ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.06.2020

Просмотров: 204

Скачиваний: 3

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

DRAFT –1  

Chapter 3 Truss Element 

                                                                                                            

 

y

 

 

      

Example 2 

(1) 

2   

 4000 

lb 

Given:  

20” 

 

Elements 1 and 2: Aluminum                                                                              

50”

 

Element 3: steel 

(3)

 

A

(1) 

= 1.5in

(2)

 

A

(2) 

= 1.0in

40”

 

A

(3) 

= 1.0in

2

 

 

 

 

 

 

 

                                   

3

 

                

4

     x                

Required:    

 

Find stresses and displacements using hand calculations. 

30”

 

 

 

  

 

 

 

Solution 

 
Calculate the stiffness constants: 
 

in

lb

L

AE

K

in

lb

L

AE

K

in

lb

L

AE

K

5

6

3

5

6

2

5

6

1

10

0

.

6

50

10

10

30

10

5

.

2

40

10

10

1

10

5

.

7

20

10

10

5

.

1

×

=

×

×

=

=

×

=

×

×

=

=

×

=

×

×

=

=

 
 
Calculate the Element matrix equations. 
 
 
 
 

Element (1) 

u

u

4

 

 

(1) 

 

u

u

 

   1 

 
Denoting the Spring constant for element (1) by k

1

, and the stiffness matrix by K

(1)

, the 

stiffness matrix in global coordinates is given as, 

 

ME 273 Lecture Notes © by R. B. Agarwal

 

 

  3-16 


background image

DRAFT –1  

Chapter 3 Truss Element 

          

  

1  

 2 

   3 

   4 

2

2

1

 

[K

g

]

(1)

 =  K

1

For element (1), 

θ

 = 0

0, 

therefore 

 =1, c

2

 = 1 

= 0, s

2

 =0, and cs = 0 

 2 3 4 

1

 

[k

(1)

] =  k

1

u

 

lement (2) 

     2 

u

3

 

or this element, 

θ

 = 90

0

, Therefore, 

(2) 

= cos

θ

 = 0,  c

2

 = 0 

θ

 = 90

0

 

3

 

u

he stiffness matrix is, 

u

        

 6 3 4

 

2

2

5

 

[k

g

]

(2)

 =  k

2

 

 

c  cs -c  -cs 

 

cs s

2

 -cs -s

2

 

c

2

 -cs c

2

 cs 

3

 

-cs -s

2

 cs  s

4

 

 

 

1 0 -1 0 

 

 
c
 

 
 

 
 

0 0 0 0

 

2

 

1 0 1 0 

3

 

0 0 0 0

 

4

 

 

 

E
 

F
 
 
c
s = sin

θ

 = 1, s

2

 = 1 

c  cs -c  -cs 

 

cs= 0 
 
T

 

 

  

 

cs s

2

 -cs -s

6

 

c

2

 -cs c

2

 cs 

3

 

-cs -s

2

 cs  s

4

 

 

 
 
 

ME 273 Lecture Notes © by R. B. Agarwal

 

 

  3-17 


background image

DRAFT –1  

Chapter 3 Truss Element 

 

          

5 6 3 4

 

5

 

[k

g

]

(2)

 =  k

2

 

lement 3 

  u

4

 

                                                               

 

   

u

= cos(126.9

0

) = -0.6, c

2

 = .36                                                          

                                                

 

= sin(126.9

0

, s

2

 = .64 

                                                      

u

7

 

[k

g

]

(3)

 =  k

3

 

 

0 0 0 0 

 

0 1 0 -1

 

6

 

0 0 0 0 

3

 

0 -1 0 1

 

4

 

 

 
 
 

E

                   
For element (3), 

θ

 = 126.9

0

 
c

(3)

               4 

 

θ

 = 126.9

0

 

 

                                      

u

cs = -0.48 
 

          

 8 3 4

 

.36  -.48 -.36 .48 

 

 

-.48 .64 .48 -.64

 

8

 

-.36 .48 .36 -.48 

3

 

.48  -.64 -.48 .64

 

4

 

 

 

ssembling the global Matrix 

mbly described earlier, the assembled matrix is,  

[K

g

]

  =  

A

Following the procedure for asse

  

1

1

1

1

3

3

3

3

2

3

2

3

2

2

3

3

3

3

3

3

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

2

0

.36

.48

0

0

.36

.48

3

0

0

.48

.64

0

.48

.64

4

0

0

0

0

0

0

0

0

5

0

0

0

0

0

0

6

0

0

.36

.48

0

0

.36

.48

7

0

0

.48

.64

0

0

.48

.64

8

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

+

+

 

3

3

3

3

0

K

K

 

ME 273 Lecture Notes © by R. B. Agarwal

 

 

  3-18 


background image

DRAFT –1  

Chapter 3 Truss Element 

 

The boundary conditions are: 

1

 = u

2

 = u

5

 = u

6

 = u

7

 = u

8

 = 0 

e will suppress the corresponding rows and columns. The reduced matrix is a 2 x2, 

 
u
 
W
given below, 
 
 
 

1

3

3

3

2

3

1

3

3

3

3

2

3

4

.36

.48

3

[

]

0.48

.64

4

The final equation is

.36

.48

4000

0.48

.64

8000

g

K

K

K

K

K

K

K

K

K

K

u

K

K

K

u

+

= 

+

+

   

=

  

+

 

 

 

ubstituting values for k

1

, k

2

, and  k

3

, we get 

 
S
 
 
 

3

5

4

3

4

5

1

1

1

5

2

2

2

5

3

3

31

9.66

2.88

4000

10

2.88

6.34

8000

0.0000438

0.012414

(7.5 10 )( 0.0000438)

214

1.5

(2.5 10 )( 0.012414)

3015

1.0

(6 10 )( 0.0000

u
u

u

in

u

in

P

K u

psi

A

A

P

K u

psi

A

A

K u

P

A

A

σ

σ

σ

 

=

  

 

= −

= −

×

=

=

=

= −

×

=

=

=

=

×

=

=

=

0

0

438cos 53.1

.012414sin 53.1 )

6119

1.0

psi

+

=

 

ME 273 Lecture Notes © by R. B. Agarwal

 

 

  3-19