, như trong hình bên dưới.
Lấy trọng tâm của mặt cắt làm gốc, thiết lập một hệ trục tọa độ Cartesian như trong hình, trục x vuông góc với mặt cắt ngang, nghĩa là dọc theo trục của thanh và trục y và z -axis nằm trong mặt phẳng tiết diện. Phân tách vectơ chính thành ba trục tọa độ có thể thu được ba thành phần: lực dọc trục dọc theo trục x và lực cắt dọc theo trục y và trục z.hình ảnhPhân tách các mômen chính dọc theo ba trục tọa độ sẽ tạo ra ba thành phần: mômen dọc theo trục x, mômen uốn dọc theo trục y và trục z.
Ta cũng gọi sáu thành phần này là nội lực, nhưng cần lưu ý rằng sáu thành phần này là hợp lực hay mômen của nội lực. Giải nội lực của thanh sau này là tìm lực dọc trục, lực cắt, mômen xoắn và mômen uốn, vì các nội lực này tương ứng với các biến dạng cơ bản của thanh: biến dạng kéo và nén, biến dạng cắt, biến dạng xoắn, biến dạng uốn.
2. Khái niệm căng thẳng
Ứng suất là nơi tập trung phân bố của nội lực (ứng suất dành cho một “điểm” nào đó, khi muốn diễn tả ứng suất của một điểm thì ta chỉ ra vị trí của điểm này và phương của mặt phẳng đi qua điểm đó), để mô tả ứng suất của một điểm trên tiết diện , hãy lấy DA vi diện tích xung quanh điểm này, như thể hiện trong hình. Hợp lực của hệ nội lực trên vi diện tích này là DF. Vì diện tích này đủ nhỏ nên ta giả sử nội lực phân bố đều thì ta được ứng suất trung bình, rồi lấy giới hạn của ứng suất trung bình ta được ứng suất toàn phần hay ứng suất toàn phần của điểm này, hướng của ứng suất tổng thay đổi theo vị trí của điểm đã chọn. Rõ ràng, tổng ứng suất là một vectơ và mối quan hệ giữa hướng của nó và mặt cắt là tùy ý. Sau đó, chúng tôi phân tách ứng suất tổng thành hai thành phần, một thành phần được gọi là ứng suất pháp tuyến vuông góc với mặt cắt và thành phần còn lại được gọi là ứng suất cắt tiếp tuyến với mặt cắt. căng thẳng trung bình tổng ứng suất (tổng ứng suất) Tổng ứng suất được phân thành: ứng suất vuông góc với tiết diện được gọi là "ứng suất bình thường" và ứng suất bên trong tiết diện được gọi là "ứng suất cắt".
Đơn vị của ứng suất: Pa, thường dùng: MPa, GPa.
3. Chuyển vị, biến dạng và biến dạng
1. Dịch chuyển
Sự thay đổi vị trí của một điểm trong vật thể trước và sau khi biến dạng, chuyển vị trong cơ học vật liệu có chuyển vị thẳng và chuyển vị góc. Như thể hiện trong hình bên dưới, một lực tập trung được tác dụng lên đầu tự do của dầm đúc hẫng, và dầm sẽ uốn cong và biến dạng. Nếu chúng ta kiểm tra chuyển vị của một phần nhất định, chẳng hạn như chuyển vị của đầu tự do, rõ ràng là trọng tâm của phần sẽ có chuyển vị xuống, dẫn đến chuyển vị tuyến tính, đồng thời, hướng bình thường của tiết diện cũng sẽ thay đổi, nghĩa là tiết diện sẽ xoay, dẫn đến sự dịch chuyển góc. chuyển vị.
2. Biến dạng
Sự thay đổi kích thước, hình dạng của vật thể dưới tác dụng của ngoại lực.
3. Căng thẳng
Để đo mức độ biến dạng tại một điểm của cấu kiện, biến dạng cũng dành cho một "điểm" nào đó.
(1) Biến dạng tuyến tính (đo mức độ thay đổi kích thước của một điểm trong vật thể).
Như hình vẽ, ta khảo sát một điểm A bất kỳ trong thành phần, và lấy một điểm B bất kỳ ở gần điểm A. Độ dài của AB là Dx. Cấu kiện bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực và cả hai điểm A và B đều bị dịch chuyển sang vị trí mới. Khoảng cách giữa trở thành Dx cộng với Ds, giả sử rằng biến dạng đồng nhất trong phạm vi của Dx, có thể thu được biến dạng tuyến tính trung bình
Ta lấy giới hạn của công thức trên để được biến dạng đường thẳng tại điểm A Đối với các bài toán về mặt phẳng, một hình chữ nhật nhỏ được hiển thị trong hình và đường tác dụng của ngoại lực trở thành một hình chữ nhật được thể hiện bằng một đường chấm chấm (kích thước thay đổi). Nếu biến dạng đồng nhất trong phạm vi của Dx và Dy, thì có một đường trung bình dọc theo biến dạng theo hướng x và y.hình ảnhLấy giới hạn tương ứng để có được biến dạng tuyến tính theo hướng x và yhình ảnh
(2) Biến dạng góc (đo mức độ thay đổi hình dạng của một điểm trong vật thể) còn được gọi là biến dạng cắt hoặc biến dạng cắt.
Được định nghĩa là sự thay đổi góc vuông.
