ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.06.2020

Просмотров: 203

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

DRAFT –1  

Chapter 3 Truss Element 

 

u

2

 

Element 2 

   

 

 

θ

 = 90

0

  

 

 

 

 

 

 

 

 

c = cos 90

0

 = 0,  c

2

 = 0 

u

 
s = sin 90

0

 = cos 0

0

 = 1,  s

2

 = 1 

 
cs = 0 

(2) 

 
EA/L = 69 x 200 x (1/150) = 92 kN/mm 
 
 

u

3

 

    

 

1         2 

 

      

 

      u

4

 

 

  

0       

3

 

 

 

             

0      -1    

   

4

      

      [k

g

]

(2)

  =     (92)  0 

0       

1

 

 

 

 

-1 

1        

2

 

 
 
 
 
Element 3 

                                                                                          

u

 

θ

 = 30

0

 

 

c = cos 30

0

 = 0.866,  c

2

 = 0.75 

 

 

                                                    

3

                      u

5

                               

s = cos 60

0

 = .5,  s

2

 = 0.25 

 

 

cs = 0.433 

                                                u

4                         

(3)

 

 

                                               300 mm 

EA/L = 207 x 100 x (1/300) = 69 kN/mm 
 

 

 

θ

 = 30

0

     

 

2

 

    u

3

 

 

    5 

   6

 

                                                

 

 

                                                

 

 

3

   .75 

.433  -.75 

-.433             

 

 

      

4

    -.433  .25 

-.433  -.25       (69)    

[k

g

]

(3)

 =     

5

 -.75  -.433 .75  .433 

 

      

6

 -.433 -.25  .433  .25 

 

 

                                                       

 

 
 
 

ME 273 Lecture Notes © by R. B. Agarwal

 

 

  3-11 


background image

DRAFT –1  

Chapter 3 Truss Element 

 

Assembling the stiffness matrices 

 
Since there are 6 deflections (or DOF), u

through u

6

, the matrix is 6 x  6. Now, we will 

place the individual matrix element from the element stiffness matrices into the global 
matrix according to their position of row and column members. 

 
 
Element [1] 
 

 

 

 

 

 

 2 3 4 5 6 

1

5 3 . 1

5 3 . 1

2

3

4

5

5 3 . 1

5 3 . 1

6

 
 
 
The blank spaces in the matrix have a zero value. 
 
 
 
 
Element [2] 
 

 

 

1 2 3 4 5 6 

 

 

 

 

 

 

92 

       -92 

 

 

4 -92 

 

92 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ME 273 Lecture Notes © by R. B. Agarwal

 

 

  3-12 


background image

DRAFT –1  

Chapter 3 Truss Element 

 
Element [3] 
 

 

1 2 3 4 5 6 

    

     2 

 

    

3

 

  51.7 

29.9 

-51.7 

-29.9 

 

    

4

 

  29.9 

17.2 

-29.9 

-17.2 

 

    

5

 

  -51.7 

-29.9 

51.7 

29.9 

 

   

 

6

 

  -29.9 

-17.2 

29.9 

17.2 

 
 
 
 
Assembling all the terms for elements [1] , [2] and [3], we get the complete matrix 
equation of the structure. 
 

 

 

 
 
 

=

)

(

4

.

0

)

(

0

)

(

0

)

(

0

)

(

0

)

(

0

2

.

17

9

.

29

2

.

17

9

.

29

0

0

9

.

29

8

.

104

9

.

29

7

.

51

0

1

.

53

2

.

17

9

.

29

2

.

109

9

.

29

92

0

9

.

29

7

.

51

9

.

29

7

.

51

0

0

0

0

92

0

92

0

0

1

.

53

0

0

0

1

.

