Bending Stress: Understanding Moment of Inertia, Neutral Axis, and Maximum Stress in Beams, Study notes of Statics

The concept of bending stress in beams, focusing on the moment of inertia, neutral axis, and maximum compressive and tensile stress. It includes formulas and examples to help understand these concepts.

Typology: Study notes

2021/2022

Uploaded on 12/01/2022

jay-aspa
jay-aspa 🇲🇾

2 documents

1 / 25

Toggle sidebar

This page cannot be seen from the preview

Don't miss anything!

bg1
BENDING STRESS
Dalam bab 3, telah dibincangkan bahawa bebanan yang dikenakan ke atas sesuatu rasuk
akan menghasilkan momen lentur dan daya ricih. Momen lentur dan daya ricih yang
bertindak ke atas rasuk ini akan diagihkan di dalam rasuk dalam bentuk tegasan terus
dan tegasan ricih. Dalam bab ini satu kaitan antara momen lentur dan daya ricih dengan
tegasan terus dan tegasan ricih dalam rasuk akan dikemukan agar satu gambaran
tentang agihan tegasan ini di dalam rasuk dapat dibayangkan.
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff
pf12
pf13
pf14
pf15
pf16
pf17
pf18
pf19

Partial preview of the text

Download Bending Stress: Understanding Moment of Inertia, Neutral Axis, and Maximum Stress in Beams and more Study notes Statics in PDF only on Docsity!

BENDING STRESS

Dalam bab 3, telah dibincangkan bahawa bebanan yang dikenakan ke atas sesuatu rasuk

akan menghasilkan momen lentur dan daya ricih. Momen lentur dan daya ricih yang

bertindak ke atas rasuk ini akan diagihkan di dalam rasuk dalam bentuk tegasan terus

dan tegasan ricih. Dalam bab ini satu kaitan antara momen lentur dan daya ricih dengan

tegasan terus dan tegasan ricih dalam rasuk akan dikemukan agar satu gambaran

tentang agihan tegasan ini di dalam rasuk dapat dibayangkan.

Untuk tujuan ini, satu rasuk yang mudah akan dipertimbangkan seperti ditunjukkan

dalam rajah di bawah.

W W

X

L

X Surface area

d

b

Simply supported beam

A B
C D
A D

W x

W x

S.F.D

B.M.D

(+ ve)

(+ ve)

Apa yang akan ditentukan dalam bab ini adalah tegasan dalaman yang wujud di

dalam keratan rasuk tersebut untuk menentang momen lenturan. Tegasan

dalaman ini dikenali sebagai tegasan lentur. Teori lenturan merupakan teori yang

menerangkan tentang tegasan lentur pada satu-satu keratan rasuk

Bagi kelengkungan sedemikian, lapisan rasuk yang membujur

di sepanjang permukaan atas (AB) akan mengalami

mampatan, sementara pada permukaan bawah (CD) akan

mengalami tegangan. Diantara lapisan AB dan CD terdapat

satu lapisan yang panjangnya tidak berubah ketika rasuk

melentur. Lapisan tersebut dikenali sebagai paksi neutral

(P.N) atau satah neutral. Tegasan lentur () pada P.N = 0.

Jarak paksi neutral dari pusat kelengkungan dinamakan jejari

kelengkungan (R).

Bagi sebarang lapisan PQ (yang jaraknya y dari P.N) lapisan ini

melengkung dan memanjang menjadi P’Q’. Lapisan

disepanjang P.N menjadi E’F’.

