Dynamic bending of a beam

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article discusses problems of dynamic bending for beams of semi-infinite length. To solve such problems, the article uses a method based on the implementation of the conservation laws, namely, the law of energy conservation, the law of change in momentum and the law of change in angular momentum. The results obtained are compared with the analytical solution for the problem of a semi-infinite beam motion loaded at the free end with a transverse force. The peculiarity of this solution is that the change in the stress-strain state of the rod is characterized by a wave front. It is considered that all changes in the state of the beam occur at an infinite speed. All designed solutions are characterized by the presence of a wave front in the beam. It is shown that, in contrast to the transfer of longitudinal disturbances along the length of the beam, which occur at a constant speed, bending disturbances propagate at a variable speed, and, with increasing time, this speed decreases and tends to zero at an infinitely distant point of the beam. It was discovered that the propagation velocity of the wave front during the transfer of concentrated force and concentrated moment differs from each other. In this case, the speed of transverse force transfer is almost twice as high as the speed of the wave front from the bending moment.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. V. Saurin

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics RAS, IPMech RAS

Author for correspondence.
Email: saurin@ipmnet.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Nayfeh A.H., Abdelrahman W.G. An Approximate Model for Wave Propagation in Rectangular Rods and Their Geometric Limits // Journal of Vibration and Control, 2000. V. 6 №1. P. 3–17. https://doi.org/10.1177/107754630000600101
  2. Clough R.W. and Penzien J. Dynamics of Structures// McGraw-Hill, 1993, New York, 634 P.
  3. Cortes F., Elejabarrieta M.J. Longitudinal vibration of a damped rod—part I: complex natural frequencies and mode shapes// International Journal of Mechanical Sciences. 2006. V. 48, P. 969–975. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2006.03.010.
  4. Abramson Н.N., Plass Н.J., and Rippergcr Е.А. Stress wavc propagation in rods and beams // in Advances in Applied Mechanics, 1958. V. 5, Acadcmic Press, New York, P. 111–194.
  5. Morse R.W. The velocity of compressional waves in rods rectangular cross sections // Journal of the Acoustical Society of America, 1950. V. 22, P. 219–223.
  6. Hsueh W.J. Free and forced vibrations of stepped rods and coupled system// Journal of Sound and Vibration, 1999. V. 226, № 5, P. 891–904. https://doi.org/10.1006/jsvi.1999.2249.
  7. Krawczuk M., Grabowska J., and Palacz M. Longitudinal wave propagation, part I: comparison of rod theories// Journal of Sound and Vibration, 2006. V. 295. P. 461–478. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2005.12.048.
  8. Yang K. A unified solution for longitudinal wave propagation in an elastic rod// Journal of Sound and Vibration, 2008. V. 314. P. 307–329. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.01.007.
  9. Gan C. B., Wei Y.M., and Yang S.X. Longitudinal wave propagation in a rod with variable cross-section// Journal of Sound and Vibration, 2014. V. 333. P. 434–445. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2013.09.010.
  10. Bayanov E.V., Gulidov A.I. Propagation of elastic waves in circular rods homogeneous over the cross section// Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2011. Vol. 52. No. 5. P. 808–814. https://doi.org/10.1134/S0021894411050166.
  11. Belyaev A.K., Ma Ch.-Ch., Morozov N.F., Tovstik P.E., Tovstik T.P., Shurpatov A.O. Dynamics of a rod under longitudinal impact by a body // Bulletin of St. Petersburg State University. Mathematics. Mechanics. Astronomy. 2017. Vol. 4 (62). Issue. 3. P. 506–515. https://doi.org/10.21638/11701/spbu01.2017.312. (in Russian)
  12. Thin rod under longitudinal dynamic compression // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Solid State Mechanics. 2017. No. 4. P. 19–34. (in Russian)
  13. Slepyan L.I. Non-stationary elastic waves. L.: Sudostroenie, 1972, 376 p. (in Russian)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Semi-infinite homogeneous rod.

Download (63KB)
3. Fig. 2. A rod being bent by a concentrated force.

Download (57KB)
4. Fig. 3. Displacement function u for moments of time t = 1, 5, 10.

Download (66KB)
5. Fig. 4. Displacements of the beam at time t = 10 for the following parameter values .

Download (41KB)
6. Fig. 5. Bending of the beam by a concentrated moment.

Download (58KB)
7. Fig. 6. Displacements of the beam at time t = 10 at the following parameter values .

Download (42KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».