Hai cải tiến trong giảng dạy môn sức bền vật liệu

Nội dung text: Hai cải tiến trong giảng dạy môn sức bền vật liệu

1. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Hoàng Đình Trí và tgk HAI CẢI TIẾN TRONG GIẢNG DẠY MÔN SỨC BỀN VẬT LIỆU TWO IMPROVEMENTS IN TEACHING THE SUBJECT OF MATERIAL DURABILITY HOÀNG ĐÌNH TRÍ và ĐOÀN VĂN ĐÀO TÓM TẮT: Xác định nội lực tại một tiết diện thanh, vẽ biểu đồ nội lực cho hệ thanh chịu tải trọng là yêu cầu quan trọng nhất của môn sức bền vật liệu. Nội dung được đề cập trong bài viết là đưa ra quy tắc xác định nhanh nội lực tại một tiết diện thanh với cách xét dấu đơn giản, dễ thực hành. Thêm vào đó, cách đơn giản trong thực hành phương pháp thông số ban đầu. Hai cải tiến này sẽ giúp giảng dạy của giáo viên đơn giản, thực dụng hơn và giúp sinh viên thực hành nhanh hơn. Từ khóa: nội lực; tiết diện thanh; phương pháp thông số ban đầu. ABSTRACT: Determining internal force at a bar section, drawing internal force diagrams for the load-bearing bar system is the most important requirement of the subject material durability. The content mentioned in this article is to provide a principle for quickly determining the internal force at a bar section with a simple and easy to practice check mark. In addition, the simple way in practicing the initial parameter method. These two improvements will make the teacher's teaching simpler, more practical and help students practice faster. Key words: internal force; bar section; initial parameter method. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ thể xác định nội lực Nz, Mz, Mx, Qy và cách xác 1.1. Xác định nhanh nội lực tại một tiết diện thanh định dấu nội lực tại một tiết diện thanh. Để vẽ biểu đồ nội lực cho hệ thanh tĩnh định, 1.2. Cách thực hành đơn giản trong phương ta phải xác định nội lực tại một tiết diện của pháp thông số ban đầu thanh. Cách thông dụng mà ta thường làm như Phương pháp thông số ban đầu được ứng trình bày trong tài liệu [1] là thực hiện đầy đủ các dụng rộng rãi trong cơ học công trình. Trong bước của phương pháp mặt cắt. Nhược điểm của môn Sức bền vật liệu, phương pháp thông số cách tính này là phải vẽ nhiều phần của hệ, viết ban đầu dùng để xác định chuyển vị cho dầm và giải nhiều phương trình cân bằng. Để khắc trên gối tựa cứng và xác định chuyển vị, nội lực phục nhược điểm này, Vũ Đình Lai và các tác giả cho dầm trên nền đàn hồi. Phương pháp thông khác [2] đã đưa ra cách xác định trực tiếp nội lực số ban đầu khá phức tạp và có khối lượng tính tại một tiết diện thanh theo ngoại lực đã biết của toán lớn. Theo các tác giả Phạm Ngọc Khánh một phần hệ như các quy tắc 2-1, 7-1, 8-1 với và các tác giả khác [1], Vũ Đình Lai và các tác thanh thẳng chịu lực cơ bản: Kéo (nén) đúng tâm, giả khác [2] để thực hành theo phương pháp xoắn và uốn. Song các quy tắc này lại ở dạng rất này, ngoài công thức truy hồi và bảng các tổng quát và đặc biệt là cách xét dấu nội lực lại rất thông số ban đầu, ta còn phải biết phương trình chung chung, nên không dễ áp dụng. Vì vậy, có chuyển vị, nội lực của đoạn dầm đầu tiên. Yêu hai vấn đề cần đặt ra ở đây là đưa ra biểu thức cụ cầu này làm tăng tính phức tạp của phương pháp thông số ban đầu. Mặt khác khi lập bảng PGS.TS. Trường Đại học Văn Lang, Mã số: TCKH25-06-2021 TS. Trường Đại học Văn Lang, daodvhwru47@gmail.com 81
2. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Số 25, Tháng 01 - 2021 thông số ban đầu đã đưa ra nhiều ký hiệu và + Đoạn BC: (Mặt cắt 1-1, xét phần phải): các thông số ban đầu lại lặp đi lặp lại nhiều lần Nz= +P1 = + 4 KN. nên bất tiện trong thực hành. Vì vậy, nghiên + Đoạn AB: (Mặt cắt 2-2, xét phần phải): cứu cải tiến nhằm đơn giản hóa phương pháp Nz= +P1– P2+ qz2 = 2z2 – 2 thông số ban đầu là cần thiết. Kết hợp giữa lý thuyết chung của hai vấn đề quan tâm với thực tiễn giảng dạy nhiều năm của các chúng tôi. Tóm lại có hai vấn đề cần nghiên cứu cải tiến là: đưa ra quy tắc xác định nhanh nội lực tại một tiết diện thanh; cách thực hành đơn giản trong phương pháp thông số ban đầu. 2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, CẢI TIẾN 