Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Cơ học sức bền – Đề 9

Ứng suất pháp tuyến (σ) trong thanh chịu kéo nén đúng tâm được tính bằng lực dọc trục (F) chia cho diện tích mặt cắt ngang (A): σ = F / A. Đơn vị ứng suất là N/m² (Pascal) hoặc các đơn vị tương tự.

Ứng suất dư (Residual stress) là ứng suất tồn tại bên trong vật liệu ngay cả khi không có ngoại lực tác dụng. Nó có thể phát sinh do quá trình gia công, nhiệt luyện, hàn, hoặc các quá trình công nghệ khác.

Vật liệu dẻo (ductile materials) thường được thiết kế theo lý thuyết bền thứ ba (ứng suất tiếp lớn nhất) hoặc lý thuyết bền thứ tư (năng lượng biến dạng hình dạng - còn gọi là lý thuyết von Mises). Lý thuyết bền thứ ba thường được sử dụng vì đơn giản và cho kết quả an toàn hơn (bảo thủ hơn) so với lý thuyết bền thứ tư cho vật liệu dẻo.

Khối lượng riêng là một tính chất vật lý, mô tả khối lượng trên một đơn vị thể tích. Độ bền kéo, Môđun đàn hồi, và Giới hạn chảy là các đặc trưng cơ học, mô tả khả năng vật liệu chống lại tác dụng của lực và biến dạng.

Hiện tượng mỏi (Fatigue) xảy ra khi vật liệu chịu tải trọng biến đổi tuần hoàn hoặc ngẫu nhiên theo thời gian, dẫn đến phá hủy ở ứng suất thấp hơn nhiều so với độ bền tĩnh. Bò (Creep) là biến dạng chậm theo thời gian dưới tải trọng không đổi, thường ở nhiệt độ cao.

Trong uốn phẳng, ứng suất pháp tuyến phân bố tuyến tính theo chiều cao mặt cắt ngang, bằng 0 tại trục trung hòa và đạt giá trị lớn nhất (cả về độ lớn tuyệt đối) ở thớ trên cùng và thớ dưới cùng, là những vị trí xa trục trung hòa nhất.

Mômen quán tính diện tích của hình tròn đối với trục đi qua tâm và vuông góc với mặt phẳng hình tròn (mômen quán tính cực) là J = πd^4/32. Mômen quán tính đối với trục đường kính (mômen quán tính trục) là I = J/2 = πd^4/64.

Trong trạng thái ứng suất phẳng (plane stress), ta xét ứng suất trên một mặt phẳng (ví dụ mặt xy). Cần xác định 3 thành phần ứng suất độc lập: ứng suất pháp tuyến theo phương x (σx), ứng suất pháp tuyến theo phương y (σy), và ứng suất tiếp trên mặt xy (τxy = τyx).

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ bền vật liệu là phức tạp và phụ thuộc vào loại vật liệu. Đối với hầu hết các kim loại, độ bền (đặc biệt là độ bền chảy và độ bền kéo) thường giảm khi nhiệt độ tăng cao. Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt hoặc với một số loại vật liệu nhất định, độ bền có thể tăng trong một khoảng nhiệt độ nhất định trước khi giảm.

Ứng suất chảy (Yield stress) là giá trị ứng suất mà tại đó vật liệu bắt đầu chuyển từ giai đoạn đàn hồi sang giai đoạn dẻo, và biến dạng dẻo (biến dạng không phục hồi) bắt đầu xuất hiện một cách đáng kể.

Độ mảnh (Slenderness ratio) của cột chịu nén dọc trục là tỷ số giữa chiều dài tính toán của cột (thường là chiều dài thực tế hoặc một hệ số nhân với chiều dài thực tế tùy thuộc vào liên kết) và bán kính quán tính nhỏ nhất của mặt cắt ngang. Độ mảnh quyết định khả năng cột bị mất ổn định (bó bụng).

Hiện tượng 'bó bụng' (Buckling) xảy ra khi cột chịu nén dọc trục mất ổn định hình dạng, đặc biệt ở các cột dài và mảnh (có độ mảnh lớn). Khi đó, cột bị cong sang một bên đột ngột dưới tải trọng tới hạn, gây phá hủy.

Định luật Hooke chỉ áp dụng trong giai đoạn đàn hồi của vật liệu, nơi ứng suất tỉ lệ thuận với biến dạng. Vượt quá giới hạn đàn hồi, vật liệu bước vào giai đoạn dẻo và định luật Hooke không còn đúng.

Liên kết ngàm (Fixed support) là loại liên kết cứng nhất, có khả năng chịu được cả ba thành phần phản lực: lực dọc trục, lực cắt (lực ngang), và mômen uốn. Các loại liên kết khác chỉ chịu được một hoặc hai thành phần phản lực nhất định.

Lý thuyết bền thứ ba (ứng suất tiếp lớn nhất) giả thiết rằng vật liệu sẽ bị phá hủy khi ứng suất tiếp lớn nhất trong trạng thái ứng suất đạt đến giới hạn bền trượt của vật liệu (thường bằng một nửa giới hạn chảy kéo đối với vật liệu dẻo).

