Tổng quan về giáo trình

Giáo trình môn học Cơ kỹ thuật (Mã số môn học: MECM64011) do nhóm tác giả gồm Lê Duy Nam (Chủ biên), Huỳnh Công Hải và An Đình Quân thuộc Bộ môn Cơ khí, Khoa Giáo dục nghề nghiệp, Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam) biên soạn. Giáo trình được ban hành chính thức theo Quyết định số 212/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí, lưu hành nội bộ phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng cho nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí.

Trong chương trình đào tạo gồm 100 tín chỉ (2.310 giờ) của nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí, môn học Cơ kỹ thuật có khối lượng 2 tín chỉ (tổng thời lượng 45 giờ), thuộc khối môn học cơ sở kỹ thuật nghề bắt buộc. Môn học được bố trí giảng dạy sau các môn học chung/đại cương (Tin học cơ bản, Vẽ kỹ thuật 1, Vật liệu cơ khí) và làm nền tảng trực tiếp trước khi sinh viên tiếp cận các mô đun chuyên môn như: Nguyên lý - Chi tiết máy (MECM62015), Kỹ thuật sửa chữa cơ khí (MECM64016), Sửa chữa - Bảo dưỡng van công nghiệp (MECM55106, MECM63119), Sửa chữa - Bảo dưỡng bơm (MECM53107, MECM63120), Lò hơi và tua bin hơi (MECM65014).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác lập qua ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn kiến thức (A1–A4): Trình bày hệ tiên đề tĩnh học, lý thuyết sức bền vật liệu; phân tích các trạng thái chịu lực cơ bản (kéo, nén, cắt, dập, xoắn, uốn); phân tích tải trọng, phản lực liên kết, điều kiện cân bằng ổn định của vật rắn và các thông số động học.
  • Chuẩn kỹ năng (B1–B4): Xác định phản lực liên kết; tính toán lực ma sát; tính toán ứng suất, biến dạng; thiết lập và vẽ biểu đồ nội lực; giải quyết ba bài toán cơ bản về độ bền mặt cắt thanh ở trạng thái an toàn và nguy hiểm.
  • Chuẩn năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C4): Năng lực làm việc độc lập, làm việc nhóm, tuân thủ kỷ luật và tính cẩn trọng, chính xác trong tính toán kỹ thuật.

Cấu trúc giáo trình phân chia thành 2 phần chính với 9 chương chuyên đề, áp dụng cách tiếp cận từ cơ học lý thuyết vật rắn tuyệt đối sang cơ học vật rắn biến dạng, kết hợp giữa diễn giải giải tích và bài tập ứng dụng tính toán thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình phân bố thời lượng thành 2 phần: Phần I – Cơ lý thuyết (20 giờ) và Phần II – Sức bền vật liệu (25 giờ), bao quát các chủ đề:

