Bài giảng Cơ học ứng dụng - Tuần 1 - Nguyễn Duy Khương

ọc Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 2 Lịch sử ngành Cơ học Simon Stevin (1548‐1620) “Công thức định luật cộng vector lực” và “hầu hết các công thức của tĩnh học” Galileo (1564‐1642) “Phát minh ra bài toán động lực học với thí nghiệm hòn đá rơi tự do” Archimedes (287 B.C. ‐ 212 B.C.) “Nguyên lý đòn bẩy”  và “nguyên lý lực nổi” “Give me a place to  stand on, and I will  move the Earth” Newton (1643‐1727) “Định luật chuyển động” và “Định luật vạn vật hấp dẫn” Da Vinci, Varignon, Euler, D’Alembert, Lagrange, Laplace and  Chương trình môn học Môn học Cơ Học Ứng Dụng Phần 1 TĨNH HỌC Phần 2 CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG Phần 3 CÁC BỘ TRUYỀN ĐỘNG Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 3 Lực  Hợp lực và đưa các lực tác dụng lên vật rắn về dạng tối giản Nội dung môn học Phần 1 TĨNH HỌC Môment F1 F2 F3 F4 RF  OR M   Xác định điều kiện cân bằng của các hệ lực tác dụng lên vật rắn F1 F2 F3 F4 F5 ? F6 ? Điều kiện cân bằng hệ lực Dữ kiện Hệ lực và môment Phản lực liên kết Kết quả Nội dung môn học  Các mô hình ví dụ cho bài toán tĩnh học Xác định lực căng dây Tính phản lực tại A, B, D Tác động của vật lên khớp tay Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 4 Phần 2 CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG Lực, môment Nội dung môn học Ứng suất,  biến dạng,  chuyển vị 10000 N • Có đủ bền, có bị hư hỏng không? • Nếu đủ bền thì chuyển vị tại vị trí đầu dầm là bao nhiêu? • Hư hỏng nếu có xảy ra ở chỗ nào?  Làm sao để khắc phục hư hỏng? Nội dung môn học • Biểu đồmô‐men uốn Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 5 Nội dung môn học • Ứng suất uốn Nội dung môn học • Chuyển vị theo phương Y Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 6 Nội dung môn học Phần 3 CÁC BỘ TRUYỀN ĐỘNG Bộ truyền đai Nội dung môn học Bộ truyền xích Bộ truyềnbánh răng Trục ‐ Ổ trục – Nối trục Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 7 Bộ truyền đai Bộ truyền xích Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 8 Bộ truyền vô cấp (CVT) Nội dung môn học Tài liệu tham khảo [1] Cơ học (tập 1), Đỗ Sanh, NXB GD, 2005. [2] Bài tập Cơ học (tập 1), Đỗ Sanh, NXB GD, 2005. [3] Giáo trình Cơ Ứng Dụng, Ngô Kiều Nhi & Trương Tích Thiện, NXB ĐHQG  Tp.HCM, 2006. [4] Bài tập Cơ Ứng Dụng, Phan Thị Bích Nga, NXB ĐHQG Tp.HCM, 2008. [5] Cơ sở Thiết kếmáy, Nguyễn Hữu Lộc & Nguyễn Tuấn Kiệt, ĐHBK Tp.HCM, 1999 Học môn này để làm gì? Có ích gì cho công việc sau này? Làm sao để học tốt môn này? Cách tính điểm ra sao? Kiểm tra giữa kỳ : 20% Thi cuối kỳ : 80% Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 9 Phần 1: TĨNH HỌC  Hai vấn đề chính cần giải quyết là: • Thu gọn hệ lực • Điều kiện cân bằng của hệ lực Chương 1: Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết Chương 2: Thu gọn hệ lực, điều kiện cân bằng CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết NỘI DUNG Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 10 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng cơ học của vật thể này lên vật thể khác Lực ( , , )x y zF FF F  F  xF yF zF x y z CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen •A<<S  Lực tập trung F tại điểm đặt A S A qF •A~S  Lực phân bố q trên miền diện tích A S A q F Điểm đặt lực tổng F tại trọng tâm của lực phân bố  iF q Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 11 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Cách tính lực phân bố thành lực tập trung và vị trí điểm đặt Độ lớn lực tập trung Điểm đặt lực •Độ lớn bằng diện tích lực phân bố •Điểm đặt tại vị trí trọng tâm của lực phân bố Nhận xét: CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Ví dụ: Tính lực tổng hợp của lực phân bố có hàm số f(x)=x3 0 ( ) L F f x dx  Độ lớn của lực tổng hợp của lực phân bố Điểm đặt của lực tổng hợp y 3( )y f x x  3 0 L x dx  4 04 L x 4 4 LF  0 0 ( ) ( ) L L x f x dx x f x dx     4 0 4 4 L x dx L   5 0 4 4 5 L x L  4 5 x L  Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 12 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Các trường hợp lực phân bố đặc biệt •Phân bố đều *F q L •Phân bố tam giác 1 * 2 F q L q L q L q / 3L 2 / 3L q / 2L F / 2L Lực phân bố đều q trên chiều dài L Lực phân bố đều q trên chiều dài L CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Đại lượng vectơ đặc trưng cho tác  dụng cơ học làm vật thể quay Mômen Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 13 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen  F M Mômen của lực đối với trục Phương chiều và độ lớn sinOM M d F d F         F F F^= +      F F F^ Góc hợp bởi lực F và trục  là góc  Dấu (+) nếu nhìn từ đỉnh trục  thấy xu hướng quay  ngược chiều kim đồng hồ Dấu (‐) ngược lại d CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 14 