a 1,000-word essay. In the essay, you must summarize what you consider to be the key concepts from the chapters covered, and you must include at least three photographs that you've taken to help explain the concepts.

profilemtfaakqhj3
6186695_67669608_engr213e_week5_chapter_0728129.pdf

10/29/13  

1  

EQUILIBRIUM  OF   BEAMS    

Chapter  7  

Perspec.ve   The  study  of  beams  (slender  structural  elements  subjected  to   bending  loads)  is  extremely  important  in  both  civil  and   mechanical  engineering,  and  the  first  step  is  covered  in  this   chapter.     Learn  to  iden.fy  and  describe  beams  using  the  terminology   described  in  the  textbook.  Pay  aHen.on  to  the  sign  conven.ons   used  for  internal  shear  force  and  bending  moment.     And  most  important  of  all,  keep  in  mind  that  developing  shear   and  bending  moment  diagrams  is  nothing  but  sta.cs  applied  to   free-­‐body  diagrams  of  beams  cut  at  key  loca.ons  along  their   length.  Same  as  we  have  been  doing,  just  a  bit  more  intricate.  

10/29/13  

2  

INTRODUCTION   7.1  

Terminology   •  Please  pay  aHen.on  to  all  of  the  terms  highlighted  in  the  text:  

–  Beam   –  Pin  support   –  Roller  support   –  Simply  supported   –  Can.lever   –  Overhanging   –  Concentrated  load   –  Distributed  load   –  Concentrated  moment   –  etc.  

10/29/13  

3  

External  Reac.ons  –  Simply  Supported   •  Find  external  reac.ons  first,  as  part  of  the  beam  analysis  process  

Pin  support:  ver.cal  and   horizontal  reac.ons  (horizontal  is   usually  zero)  and  no  moment  

Roller  support:  ver.cal  reac.on   and  no  moment  

External  Reac.ons  –  Can.lever   •  Find  external  reac.ons  first,  as  part  of  the  beam  analysis  process  

Built-­‐in  support:  ver.cal  and   horizontal  reac.ons  (horizontal  is   usually  zero)  and  a  moment  

10/29/13  

4  

External  Reac.ons   •  Use  a  Free  Body  Diagram  of  the  beam  to  find  the  external  reac.ons   •  A  distributed  load  is  modeled  as  an  equivalent  concentrated  force  

RA   RB  

F  =  wL   This  one  is  a  bit  trickier  but  the   principal  is  exactly  the  same.  Replace   the  regions  of  distributed  load  with   sta.cally  equivalent  concentrated   forces  to  find  the  external  reac.ons.  

Restore  the  Distributed  Loads   •  Important  point:  

–  Once  the  external  reac.ons  are  found,  treat  the  beam  as  if  the   distributed  loads  are  once  again  there  

–  When  you  cut  the  beam  to  find  internal  forces  and  moments  (see  next   sec.on)  you  will  have  por.ons  of  the  beam  with  por.ons  of  the   distributed  loads  ac.ng  

–  These  will  once  again  be  replaced  by  sta.cally  equivalent   concentrated  forces!  

•  Yes,  it  is  back-­‐and-­‐forth,  but  that’s  how  it’s  done.  

10/29/13  

5  

SHEAR  AND   MOMENT  IN  BEAMS    

7.2  

Varia.on  Along  the  beam   •  The  big  difference  between  beams  and  other  situa.ons  we  

have  examined  (axial  loading,  torsional  loading)  is  the  type   and  varia.on  of  internal  reac.ons  along  the  component  

–  We  need  to  track  two  internal  reac.ons  for  beams:   •  Shear  force,  V   •  Bending  Moment,  M  

–  We  need  to  expect  the  internal  reac.ons  to  vary  along  the  length   •  Constant  internal  reac.ons  are  common  in  axial  loading  and  torsion   •  Constant  internal  reac.ons  are  rare  in  bending  

10/29/13  

6  

V-­‐M  Diagrams   •  The  Shear  Force  and  Bending  Moment  Diagrams  (V-­‐M)  are  

simply  a  standardized  way  of  presen.ng  the  internal  reac.on   informa.on  for  a  beam  

–  Signs  are  standardized   •  We  will  in  general  work  from  the  led  

–  Diagrams  are  standardized   •  Align  ver.cally  with  the  beam  illustra.on  

Transfer  posi.ve  V  and  M  to  this  cut   face  and  analyze  the  FBD:  that’s  all   there  is  to  it!  