  • Chương 1: Những khái niệm cơ bản và hệ tiên đề tĩnh học: Khái niệm lực (điểm đặt, phương chiều, cường độ; đơn vị đo $1\text{ KG} = 9{,}81\text{ N}$, $1\text{ N} = 1\text{ kg}\cdot\text{m/s}^2$); mô hình vật rắn tuyệt đối; hệ quy chiếu quán tính; 4 tiên đề tĩnh học (Tiên đề cân bằng, Tiên đề biến đổi tương đương kèm hệ quả trượt lực, Tiên đề hợp lực hình bình hành, Tiên đề tác dụng tương hỗ); khảo sát các dạng liên kết kỹ thuật và phản lực liên kết (tựa, dây mềm, thanh, gối đỡ bản lề cố định/di động, bản lề trụ/cầu, ngàm).
  • Chương 2: Hệ lực phẳng đồng quy: Khảo sát hệ lực phẳng đồng quy bằng phương pháp hình học (quy tắc hình bình hành, đa giác lực khép kín) và phương pháp giải tích (chiếu lực lên hệ trục tọa độ vuông góc $F_x = F\cos\alpha$, $F_y = F\sin\alpha$, điều kiện cân bằng $\sum F_{ix} = 0$, $\sum F_{iy} = 0$); Định lý ba lực không song song cân bằng đồng quy.
  • Chương 3: Mô men của một lực với một điểm của ngẫu lực: Định nghĩa mô men $m_O(F) = \pm F\cdot d$; Định lý Varignon về mô men của hợp lực ($m_O(R) = \sum m_O(F_i)$); điều kiện cân bằng của đòn; hệ ngẫu lực phẳng, tính chất ngẫu lực và điều kiện cân bằng hệ ngẫu lực phẳng ($\sum m_i = 0$).
  • Chương 4: Ma sát: Khảo sát ma sát trượt và thí nghiệm Coulomb; định luật ma sát trượt ($F_{max} = f \cdot N$); góc ma sát ($\tan\varphi = f$), hiện tượng tự hãm; khái niệm ma sát lăn và định luật ma sát lăn với mô men cản lăn ($M = k \cdot N$).
  • Chương 5: Một số giả thuyết về vật liệu: Đối tượng và nhiệm vụ của Sức bền vật liệu; 3 giả thuyết vật liệu (tính liên tục, đồng tính, đẳng hướng; tính đàn hồi hoàn toàn; quan hệ bậc nhất giữa lực và biến dạng theo định luật Hooke); nguyên lý độc lập tác dụng; phân loại ngoại lực (tập trung/phân bố, tĩnh/động); khái niệm nội lực, phương pháp mặt cắt; định nghĩa ứng suất toàn phần $p$, phân tách thành ứng suất pháp $\sigma$ và ứng suất tiếp $\tau$ qua hệ thức $p = \sqrt{\sigma^2 + \tau^2}$.
  • Chương 6: Kéo nén đúng tâm: Định nghĩa thanh chịu kéo/nén đúng tâm; thiết lập biểu thức lực dọc $N_z$ và vẽ biểu đồ lực dọc; xác định ứng suất pháp $\sigma = \pm \frac{N}{F}$; công thức tính biến dạng dài tuyệt đối $\Delta l = \frac{N\cdot l}{E\cdot F}$ và biến dạng tương đối $\varepsilon = \frac{\Delta l}{l}$; ba bài toán cơ bản về cường độ (kiểm tra độ bền $\sigma \le [\sigma]$, tính chọn diện tích mặt cắt $F \ge \frac{N}{[\sigma]}$, xác định tải trọng cho phép $N \le F \cdot [\sigma]$).
  • Chương 7: Cắt và dập: Khái niệm cắt, ứng suất tiếp $\tau$, định luật Hooke về trượt với mô đun đàn hồi trượt $G$; ứng suất dập $\sigma_d$; tính toán kiểm nghiệm mối ghép đinh tán (rivê) chế tạo từ thép số 3.
  • Chương 8: Xoắn thuần túy: Khảo sát mô men xoắn nội lực $M_z$, biểu đồ mô men xoắn; quan hệ giữa công suất $N$, vận tốc vòng quay $n$ và mô men ngoại lực $M$; tính toán biến dạng góc xoắn và độ bền xoắn của thanh.
  • Chương 9: Uốn ngang phẳng: Định nghĩa uốn phẳng, xác định lực cắt $Q_y$ và mô men uốn $M_x$ trong dầm; quy trình vẽ biểu đồ nội lực; công thức tính ứng suất khi uốn thuần túy và tính toán độ bền dầm chịu uốn.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Nội dung giáo trình xây dựng tuần tự trên hai trụ cột lý thuyết:

  1. Tĩnh học vật rắn tuyệt đối: Dựa trên hệ tiên đề tĩnh học, phương pháp cân bằng lực giải tích và định lý hình học không gian phẳng.
  2. Cơ học vật rắn biến dạng tuyến tính: Dựa trên các giả thuyết liên tục - đẳng hướng, nguyên lý độc lập tác dụng của lực, phương pháp mặt cắt và định luật Hooke ($\sigma = E\cdot\varepsilon$).
           HỆ TIÊN ĐỀ TĨNH HỌC              GIẢ THUYẾT VẬT LIỆU & ĐỊNH LUẬT HOOKE
         Cân bằng lực & Phản lực liên kết          Phương pháp mặt cắt & Ứng suất
                         BA BÀI TOÁN CƠ BẢN VỀ CƯỜNG ĐỘ
                         1. Kiểm tra điều kiện bền
                         2. Xác định kích thước mặt cắt
                         3. Xác định tải trọng cho phép

