Ứng suất và tăng cứng kết cấu

Mô phỏng thuộc chủ đề Thiết kế kĩ thuật của Công nghệ 10, gắn với vật liệu và kết cấu khi thiết kế sản phẩm. Một kết cấu chịu tải theo năm kiểu: kéo làm giãn, nén làm ngắn, uốn làm một mặt giãn một mặt co, xoắn làm vặn, cắt làm các lớp trượt lên nhau. Ứng suất là lực trên một đơn vị diện tích (σ = F/A); chi tiết hỏng khi ứng suất đạt độ bền của vật liệu với kiểu chịu lực đó, còn thanh nén dài và mảnh thì cong oằn sớm hơn. Độ cứng phụ thuộc cả hình dạng: gấp mép, tạo sóng, thêm gân, ghép lớp hay thêm vách đưa vật liệu ra xa trục trung hoà nên mô men quán tính mặt cắt I tăng. Màn Năm kiểu chịu lực: chọn kiểu chịu lực (Kéo, Nén, Uốn, Xoắn, Cắt), vật liệu (thép, hợp kim nhôm, gỗ thông, nhựa acrylic, bê tông không cốt thép), tải F, chiều dài và kích thước rồi bấm Tăng tải đến khi hỏng; tải phá hỏng và cách hỏng được ghi vào bảng. Màn Tăng cứng tấm: cùng 120 mm vật liệu của tấm nhôm, thép, nhựa PP hoặc bìa cứng được tạo hình phẳng, gấp mép, lượn sóng, có gân, ghép lớp (dán hoặc không dán) hoặc có vách chữ I; bấm Thử hình dạng này để so sánh I, độ võng và số lần cứng hơn tấm phẳng. Màn Thí nghiệm thước uốn: thước mét gỗ kẹp một đầu hoặc kê trên hai dao, treo khối lượng, đọc độ võng bằng kính hiển vi, ghi bảng và vẽ đồ thị δ theo W để tìm suất Young (δ = WL³/(3YI) hoặc δ = WL³/(4Ybd³)). Ví dụ: tấm kệ gỗ thông dày 18 mm, rộng 150 mm, nhịp 0,8 m, tải 500 N ở giữa có M = 100 N·m, Z = 8100 mm³, ứng suất σ = M/Z ≈ 12,3 MPa và độ võng khoảng 8 mm; kệ gãy ở khoảng 2,8 kN khi σ đạt 70 MPa. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao một thanh dài, mảnh bị hỏng ở tải nhỏ hơn nhiều khi bị nén so với khi bị kéo? – Vì sao bìa lượn sóng ít võng hơn nhiều so với bìa phẳng làm từ cùng một tấm? – Độ võng của thước kẹp một đầu thay đổi thế nào khi chiều dài phần nhô ra tăng gấp đôi?