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

Призматическая балка, подверженная произвольным поперечным нагрузкам, приводит к возникновению сдвиговых и изгибающих моментов.
Напряжение на поверхностном элементе балки является нормальным напряжением, в то время как на нейтральной поверхности оно является напряжением сдвига.
Максимальное нормальное напряжение в поперечном сечении может превышать нормальное напряжение на поверхности балки.
Для анализа максимального нормального напряжения исследовано распределение главных напряжений в узкой прямоугольной консольной балке при сосредоточенной нагрузке.
Результаты расчетов показывают, что максимальное нормальное напряжение не превышает нормального напряжения ни в одном из двух сечений балки.
Если это так, то обычно в областях рядом с нагрузкой, где нормальное напряжение меньше напряжения сдвига.
Уравнение максимального нормального напряжения, рассчитанное для прямоугольных сечений, может быть применено ко многим балкам непрямоугольного сечения.
Однако, когда большие напряжения сдвига сосуществуют со значительными нормальными напряжениями вблизи поверхности балки, максимальное нормальное напряжение может превышать нормальное напряжение.

Основные напряжения в балке

Principal Stresses in a Beam

В призматических балках, подвергающихся произвольной поперечной нагрузке, важно проанализировать взаимодействие между поперечными силами и изгибающими моментами, чтобы понять распределение напряжений и обеспечить структурную целостность. Наибольшее нормальное или изгибающее напряжение возникает во внешних волокнах балки, линейно уменьшаясь до нуля на нейтральной оси. Напротив, напряжение сдвига достигает максимума у ​​нейтральной оси и уменьшается по направлению к внешним поверхностям.

Анализ главных напряжений имеет решающее значение, особенно в узких прямоугольных консольных балках, испытывающих сосредоточенные нагрузки. Главные напряжения, максимальные и минимальные нормальные напряжения в любой точке, возникают на плоскостях, свободных от касательных напряжений. Эти напряжения необходимы для выявления потенциальных точек разрушения. Компьютерные исследования обычно показывают, что максимальное нормальное напряжение внутри таких балок не превышает поверхностных напряжений, за исключением точек приложения нагрузки, где напряжение сдвига может превысить нормальное напряжение.

Метод расчета максимального нормального напряжения обычно эффективен для прямоугольных поперечных сечений и может быть адаптирован для непрямоугольных форм посредством более сложных расчетов или компьютерного моделирования. Важно учитывать ситуации, когда большие касательные напряжения сосуществуют со значительными нормальными напряжениями вблизи поверхности балки. Эти условия могут привести к неожиданным видам разрушения, таким как трещины, вызванные сдвигом, что подчеркивает сложность проектирования реальных конструкций.

Призматическая балка, подверженная произвольным поперечным нагрузкам, приводит к возникновению сдвиговых и изгибающих моментов.
Напряжение на поверхностном элементе балки является нормальным...

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