Hướng dẫn vẽ đồ thị lực và momen trong sức bền vật liệu bằng solidwork( phần 3)

1. Hướng dẫn vẽ đồ thị lực và momen trong sức bền vật liệu bằng tay

Kết quả đạt được sau bài học ngày hôm nay

Chào các bạn, mình đã quay trở lại với các bạn đây. Trong bài ngày hôm nay, mình sẽ làm thêm một ví dụ nữa cho các bạn về bài tập vẽ đồ thị lực và momen trong sức bề vật liệu cả bằng tay lẫn kiểm tra bằng phần mềm solidwo  rk. Nào bắt đầu ngay thôi!

Trước tiên, mình sẽ hướng dẫn các bạn vẽ bằng tay trước, đầu bài như hình vẽ sau:

Thanh dầm và sơ đồ lực tương ứng

Trong bài tập này, mình sẽ vẫn giải bằng phương pháp mặt cắt cho các bạn dễ hiểu. Phân tích qua một chút thì thanh dầm này được đặt trên một gối tựa cố định bên trái và một gối tựa di động bên phải. Cùng với đó, thanh dầm chịu tác dụng của lực phân bố trên suốt chiều dài thanh với độ lớn

 q= 5 kN. Gỡ bỏ hai gối tựa và thay thế bằng hai lực Ya và YB như hình vẽ.( cần lưu ý rằng, gối tựa cố định A mặc dù được phân tích thành hai lực, Ya và XA theo lí thuyết, song do lực theo phương x trên toàn dầm = 0 nên chúng ta không cần quan tâm đến nó).

Bước đầu tiên, chúng ta cần đi tính lực ở hai gối tựa Ya và YB. 

Viết phương trình cân bằng lực theo phương oy ta có:

Ya + YB = q.l

Phương trình cân bằng momen đối với điểm A như sau:

YB.l- q.l.l/2 = 0

Các bạn cần lưu ý rằng l chính là chiều dài của thanh dầm.

Sau khi thay số vào, các bạn sẽ dễ dàng tính được, Ya = YB = 2,5 kN.

Tiếp đến, chúng ta sẽ tiếp tục tính momen.

 Cắt thanh dầm bằng mặt cắt 2-2 để khảo sát ta phải thay thế phần bị cắt đi bằng nội lực tương ứng Qy và Mx. Về cách thay thế, mình đã hướng dẫn các bạn trong bài viết Hướng dẫn vẽ đồ thị sức bền vật liệu( lực và momen), các bạn có thể đọc lại.

Mặt cắt 2-2 và nội lực thay thế

Viết phương trình cân bằng lực ta có:

Qy - Ya + q.z= 0

Với miền giá trị 0 <= z <= 1m.

Thay miền giá trị của z vào và Ya = 2,5 kN, q= 5 kN ta có miền giá trị của Qy.

2,5<= Qy <= -2,5

Biểu thức trên mình viết theo miền giá trị của z chứ không nhằm mục đích đúng sai nên các bạn không cần quan tâm lắm đâu. Ta sẽ có được hình dạng đồ thị như hình vẽ dưới đây. 

Đồ thị lực cắt Qy

 Xét thấy trong miền giá trị Qy từ dương xuống âm, ta cần tìm giao điểm của đường đồ thị với trục hoành. Để tìm được khoảng cách, ta cứ xét 2 tam giác đồng dạng trên, một tỉ số là giá trị lực, một tỉ số là độ dài ta sẽ dễ dàng nhận được, giao điểm trên chính là trung điểm của thanh dầm.

Tiếp đến chúng ta sẽ khảo sát momen. Viết phương trình cân bằng momen với quy ước mặc định trong sức bền vật liệu ngược chiều kim đồng hồ là +, ta có :

Mx - Ya.z + q.z.z/2 = 0

Miền giá trị của z là:  0 <= z <= 1m.

Sau khi thay các giá trị vào và rút gọn, ta sẽ thu được kết quả momen Mx = 0 tại hai đầu dầm. Tuy vậy, các bạn cần chú ý là,cứ tại chỗ nào biểu đồ lực = 0( đồ thị giao với trục hoành trên biểu đồ lực cắt Qy) thì chỗ đó, momen Mx đạt cực trị. Thay z = 0,5m vào ta được Mx max = 625 N.m

Để vẽ đồ thị cho đúng, thì các bạn lưu ý thêm là, trong sức bền vật liệu, đồ thị lực cắt bậc n thì đồ thị momen là ( n + 1). Ở hình trên, đồ thị lực cắt Qy là đường thẳng bậc 1 thì đồ thị momen Mx là đường Parabol bậc 2. Về chiều cong thì các bạn cứ nhớ cho mình, hình lõm của đồ thị sẽ ôm lấy lực phân bố, tức là, mũi tên lực hướng vào trong lòng Parabol. Ok vẽ nào.

Đồ thị momen Mx

Thế là xong rồi đấy các bạn ạ. Hãy cùng nhìn lại toàn bộ các bước chúng ta đã trải qua.

Đồ thị sức bền vật liệu

2. Hướng dẫn vẽ biểu đồ lực và momen trong sức bền vật liệu bằng solidwork

Trong phần này, chúng ta sẽ tiến hành vẽ đồ thị bằng solidwork tương tự như trong bài Vẽ đồ thị lực và momen, kiểm bền thanh dầm bằng solidwork( phần 2). Các bạn hãy tạo cho mình thanh dầm chữ I dài 1000mm mà trong bài trước mình đã hướng dẫn.

Thanh dầm chữ I 1000mm

Tiếp theo các bạn vào Simulation( nếu không có sẵn, các bạn hãy quay lại bài  Vẽ đồ thị lực và momen, kiểm bền thanh dầm bằng solidwork( phần 2) để biết cách vào. Chọn New study trong Simulation  và tiếp đến chọn mô phỏng tĩnh Static. Các bạn hãy chọn vật liệu cho thanh dầm( bắt buộc nếu không sẽ không chạy được).

Chọn vật liệu thép cho thanh dầm

Tạo hai gối tựa như yêu cầu bài.

Tiến hành cố đinh hai gối tựa của thanh dầm

Ràng buộc theo 3 phương gối tựa cố định

Ràng buộc theo 2 phương gối tựa di động

Tiếp theo các bạn tới phần tạo ngoại lực phân bố q. Vào External Load -> Force

Tạo lực phân bố cho thanh

Tạo lưới tự động và Run

Tạo Mesh Run

Giờ là kết quả của chúng ta, chuột phải vào Result chọn Define Beam Diagram.

Vào biểu đồ 

Hãy chọn các thông số như hình vẽ để xem lực cắt Qy.

Chọn lực cắt Qy

Đây là biểu đồ lực cắt Qy.

Đồ thị lực cắt Qy

Tương tự như bước trên nhưng chọn như sau:

Thông số để xem momen uốn Mx

Ta có thể thấy đồ thị momen uốn Mx.

Đồ thị momen uốn Mx

Từ các biểu đồ, chúng ta có thể thấy giá trị tính tay và phần mềm cả về hình dạng lẫn giá trị  là hoàn toàn trùng khớp. Admin đã hướng dẫn xong cho các bạn cách vẽ đồ thị lực và momen trong sức bền vật liệu bằng cả tay lẫn bằng solidwork. Hy vọng có thể giúp ích cho các bạn nhiều. Hẹn gặp lại các bạn trong các bài tiếp theo. See you later!