EF = E’F’ = R

Panjang asal, PQ = EF = R

Panjang akhir, P’Q’ = (R+y)

PanjangAsal

PerubahanPanjangPQ Terikan PQ

 

R

(R y) -R 

R

y 

R

y Tegasan padaPQ, E

R

E

y

Persamaan ‘Bending stress’ bolehlah dirumuskan dengan

R

E

I y

M

 

^ M - Momen Lentur maksima (Nm)

I - Momen luas kedua ( m

4

𝜎 - Tegasan ( N/m

2

y - Jarak lapisan ke paksi neutral ( m )

E - Modulus Keanjalan ( N/m

2

R - Jejari Kelengkungan ( m )

BENTUK SENTROID MOMEN LUAS KEDUA

x b/

y d/

bd I

3

P.N. 

bd I

3

xx 

x d/

y d/

r

d I

4 4

P.N.

c r

x x

4r y 

4 IP.N 0.11r

r I

4

xx

 

c

x x

y h/

bh I

3

P.N. 

bh I

3

xx 

hb I

3

yy 

P.N.

y

x

b

d

y

P.N.

d

y

P.N

y

P.N.

x

Menentukan Pusat Sentroid ( ȳ ) bagi bentuk yang mempunyai

dua paksi simetri

Sentroid bagi bentuk ini adalah garispusat persilangan kedua-dua

paksi. Ianya sangat mudah untuk ditentukan, hanya perlu

membahagi dua.

h

b

C

Cx = b/

Cy = h/

Oleh itu : Ixx = Ipn + A h 2 di mana h ialah jarak antara pusat sentroid (neutral axis)

bentuk dengan bahagian tengah bentuk yang di ambil dan

A ialah luas bentuk

Moment of inertia (I)

Kirakan momen luas kedua untuk keratan – I

Example 1

Dapatkan nilai sentroid bagi keratan – I

y 57.1mm

( 60 x 20 ) ( 100 x 20 ) ( 120 x 20 )

( 60 x 20 )(130) ( 100 x 20 )( 70 ) ( 120 x 20 )(10)

A A A

Ay Ay Ay

A

Ay y

1 2 3

1 1 2 2 3 3

y 3 y 2

y 1

y

x x

P.N (57.1mm).

h 1

h 2

h 3

B
B
A B
B

To find maximum moment using formula

𝑀

=

𝑊𝐿

4 𝑀𝑥 =

𝑊𝐿

8

𝑀

=

𝑊𝐿

2

𝑀

= 𝑊(𝐿)

A 6m beam is subjected with two concentrated load. Each load is 16

kN at a distance of 1 m from both ends of the beam. Determine;

i) The position of neutral axis

ii) The moment of inertia

iii) The radius of the beam at mid span

iv) The maximum tensile stress and maximum compressive stress

Given E= 200 GN / m

Example 2

To find the moment of inertia

PART A ( mm^2 )

y ( mm )

h (mm) I (mm 4 )

20 x 60

= 1200

80 x 15

= 1200

y 1 −ȳ

=90− 65

=

ȳ− y 2

=65−

=

3

3

40000 ( 1200 x 25 ) 640000 (1200x 25 )

I A h I A h

I (I Ah )

2 2

2 pn2 2 2

2 pn1 1 1

2 PN G

= 2.18 × 10

6 𝑚𝑚 4 @ 2.18 × 10 − 𝑚 4

M
EI
R
R
E

I y

M

To find the radius of the beam

From the loading shown, we find that the

order of loading is symmetrical, so the

reaction: R 1 = R 2 = 16 kN

To find the maximum tensile stress and maximum compressive stress

the maximum tensile stress,

ymax = 65 mm = 0.065 m

477 x 10 N/mm (tensile)

  1. 18 x 10

16 x 10 (0.065)

I

M y σ

6 2

  • 6

3 maks maks

The maximum compressive stress,

ymaks = 35 mm = 0.035 m

256.8x 10 N/m (compress)

  1. 18 x 10

16 x 10 (0.035)

I

M y σ

6 2

  • 6

3 maks maks

Example 3

A 10 m cantilever beam is subjected with 20kN/m uniformly distributed

load along the beam. Determine :

i) The position of neutral axis

ii) The moment of inertia

iii) The maximum tensile stress and maximum compressive stress

iv) Sketch the stress distribution in the beam