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Tổng các mômen iF i i M Fd Mômen của lực đối với trục CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Ví dụ 1: Tính mô‐men của các hệ sau đây Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 15 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, thu gọn hệ lực 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Ví dụ : Tính mô‐men tại O Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 16 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Mômen của lực đối với một tâm sin ( sin )O OM r F M rF F r Fd          CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Mômen của lực đối với một tâm ( , , )x y zF F F F  ( , , )x y zr r r r  ( ) ( ) ( )O y z z y x z z x x y y xM r F r F i r F r F j r F r F k         Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 17 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Ngẫu lực: là hai vectơ lực có tính chất sau •Cùng phương •Ngược chiều •Cùng độ lớn •Khác giá F F A B OM AB F     CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 18 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Lực căng cơ Ft bằng bao nhiêu để tổng moment tại điểm A bằng 0? Moment tại điểm A là điểm tiếp xúc của chân với mặt đất bằng bao nhiêu? Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 19 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen S 1F  2F  3F  SS Hệ tiên đề tĩnh học Tiên đề 1 Hệ hai lực cân bằng khi và chỉ khi chúng có cùng đường tác dụng hướng  ngược chiều nhau, cùng độ lớn F  'F  F  'F ' 0F F     Tiên đề 2 Thêm hay bỏ đi cặp lực cân bằng (F,F’)=0 cũng không làm thay đổi tác dụng  của hệ lực F  'F  CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Tiên đề 3 (tiên đề hình bình hành lực) Hệ hai lực đặt tại một điểm tương đương với một lực đặt tại điểm đó được biểu diễn bằng vecto đường chéo hình bình hành có hai cạnh là hai lực thành phần. 1 2 AF F F     Lực tác dụng và phản tác dụng giữa hai vật là hai lực lần lượt đặt lên mỗi vật tương tác chúng cùng đường tác dụng, hướng ngược chiều nhau và cùng cường độ 1F  A 2F  AF  Tiên đề 4 (tiên đề lực tương tác) F  1S 2S 'F  Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 20 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen 1S 2S Tiên đề 5 (tiên đề hóa rắn) Vật biến dạng đang cân bằng hóa rắn lại vẫn cân bằng (điều ngược lại không đúng) Vật không tự do có thể xem là vật tự do nếu ta thay thế các vật gây liên kết bằng các phản lực liên kết Tiên đề 6 (tiên đề giải phóng liên kết) 1S 2S 'F  F  CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 1. Các khái niệm cơ bản về lực và mômen Bậc tự do của vật (dof – degree of freedom) Là số thông số độc lập xác định chuyển động của vật hoặc là đại lượng đặc  trưng cho mức độ tự do của vật thể. x y A B C 1 3vatdof  n vat tu do 3dof n   n vat tu do co R rang buoc 3dof n R    2 3 3 6 D D dof n R dof n R       n : là số vật R : là số ràng buộc Phân loại tính chất cơ hệ dựa vào bậc tự do 0dof  : hệ tĩnh định (hệ cân bằng với mọi loại tải tác động) 0dof  : hệ động 0dof  : hệ siêu tĩnh (=‐1 siêu tĩnh bậc 1; ‐2 siêu tĩnh bậc 2) Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 21 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 1. Phản lực liên kết tựa Số ràng buộc R=1 (hoặc 0,5) Mô hình liên kết tựa trong lý thuyết N A B C AN BN CN A BAN BN F CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 22 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 2. Phản lực liên kết khớp bản lề x yF F F     Số ràng buộc R=2 Mô hình liên kết khớp bản lề trong lý thuyết A xA yA A xA yA A A ARA A Khớp bản lề cố định CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Khớp bản lề di động Số ràng buộc R=1 A Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 23 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Khớp bản lề nội Số ràng buộc R=2 A A A xA yA 'xA 'yA CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 2. Phản lực liên kết bản lề cầu (khớp cầu) Số ràng buộc R=3 xF yF zF Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 24 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 3. Phản lực liên kết ngàm Số ràng buộc R2D=3 Số ràng buộc R3D=6 Mô hình liên kết trong lý thuyết CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết 4. Phản lực liên kết dây Số ràng buộc R=1 Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 25 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Phản lực liên kết thanh CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Một số loại liên kết đặc biệt trong hai chiều (4) (5) (3) (2)(1) Khoa Khoa Học Ứng Dụng Bài giảng Cơ Học Ứng Dụng - Tuần 1 8/25/2014 Giảng viên Nguyễn Duy Khương 26 CHƯƠNG 1 Các khái niệm cơ bản, mô hình phản lực liên kết 2. Các mô hình liên kết và phản lực liên kết Một số loại liên kết đặc biệt trong ba chiều (1) (2) (3) (4)