Name: normal stress in axial loading
Uploaded: 2024-03-07T13:22:32.000Z
Duration: 1 min 19 s
Channel: JoVE

Rozważmy pręt poddany działaniu siły osiowej, w wyniku czego w polu przekroju poprzecznego powstaje siła oporowa, która jest określana jako naprężenie. Jednostką naprężenia w układzie SI jest Newton na metr kwadratowy.
Rozważmy teraz pręt kratownicy mostowej poddany działaniu siły osiowej. Wytwarza siły wewnętrzne i naprężenia normalne do płaszczyzny przekroju poprzecznego, zwane naprężeniem normalnym.
Wynikowe naprężenie normalne reprezentuje średnie naprężenie na przekroju, a nie w określonym punkcie.
Zgodnie z warunkami równowagi, siły wewnętrzne są równe przyłożonej sile, co oznacza, że rozkład naprężeń jest równomierny, z wyjątkiem okolic punktu przyłożenia.
Jednak ten równomierny rozkład jest możliwy tylko wtedy, gdy linia działania obciążeń przechodzi przez środek ciężkości przekroju, co nazywa się obciążeniem centrycznym.
Gdy obciążenie osiowe jest przykładane mimośrodowo, rozkład sił i naprężeń nie może być równomierny ani symetryczny ze względu na wytworzony dodatkowy moment.
Tak więc rzeczywisty rozkład naprężeń w pręcie obciążonym osiowo jest statycznie nieokreślony i zależy od określonego trybu przyłożenia obciążenia.

naprężenie normalne

Naprężenie normalne to rodzaj naprężenia, który występuje, gdy siły działają prostopadle lub normalnie do pola przekroju poprzecznego materiału. Naprężenie to często pojawia się w konstrukcjach poddawanych obciążeniu osiowemu, czyli przyłożeniu siły wzdłuż osi danego obiektu. Praktyczny przykład tego można znaleźć w elementach kratownicy mostu.


 Kiedy pręt jest obciążony osiowo, siły wewnętrzne i odpowiadające im naprężenia są normalne do płaszczyzny przekroju, dlatego nazywa się to naprężeniem normalnym. Należy zauważyć, że naprężenie reprezentuje średnią wartość naprężenia w przekroju poprzecznym, a nie w określonym punkcie. Średnie naprężenie oblicza się, dzieląc wielkość wypadkowych sił wewnętrznych rozłożonych na przekroju poprzecznym przez pole przekroju poprzecznego.


 <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/15579/15579_Equation_1.svg" style="height: 42px;">


 Jednakże naprężenie w danym punkcie może różnić się od naprężenia średniego, ponieważ zmienia się w przekroju. Zwłaszcza w przypadku smukłych prętów poddawanych obciążeniom osiowym różnice mogą być znaczne w pobliżu punktów przyłożenia obciążenia.


 Warunki równowagi sugerują równomierny rozkład naprężeń w elementach obciążonych osiowo, z wyjątkiem punktów przyłożenia obciążenia w pobliżu, przy założeniu obciążenia centrycznego. Jednakże obciążenie mimośrodowe powoduje nierównomierne naprężenie z powodu dodatkowych momentów, co wskazuje na statycznie niewyznaczalny rozkład naprężeń.

Naprężenie normalne

Rozważmy pręt poddany działaniu siły osiowej; W rezultacie w polu przekroju poprzecznego powstaje siła oporu, która jest określana jako naprężenie. Układ SI ...

Education

JoVE Core

Mechanical Engineering

Inżynieria mechaniczna

Unit 1

Jednostka 1

Concept of Stress

Koncepcja stresu

KEY TERMS AND CONCEPTS

KLUCZOWE TERMINY I POJĘCIA

Normal Stress

normal stress in axial loading

Normal stress acts perpendicular to a material’s cross-sectional area. It appears when a force is applied along the axis of an object, which is called axial loading. Bridge truss members are a practical example of this kind of loading.

When a rod carries axial load, internal forces develop across the section. Because these forces act normal to the plane of the section, the stress is called normal stress. Stress here means the average stress over the whole cross-section, not the value at one exact point.

