Name: beam stress patterns under transverse load
Uploaded: 2024-05-23T12:59:58.000Z
Duration: 1 min 11 s
Channel: JoVE

ينتج عن الحزمة المنشورية المعرضة للأحمال المستعرضة التعسفية لحظات القص والانحناء.
الضغط على عنصر سطحي من الحزمة هو إجهاد طبيعي ، بينما على سطح محايد ، يكون إجهاد القص.
قد يتجاوز الحد الأقصى للضغط الطبيعي داخل المقطع العرضي الضغط الطبيعي على سطح الحزمة.
تمت دراسة توزيع الإجهاد الرئيسي في شعاع ناتئ مستطيل ضيق تحت حمل مركز لتحليل الحد الأقصى للضغط الطبيعي.
تشير النتائج الحسابية إلى أن الحد الأقصى للضغط الطبيعي لا يتجاوز الضغط العادي في أي من قسمي الحزمة.
إذا حدث ذلك ، فعادة ما يكون في المناطق القريبة من الحمل حيث يكون الضغط الطبيعي أقل من إجهاد القص.
يمكن تطبيق معادلة الضغط العادي القصوى المحسوبة للمقاطع المستطيلة على العديد من حزم المقطع العرضي غير المستطيلة.
ومع ذلك ، عندما تتعايش ضغوط القص الكبيرة مع ضغوط طبيعية كبيرة بالقرب من سطح الحزمة ، فقد يتجاوز الحد الأقصى للضغط الطبيعي الإجهاد الطبيعي.

الإجهادات الرئيسية في العارضة

Principal Stresses in a Beam

<div style="direction: rtl;">
 في العوارض المنشورية الخاضعة للتحميل العرضي التعسفي، من الضروري تحليل التفاعل بين قوى القص وعزوم الانحناء من أجل فهم توزيع الإجهاد وضمان السلامة الهيكلية. يحدث أعلى إجهاد طبيعي أو إجهاد الانحناء عند الألياف الخارجية للعارضة، ويتناقص خطيًا إلى الصفر عند المحور المحايد. في المقابل، يصل إجهاد القص إلى ذروته عند المحور المحايد ويتناقص باتجاه الأسطح الخارجية.
 
 يعد تحليل الضغوط الرئيسية أمرًا بالغ الأهمية، خاصة في العوارض الكابولية الضيقة والمستطيلة تحت الأحمال المركزة. تحدث الضغوط الرئيسية، الحد الأقصى والحد الأدنى من الضغوط الطبيعية في أي نقطة، على مستويات خالية من إجهاد القص. هذه الضغوط ضرورية لتحديد نقاط الفشل المحتملة. تظهر الدراسات الحسابية عادة أن الحد الأقصى للإجهاد الطبيعي داخل هذه العتبات عادة لا يتجاوز الضغوط السطحية، باستثناء نقاط تطبيق الحمل القريبة، حيث قد يفوق إجهاد القص الإجهاد الطبيعي.
 
 تعتبر طريقة حساب الحد الأقصى للإجهاد الطبيعي فعالة بشكل عام بالنسبة للمقاطع العرضية المستطيلة، ويمكن تكييفها مع الأشكال غير المستطيلة من خلال حسابات أكثر تقدمًا أو النماذج الحسابية. من المهم مراعاة المواقف التي تتعايش فيها ضغوط القص الكبيرة مع ضغوط طبيعية كبيرة بالقرب من سطح العارضة. يمكن أن تؤدي هذه الظروف إلى أوضاع فشل غير متوقعة، مثل التشقق الناجم عن القص، مما يسلط الضوء على تعقيدات تصميم الهياكل في العالم الحقيقي.
 
</div>

ينتج عن الحزمة المنشورية المعرضة للأحمال المستعرضة التعسفية لحظات القص والانحناء.
الضغط على عنصر سطح الشعاع طبيعي ...

Education

JoVE Core

Mechanical Engineering

Unit 1

Principal Stresses under a Given Loading

KEY TERMS AND CONCEPTS

beam stress patterns under transverse load

Beam stress patterns under transverse load depend on both bending and shear. In a prismatic beam, these two effects work together to shape how stress is distributed across the cross-section and to help engineers judge structural integrity.

The largest normal, or bending, stress appears at the outer fibers of the beam. It drops in a straight line to zero at the neutral axis, which is the line in the cross-section where bending stress changes direction. Shear stress behaves differently. It is highest at the neutral axis and fades toward the outer surfaces.

Principal stresses are also important, especially in narrow rectangular cantilever beams with a concentrated load. Principal stresses are the maximum and minimum normal stresses at a point. They act on planes where shear stress is zero, which makes them useful for locating possible failure points.

Computational studies show that the maximum normal stress inside these beams usually does not exceed the surface stress. A common exception is near the load application point, where shear stress can become larger than normal stress. For rectangular cross-sections, the usual maximum-normal-stress method works well, while non-rectangular shapes may need more advanced calculations or computational models.

The video also highlights cases where strong shear stress and significant normal stress occur near the beam surface at the same time. These conditions can cause unexpected failure modes, including shear-induced cracking. That is why real-world beam design must consider both bending and shear, not just one stress type alone.

Beam Stress Patterns Under Transverse Load

beam-stress-patterns-under-transverse-load

principal stresses in a beam

Beam stress patterns under transverse load depend on both bending and shear. In a prismatic beam, these two effects work together to shape how stress is distributed across the cross-section and to help engineers judge structural integrity. The largest normal, or bending, stress appears at the outer fibers of the beam. It drops in a straight line to zero at the neutral axis, which is the line in the cross-section where bending stress changes direction. Shear stress behaves differently. It is...

design of transmission shafts - stress analysis

design-of-transmission-shafts-stress-analysis

Transmission Shaft Bending and Torsion

Transmission shafts carry power while facing both bending and torsion. In gear systems, these loads create force-couple systems at the center of the shaft cross-section. That means the shaft must be checked for transverse loading and twisting at the same time. The transverse loads create shearing stress, but it is usually smaller than the stress from torque and is often ignored. Even so, the normal stress from these loads can add to the maximum shearing stress in the shaft. To find that normal...

transmission shafts: problem solving

Sizing a Solid Power Transmission Shaft

A solid power transmission shaft must be sized so it can carry both torque and bending loads. In this problem, the shaft connects a motor to a machine tool through a gear, so the design must resist the stress created by rotation and force transfer. The first step is to calculate the torque on the gear. This uses the power carried by the shaft and its rotational speed. The tangential force on the gear is then found from the torque and the gear radius. Next, bending moment diagrams are used for...

stresses under combined loadings

Principal and Shear Stresses in a Bent Tube

A bent tube with a circular cross-section can experience normal stress, shear stress, principal stress, and maximum shearing stress when several loads act on it. To analyze these stresses, the tube is sliced at key points and the internal forces at each section are examined at the centroid. This helps show how the material responds under combined loading. Normal stress comes from axial forces and bending moments. It can be tensile or compressive, and it changes across the cross-section from...

key terms and concepts

Explore how bending stress, shear stress, and principal stresses act in a beam under transverse loading, including neutral axis behavior and failure risks.

Beam Stress Patterns Under Transverse Load | JoVE K12

JoVE Core Mechanical Engineering offers concise, easy-to-understand animated videos covering key topics such as equilibrium, forces, truss analysis, and structural mechanics. Explore their real-world applications, and witness these concepts in action through scientist-led experiments.

Beam Stress Patterns Under Transverse Load

Description

Transcript