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng phân tích lực: Xác định chính xác phản lực liên kết tại các gối đỡ, khớp bản lề, ngàm, dây cáp; lập hệ phương trình cân bằng tĩnh học để giải hệ lực phẳng đồng quy và hệ ngẫu lực.
  • Kỹ năng vẽ biểu đồ nội lực: Sử dụng phương pháp mặt cắt để lập hàm số biến thiên và vẽ biểu đồ lực dọc $N_z$, lực cắt $Q_y$, mô men uốn $M_x$, mô men xoắn $M_z$ dọc theo trục cấu kiện.
  • Kỹ năng tính toán cơ khí: Vận dụng công thức cơ học để giải 3 bài toán cường độ (kiểm tra bền, xác định kích thước mặt cắt $F$, xác định tải trọng giới hạn $[P]$) cho các thanh chịu kéo nén, trục chịu xoắn, dầm chịu uốn và mối ghép đinh tán.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể các phương pháp tổ chức dạy học, phân bổ thời gian và hình thức kiểm tra đánh giá theo quy chế đào tạo nghề:

  • Phương pháp giảng dạy: Giảng viên áp dụng phương pháp dạy học tích cực, bao gồm thuyết trình ngắn, nêu vấn đề kỹ thuật, làm mẫu các bước giải toán cơ học, hướng dẫn giải bài tập và tổ chức thảo luận nhóm nhỏ.
  • Tổ chức thực hành và bài tập: Với 29 giờ dành cho bài tập, thảo luận và thực hành, người học được chia thành các nhóm nhỏ (mỗi nhóm 2 người) cùng làm việc, phân công trách nhiệm tính toán, kiểm tra chéo kết quả và hoàn thiện kỹ năng vẽ biểu đồ nội lực.
  • Yêu cầu đối với người học:
    • Nghiên cứu bài học và tài liệu tham khảo trước khi đến lớp.
    • Tham gia tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% thời lượng phải học lại môn học).
    • Tham dự 100% các buổi thực hành, thảo luận và bài tập (vắng quá 0% số tiết thực hành không đủ điều kiện dự thi).
  • Phương pháp đánh giá: Thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Điểm đánh giá gồm:
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, thực hiện sau 35 giờ học) kết hợp điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, thực hiện sau 45 giờ học): chiếm trọng số 40%.
    • Điểm thi kết thúc môn học (tập trung, lý thuyết): chiếm trọng số 60%.
    • Thang điểm đánh giá là thang điểm 10 (làm tròn một chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4.

Điểm nổi bật và dữ liệu kỹ thuật cập nhật

  • Căn cứ pháp lý và tính chuẩn hóa: Giáo trình được chuẩn hóa theo chương trình đào tạo nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí, ban hành chính thức theo Quyết định số 212/QĐ-CĐDK năm 2022 của Trường Cao đẳng Dầu khí.
  • Cung cấp dữ liệu thực nghiệm chi tiết: Giáo trình tích hợp hệ thống số liệu vật liệu kỹ thuật, bảng mô đun đàn hồi kéo/nén ($E$) và hệ số ma sát phục vụ tính toán trực tiếp:
Loại vật liệu Mô đun đàn hồi khi kéo/nén ($E$)
Thép carbon ($0{,}1 \div 20%\text{ C}$) $20 \cdot 10^4\text{ kN/cm}^2$
Thép lò xo $22 \cdot 10^4\text{ kN/cm}^2$
Thép Niken $19 \cdot 10^4\text{ kN/cm}^2$
Gang xám $11{,}5 \cdot 10^4\text{ kN/cm}^2$
Đồng $12 \cdot 10^4\text{ kN/cm}^2$
Đồng thau $(10 \div 12) \cdot 10^4\text{ kN/cm}^2$
Nhôm và Đura $(7 \div 8) \cdot 10^4\text{ kN/cm}^2$
Cao su $0{,}8\text{ kN/cm}^2$ ($8 \cdot 10^6\text{ N/m}^2$)
  • Hệ số ma sát thực nghiệm: Đưa ra hệ số ma sát trượt tĩnh $f$ cho các cặp vật liệu công nghiệp (Thép tiếp xúc Thép: $f = 0{,}19$; Đai truyền tiếp xúc Gang: $f = 0{,}18$).
  • Ứng dụng tính toán cơ cấu máy dầu khí: Các ví dụ và bài tập được thiết kế gắn liền với các liên kết thực tế: tính toán phản lực dây treo, khớp bản lề, lực dập - lực cắt trên đinh tán thép số 3, tính chọn kích thước dầm và trục truyền động có liên hệ giữa công suất $N$ và tốc độ quay $n$.
  • Kế thừa tài liệu chuyên khảo: Giáo trình kế thừa có hệ thống từ các công trình học thuật:
    • Đỗ Sanh (2001), Cơ học ứng dụng, NXB Giáo dục.
    • Đặng Thanh Tân, Giáo trình Cơ học lý thuyết, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật.
    • Đặng Thanh Tân, Giáo trình Sức bền vật liệu, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên năm thứ nhất hoặc năm thứ hai trình độ Cao đẳng hệ chính quy thuộc nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí và các ngành kỹ thuật cơ khí liên quan tại các trường đào tạo nghề Dầu khí.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần khoa học cơ bản và kỹ thuật cơ sở trước đó, bao gồm Toán học (giải phương trình, hệ phương trình, lượng giác, hình học giải tích), Vật lý đại cương (cơ học cơ bản), Tin học cơ bản (COMP63006), Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003) và Vật liệu cơ khí (MECM53002).
  • Đối với giảng viên: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn, căn cứ vào phân phối 45 giờ (14 giờ lý thuyết, 29 giờ thực hành/bài tập, 2 giờ kiểm tra) và hệ thống bài tập mẫu để thiết lập đề thi, phiếu học tập và tiêu chí kiểm tra định kỳ.
  • Đối với người tự học và nghiên cứu: Phù hợp cho kỹ thuật viên bảo trì, công nhân kỹ thuật tại các nhà máy chế biến dầu khí (lọc dầu, xử lý khí, hóa dầu) cần tra cứu phương pháp kiểm tra bền mối ghép, trục truyền động và kết cấu dầm.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được thiết kế phục vụ cho đối tượng nào?