53

6

5

4

3

2

1

6

5

4

3

2

1

6

5

4

3

2

1

F

F

F

F

F

F

u

u

u

u

u

u

 
 

Boundary conditions 

x and y directions, where as, node 2 is fixed in x-direction only 

1

= u

= u

3

 = 0.  

herefore, all the columns and rows containing these elements should be set to zero. The 

 

 

Node 1 is fixed in both 
and free to move in the y-direction. Thus, 
 
u
 
T
reduced matrix is: 
 





=





−

4

.

0

0

2

.

17

9

.

29

2

.

17

9

.

29

8

.

104

9

.

29

6

5

4

u

u

0

2

.

17

9

.

29

2

.

109

u

ME 273 Lecture Notes © by R. B. Agarwal

 

 

  3-13 


background image

DRAFT –1  

Chapter 3 Truss Element 

 

riting the matrix equation into algebraic linear equations, we get, 

 

29.9u

4    

- 29.9u

5  

- 17.2u

6

 =   0 

4  

lving, we get   u

4

 = -0.0043 

ress, Strain and deflections 

lement (1) 

ote that u

1

, u2, u3, etc. are not coordinates, they 

 

lement (2) 

 

W
 
 
  

-29.9u

+ 104u

5  

+ 29.9u

6

 =   0  

  

-17.2u

+ 29.9u

+ 17.2u

6

 =   -0.

 
so
 

 

   u

5

 = 0.0131 

 

 

   u

6

 = -0.0502 

 
 

S

 

E

 
N
 are actual displacements. 

5

5

5

2

0.0131

5.02 10

260

69 5.02 10

0.00347

,

0.00347 200 0.693

L

mm

L

mm

kN

E

mm

Reaction R

A

kN

σ

σ

∈=

=

=

×

= ∈=

×

×

=

=

=

×

=

0.0131

L u

∆ =

=

 

E

4

5

5

2

3

0.0043

2.87 10

150

69 2.87 10

1.9803

(1.9803 10 )(200) 0.396

L

L

kN

E

mm

R

A

k

σ

σ

∈=

=

=

×

= ∈=

×

×

=

=

=

×

=

0.0043

L u

N

∆ =

=

 

lement (3) 

t (3) is at an angle 30

0

, the change in the length is found by adding the 

E

Since elemen
displacement components of nodes 2 and 3 along the element (at 30

0

). Thus, 

 
 

ME 273 Lecture Notes © by R. B. Agarwal

 

 

  3-14 


background image

DRAFT –1  

Chapter 3 Truss Element 

0

0

0

5

6

4

0

0

5

5

2

cos 30

sin 30

cos 30

0.0131cos 30

0.0502sin 30

0.0043cos 30

0.0116 (

)

0.0116

3.87 10

300

207

3.87 10

0.0080

,

0.0080 100

0.800

L u

u

u

L

element is compressed

L

L

kN

E

mm

Axial force R

A

kN

σ

σ

∆ =

+

∆ =

+

= −

∈=

=

= −

×

= ∈=

× −

×

= −

=

= −

×

= −

0

 
 
 

Factor of Safety 

Factor of safety ‘

n’

 is the ratio of yield strength to the actual stress found in the part.  

 

0.0375

(1)

10.8

0.00347

0.0375

(2)

18.9

0.00198

0.0586

(3)

7.325

0.0080

y

y

y

S

Element

n

S

Element

n

S

Element

n

σ

σ

σ

=

=

=

=

=

=

=

=

=

 
 
 
The lowest factor of safety is found in element (3), and therefore, the steel bar is the most 
likely to fail before the aluminum bar does. 
 

Final Notes 

-  The example presented gives an insight into how the element analysis works. The 

example problem is too simple to need a computer based solution; however, it 
gives the insight into the actual FEA procedure. In a commercial FEA package, 
solution of a typical problem generates a very large stiffness matrix, which will 
require a computer assisted solution.  

 
-  In an FEA software, the node and element numbers will have variable subscripts 

so that they will be compatible with a computer-solution  

 

-  Direct or equilibrium method is the earliest FEA method. 

 
 

ME 273 Lecture Notes © by R. B. Agarwal

 

 

  3-15