Cuts   •  Cut  a  beam  at  arbitrary  loca.ons  (x  –  measured  from  the  led)  

–  Between  concentrated  loads   –  Within  distributed  loads  

cut   cut   cut   cut  cut  

cut  cut  cut   cut   cut   cut  

Yikes!  That’s  a  lot  of  cuts.  I  wouldn’t  ask   you  to  analyze  this  beam  in  an  exam,   but  do  understand  why  the  cuts  are   where  they  are.  

10/29/13  

7  

Internal  Forces  and  Moments   •  V  is  simply  the  internal  shear  force  ac.ng  on  a  cut  face   •  M  is  simply  the  internal  moment  ac.ng  on  a  cut  face  

The  distributed  load  por.on  of  the  beam   is  represented  by  this  Free  Body  Diagram.  

To  proceed:   •  Replace  the  distributed  load  with  a  

concentrated  force   •  Sum  ver.cal  forces  to  find  V   •  Sum  moments  about  the  cut  to  find  M  

Note  how  V  and  M  are  oriented.  We  will   always  use  these  as  the  posi.ve  direc.ons.  

Textbook  Examples   •  The  example  problems  in  the  textbook  (7.1-­‐7.5)  are  extremely  

good  and  illustrated  in  great  detail  

•  They  cover  all  the  basic  loading  and  support  situa.ons  (simply   supported  and  can.lever;  concentrated  forces,  concentrated   moments,  distributed  forces)  

•  If  you  understand  these  examples,  and  can  generate  V-­‐M   diagrams  for  beams  of  easy-­‐to-­‐moderate  difficulty,  you  are  in   good  shape  

•  Great  aHen.on  to  detail  is  required!  Make  large,  clear   diagrams  and  label  everything  carefully  

10/29/13  

8  

GRAPHICAL  METHOD   FOR  SHEAR  AND  

MOMENT  DIAGRAMS    

7.3  

Graphical  Check   •  I  prefer  to  think  of  this  as  methods  to  check  your  equa.ons,  

not  as  a  way  to  generate  the  V-­‐M  Diagrams  

–  The  equa.ons  are  required  for  deflec.on  and  buckling  analysis   –  It  is  possible  but  awkward  to  go  backwards  from  plots  to  equa.ons  

•  It  is  also  good  Sta.cs  prac.ce  to  use  the  equilibrium  method   for  genera.ng  the  V-­‐M  equa.ons  

•  I  find  many  difficul.es  among  students  rela.ng  plots  with   equa.ons,  please  prac.ce  this  skill!  

10/29/13  

9  

The  Basic  Checks   •  These  are  the  most  helpful  graphical  checks:  

–  Where  a  concentrated  force  is  applied,  the  V-­‐plot  jumps  by  that   amount.  This  even  applies  to  the  points  where  external  reac.ons  act  if   you  imagine  star.ng  from  off  the  beam  where  everything  is  zero.  

–  Where  a  concentrated  moment  is  applied,  the  M-­‐plot  jumps  by  that   amount.  This  even  applies  to  the  points  where  external  reac.ons  act  if   you  imagine  star.ng  from  off  the  beam  where  everything  is  zero.  

–  In  regions  where  no  load  is  applied,  or  where  a  distributed  load  acts,   the  V-­‐curve  is  the  deriva.ve  (slope)  of  the  M-­‐curve  

•  Look  for  these  paHerns  in  all  of  the  example  problems