Giáo trình được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí theo khung chương trình của Trường Cao đẳng Dầu khí, đồng thời dùng làm tài liệu học tập cho khối ngành kỹ thuật cơ khí sửa chữa thiết bị công nghiệp.

2. Người học cần đáp ứng những kiến thức nền tảng nào trước khi tiếp cận môn học?

Người học cần nắm vững kiến thức toán học về hệ phương trình, chiếu vectơ, lượng giác tam giác, cùng các kiến thức kỹ thuật cơ sở từ môn Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003) và Vật liệu cơ khí (MECM53002).

3. Giáo trình Cơ kỹ thuật này có điểm gì khác biệt so với các giáo trình Cơ học lý thuyết thuần túy?

Giáo trình tích hợp cô đọng hai phân môn Cơ lý thuyết và Sức bền vật liệu trong thời lượng 45 giờ. Nội dung giảm tải các chứng minh giải tích phức tạp, tập trung trực tiếp vào bài toán tĩnh học phẳng, phương pháp mặt cắt nội lực và 3 bài toán kiểm tra độ bền thực tế cho cơ cấu máy.

4. Quy định về chuyên cần và tự học đối với môn học này như thế nào?

Người học phải dự tối thiểu 70% số giờ lý thuyết và 100% số giờ thực hành/thảo luận trên lớp; thực hiện đọc trước nội dung chương mục theo phiếu học tập và làm việc theo nhóm 2 người để hoàn thành các bài toán biểu đồ nội lực.

5. Có những tài liệu tham khảo chính nào được liên kết cùng giáo trình?

Các tài liệu quy chuẩn được trích dẫn gồm: Cơ học ứng dụng (Đỗ Sanh, NXB Giáo dục, 2001), Giáo trình Cơ học lý thuyết và Giáo trình Sức bền vật liệu (Đặng Thanh Tân, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật).

Kết luận

Giáo trình Cơ kỹ thuật (Mã số: MECM64011) của Trường Cao đẳng Dầu khí đóng vai trò kết nối giữa khối kiến thức khoa học cơ bản với hệ thống các môn học chuyên môn nghề sửa chữa thiết bị công nghiệp. Văn bản cung cấp đầy đủ cơ sở lý thuyết tĩnh học, phương pháp phân tích ứng suất, biến dạng và thuật toán giải ba bài toán bền cơ bản.

Lộ trình học tập khuyến nghị là hoàn thiện tuần tự các nội dung Cơ lý thuyết (Chương 1 đến Chương 4) nhằm làm chủ kỹ năng xác định phản lực liên kết, trước khi tiến hành tính toán nội lực và kiểm nghiệm bền trong phần Sức bền vật liệu (Chương 5 đến Chương 9).

Người học kết hợp nghiên cứu các tài liệu tham khảo chuyên sâu của tác giả Đỗ Sanh và Đặng Thanh Tân để củng cố kỹ năng phân tích cơ học phục vụ trực tiếp cho quá trình bảo dưỡng, sửa chữa thiết bị cơ khí nhà máy dầu khí.