Khi thanh chịu xoắn, các mặt cắt ngang trượt lên nhau, sinh ra ứng suất tiếp (Shear stress) trên mặt cắt ngang và mặt dọc. Ứng suất pháp tuyến xuất hiện trong kéo/nén và uốn.

Ứng suất pháp tuyến là ứng suất vuông góc với mặt cắt ngang. Lực dọc trục tác dụng vuông góc với mặt cắt ngang, sinh ra ứng suất pháp tuyến và gây ra biến dạng dọc trục (kéo hoặc nén).

Trục trung hòa (Neutral axis) trong dầm chịu uốn ngang phẳng là đường thẳng nằm trên mặt cắt ngang mà tại đó ứng suất pháp tuyến bằng 0. Trong trường hợp vật liệu đàn hồi tuyến tính và mặt cắt ngang đối xứng, trục trung hòa đi qua trọng tâm của mặt cắt ngang.

Hiện tượng creep (bò) là biến dạng chậm và liên tục theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng tĩnh không đổi. Hiện tượng này trở nên đáng kể và mạnh mẽ hơn khi nhiệt độ môi trường cao, đặc biệt đối với kim loại và polymer ở nhiệt độ cao so với nhiệt độ nóng chảy của chúng.

Lý thuyết bền thứ nhất (ứng suất pháp lớn nhất) giả thiết rằng vật liệu sẽ bị phá hủy khi ứng suất pháp lớn nhất trong trạng thái ứng suất đạt đến giới hạn bền kéo của vật liệu trong thí nghiệm kéo đơn.

Điều kiện bền tổng quát là ứng suất tính toán (trong trường hợp này là ứng suất pháp lớn nhất) phải nhỏ hơn hoặc bằng ứng suất cho phép của vật liệu để đảm bảo cấu kiện không bị phá hủy hoặc biến dạng quá mức.

Hệ số tập trung ứng suất (Stress concentration factor) là đại lượng thể hiện mức độ gia tăng ứng suất cục bộ tại các vị trí có sự thay đổi hình dạng hình học đột ngột như góc nhọn, lỗ, rãnh, hoặc các chi tiết kết nối. Hệ số này là tỷ số giữa ứng suất lớn nhất tại điểm tập trung và ứng suất danh nghĩa (ứng suất tính toán bỏ qua tập trung ứng suất).

Giới hạn chảy (Yield strength) là ứng suất mà tại đó vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo, tức là biến dạng không phục hồi bắt đầu xuất hiện. Giới hạn bền (Tensile strength) là ứng suất lớn nhất, và điểm đứt là điểm vật liệu bị phá hủy.

Hệ số Poisson (Poisson's ratio) ν được định nghĩa là tỷ số giữa biến dạng ngang (biến dạng theo phương vuông góc với lực tác dụng) và biến dạng dọc (biến dạng theo phương lực tác dụng) khi vật liệu chịu kéo hoặc nén dọc trục trong giai đoạn đàn hồi.

Giả thiết 'mặt cắt phẳng' (Bernoulli hypothesis) là một giả thiết cơ bản trong lý thuyết uốn dầm. Giả thiết này cho rằng mặt cắt ngang của dầm phẳng và vuông góc với trục dầm trước khi biến dạng vẫn phẳng và vuông góc với trục dầm sau khi biến dạng, và chỉ xoay đi một góc nào đó.

Môđun đàn hồi E là đại lượng đặc trưng cho độ cứng vững (Stiffness) của vật liệu, biểu thị khả năng chống lại biến dạng đàn hồi. Vật liệu có E lớn thì cứng vững hơn, biến dạng ít hơn khi chịu cùng ứng suất.

Độ đàn hồi (Resilience) là khả năng vật liệu hấp thụ năng lượng khi bị biến dạng đàn hồi và giải phóng năng lượng này khi thôi tác dụng lực. Nó thường được đo bằng môđun đàn hồi (modulus of resilience).

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) là phương pháp số mạnh mẽ, đặc biệt hiệu quả để giải các bài toán cơ học sức bền có hình dạng hình học phức tạp, vật liệu không đồng nhất, điều kiện biên phức tạp, hoặc tải trọng phức tạp mà các phương pháp giải tích truyền thống gặp khó khăn.

Độ cứng (Hardness) là khả năng vật liệu chống lại biến dạng dẻo cục bộ trên bề mặt khi bị tác dụng của ngoại lực. Các đại lượng khác biểu thị khả năng chịu kéo, khả năng biến dạng dẻo lớn, và khả năng hấp thụ năng lượng trước khi phá hủy.

Trong xoắn thanh tròn, ứng suất tiếp phân bố tuyến tính theo bán kính, bằng 0 tại tâm và đạt giá trị lớn nhất ở vòng ngoài (bề mặt) của mặt cắt ngang, là vị trí có khoảng cách lớn nhất từ tâm xoắn.