The average stress is found by dividing the resultant internal force by the cross-sectional area. The stress at a specific point can be different from that average, since it may vary across the section. In slender rods under axial load, that variation can be large near the points where the load is applied.

For a centric load, equilibrium suggests a uniform stress distribution in an axially loaded member, except near the load application points. Eccentric loading changes that pattern. It creates non-uniform stress because extra moments act on the member, so the stress distribution becomes statically indeterminate.

Normal Stress in Axial Loading

normal stress

Normal stress acts perpendicular to a material’s cross-sectional area. It appears when a force is applied along the axis of an object, which is called axial loading. Bridge truss members are a practical example of this kind of loading. When a rod carries axial load, internal forces develop across the section. Because these forces act normal to the plane of the section, the stress is called normal stress. Stress here means the average stress over the whole cross-section, not the value at one...

shearing stress

Shear Forces in Bolts and Rivets

Shearing stress is caused by transverse forces acting on an object. These forces create internal forces in the plane where the external forces are applied. The total internal force in that section is called the shear. Average shearing stress is found by dividing the shear by the cross-sectional area. This value is only an average, because shear stress is not spread evenly across the section. It can be zero at the surface and much higher than the average in other areas. Bolts, pins, and rivets...

bearing stress

Bolt-to-Plate Contact Pressure

Bearing stress is the contact pressure between two separate bodies. A common example is a bolt pushed through a plate. The bolt applies a force to the plate, and the plate pushes back with an equal and opposite force. That force is not a single point load. It is made up of many smaller forces spread across the contact surface between the bolt and the plate. Because these microforces are complex, engineers use an average value called bearing stress. Bearing stress is found by dividing the...

applications of stress

Boom and Rod Stress Analysis

Boom and rod stress analysis shows how a pinned support structure carries a load. The boom and the rod are connected by a pin and held in place by brackets and pins. The structure is then separated from its supports so the forces can be studied clearly. A free-body diagram is drawn to identify every force on the boom, the rod, and the load. The reaction forces on both members are found using equilibrium equations. At point P, the reaction causes compression in the boom. At point R, the...

stress on an oblique plane

Axial Load Stress on Inclined Sections

Axial loading creates stress in a material along its central axis. This kind of load can cause compression or elongation, and it produces normal stress. Normal stress acts perpendicular to the material area and can be either tensile or compressive. When the section is not perpendicular to the load, it becomes an oblique plane. On this inclined plane, the stress state includes both normal stress and shearing stress. Shearing stress acts parallel to the area and changes shape without changing...

stress: general loading conditions

Stress Components on a Loaded Body

Stress components on a loaded body can be found by cutting the body through a point with a plane parallel to the xy plane. That section carries the original loads, along with normal forces and shearing forces. The result is a simple way to describe how a structure responds under combined loading. The shearing force in the section can point in different directions within the plane. It is split into two parts that run parallel to the x and y axes. Each part is divided by the area, and as that...

components of stress

Stress Components on a Cube at a Point

Stress components on a small cube help describe how a body behaves under multiple loading. The cube is centered at point O and has stress acting on all six faces, whether the faces are visible or hidden. Normal stress components σx, σy, and σz act perpendicular to the x, y, and z axes. Shearing stress components also act on the cube faces. The visible faces carry shear stresses such as τxy and τxz. The hidden faces carry equal and opposite stresses. This balance keeps the cube in equilibrium.

design consideration

Safety Factors in Structural Design

Safety factors in structural design help engineers choose a material and loading limit that can be used safely. The process begins with a material’s ultimate strength. This value comes from tests that increase force until the material reaches its breaking point or limit. The ultimate load is then divided by the original cross-sectional area to find the ultimate normal stress, or strength. Ultimate shearing stress is another key value used in design. These limits show how much stress a material...

key terms and concepts

Learn how normal stress forms in axially loaded members, how to calculate average stress, and why stress can vary across a cross-section.

Normal Stress in Axial Loading | 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.

mechanical engineering

Normal Stress in Axial Loading

Description

Transcript

Tags