2.1.2. Thanh thẳng chịu xoắn Từ viết tắt: Phần xét: PX, hình chiếu: hc, Nội lực Mz tại tiết diện K của thanh chịu xoắn: PX tiếp tuyến trục thanh tại K: tk, vuông góc với Mz = ∑ mz(Pi) (quy tắc 2) PX tiếp tuyến trục thanh tại K: vtk. ∑ mz(Pi) là tổng mô men quay quanh 2.1. Xác định nhanh nội lực tại một tiết diện thanh trục thanh cho từng ngoại lực Pi của phần xét. Qua nghiên cứu, chúng tôi đã đưa ra biểu Xét dấu Mz: Nếu nhìn vào tiết diện K của phần thức đơn giản xác định nội lực tại một tiết diện xét, ngoại lực Pi quay ngược chiều kim đồng hồ quanh thanh và đặc biệt là đề xuất cách xét dấu nội lực trục thanh thì Mz>0, quay thuận kim đồng hồ Mz 0 (kéo), có chiều ngược lại, Nz 0 hình 1. Chia thanh làm hai đoạn, áp dụng quy tắc 1: (quay ngược kim đồng hồ Qy<0) PX Mx = ∑mx(Pi) (quy tắc 4) 82
3. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Hoàng Đình Trí và tgk PX ∑mx(Pi) là tổng mô men các lực Pi của Xét dấu Qy: Nếu ngoại lực Pi quay thuận phần xét, quanh trục trung hòa của tiết diện K. kim đồng hồ quanh trục trung hòa của tiết diện K Xét dấu Mx: khi Pi làm tiết diện K căng thì Qy > 0 (quay ngược chiều kim đồng hồ Qy 0 (làm căng trên Mx 0 (làm căng trên Mx 0 (đi vào K thì Nz< 0). Mx = +VA.xD + HA.YD – P1(YD –YC) = + 25,76 KNm PX + Qy = ∑hc(Pi)vtk (quy tắc 6) Tiết diện D (xét phần phải): PX ∑hc(Pi)vtk là tổng hình chiếu theo phương Nz = – VB sinαF = – 3,93 KN vuông góc với tiếp tuyến của trục thanh tại tiết Qy = – VB cosαF = – 4,1 KN Tr diện K cho từng ngoại lực Pi của phần xét. Mx = +VB.2 + M = +17,36 KNm Ph Mx = +VB.2 = + 11,36 KNm 83
4. TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Số 25, Tháng 01 - 2021 2.2. Cách thực hành đơn giản trong phương pháp thông số ban đầu Để không cần biết phương trình chuyển vị, phương trình nội lực của đoạn thanh đầu tiên, ta chỉ cần tưởng tượng có thêm đoạn 0 ngay trước đoạn 1 của dầm. Đoạn 0 có phương trình độ võng y0(z) = 0 (tức góc xoay, ngoại lực, nội lực đều bằng không). Để bảng thông số ban đầu ngắn gọn và hợp lý hơn, ta cho thêm cột đầu tiên Chỉ cần dựa vào công thức truy hồi và là các thông số ban đầu dạng tổng quát (Δya, bảng thông số ban đầu ta sẽ có ngay phương Δφa, ΔMa, ΔQa, Δqa, Δq’a) đã có trong công thức trình độ võng của đoạn 1, đoạn 2 mà không cần truy hồi, các cột còn lại chỉ là các số liệu cụ thể. quan tâm đến phương trình độ võng của đoạn Để minh họa cải tiến này, ta xét ví dụ sau: thứ nhất như trong các sách yêu cầu phải có: Dầm AB như hình 5a, yêu cầu xác định phương 7 qlz3 4 1 8 qz trình độ võng bằng phương pháp thông số ban đầu. y1(z) = 0 + 0 + φA.z – [ 0 + – + 0 ] EJ 3! 4! Chọn hệ trục zAy và thêm đoạn 0 như hình 5b. 1 y2(z) = y1(z) + 0 + 0 – [ 0 − Dầm tính toán 5b có 3 đoạn: 0,1,2 với các điểm EJ l 3 l nối giữa các đoạn là A(a=0), C(a=l/2). Lập ql(z− ) q(z− )4 2 + 2 + 0 ] bảng thông số ban đầu (bảng 1). Công thức truy 3! 4! hồi về độ võng dầm trên gối tựa cứng có EJ Thông số φA xác định từ điều kiện biên: hằng số là: y2(z=l) = 0. Chú ý: Cải tiến trên cũng áp dụng yi+1(z) = yi(z) + Δya + Δφa(z-a) cho dầm dài hữu hạn trên nền đàn hồi và qua 1 ΔM (z−a)2 ΔQ (z−a)3 bài toán này, ta sẽ thấy rõ hơn ý nghĩa của vấn – [ a + EJ 2! 3! đề nghiên cứu trên. Δq (z−a)4 Δq! (z−a)5 + a + a ] 3. KẾT LUẬN 4! 5! Bảng 1. Các thông số ban đầu (ĐN là điểm nối) Đưa ra quy tắc xác định nhanh nội lực tại một tiết diện của thanh thẳng, thanh cong với ĐN A (a= 0) C (a=l/2) cách xét dấu nội lực đơn giản và cách thực ΔSa hành nhằm đơn giản tính dầm bằng phương Δya 0 0 Δφa φA≠0 ? 0 pháp thông số ban đầu đã giúp cho việc giảng ΔMa 0 0 dạy, học tập môn Sức bền vật liệu được thuận 7 ΔQa + ql – ql 8 lợi hơn. Δqa – q +q Δq’a 0 0 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Ngọc Khánh (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Oanh, Đoàn Văn Đào, Đỗ Khắc Phương, Nguyễn Công Thắng (2006), Sức bền vật liệu, Nxb Từ điển Bách khoa, Hà Nội. [2] Vũ Đình Lai (Chủ biên), Nguyễn Xuân Lựu, Bùi Đình Nghi (2009), Sức bền vật liệu, tập 1, Nxb Giao thông Vận tải, Hà Nội. Ngày nhận bài: 09-11-2020. Ngày biên tập xong: 11-01-2021. Duyệt đăng: 22-01-2021 84