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Revision of St. Venant problem

The St. Venant's problem regards the definition of the stress and displacement field in an elastic beam with a rectilinear axis and subjected to actions applied only to the extreme sections

Hypothesis

  • Small strains & displacements
  • Linear elastic homogeneous material
  • Long beam with a constant cross section
  • Free body in the space (no kinematic constraints)
  • No body forces acting on the body, F=0
  • No surface forces on Γ: f=0
  • Loads act only on the extreme sections

Reference system

It is located in the centroid of one of the extreme section and it is characterized by having:

  • Sx = ∫A y dA = 0
  • Sy = ∫A x dA = 0
  • Ix = ∫A y2 dA
  • Iy = ∫A x2 dA

It is a Principal Reference System

Revision of St. Venant problem

The St. Venant's problem regards the definition of the stress and displacement field in an elastic beam with a rectilinear axis and subjected to actions applied only to the extreme sections.

Hypothesis

  • Small strains and displacements
  • Linear elastic homogeneous material
  • Long beam with a constant cross section
  • Free body in the space (no kinematic constraints)
  • No body forces acting on the body, F = 0
  • No surface forces on Γ : f = 0
  • Loads act only on the extreme sections

Reference system

It is located in the centroid of one of the extreme section and it is characterized by having:

  • Sx = ∫n y dA = 0
  • Sy = ∫n x dA = 0
  • Ix = ∫n y2 dA
  • Iy = ∫n x2 dA

It is a Principal Reference System

Surface force and action resultants

  • Since we have F.o on V and f.o on M the only acting force is the Surface force P acting on the External bases and it must be Self-equilibrated (since there are no constraints)
  • Note: the distribution of P is not specified BTW the St. Venant prb ensures that at a certain distance from the sections the solution depends only on the action resultants (this is why the rod must be sufficiently long)
  • The internal actions which defines the Stress resultants are defined as:
  • N: ∫A σz dA
  • Tx: ∫A τxz dA ; Ty = ∫A τyz dA
  • Hx: ∫A σz y dA ; HyA σz x dA
  • Mt = Tx x g + Ty x = ∫Ayz x - τxz y) dA

Surface force P and internal actions

  • Since we have F.o su V and f.o su \[M\] the only acting force is the Surface force \[P\] acting on the External bases and it must be Self-equilibrated (since there are no constraints)
  • Note: the distribution of \[P\] is not specified BTW the St. Venant prb assures that at a certain distance from the sections the solution depends only on the Actions resultants (this is why the rod must be sufficiently long)
  • The Internal actions which defines the stress resultants are defined as:

\[N = \int_{A} \sigma z \, dA\]

\[T_x = \int_{A} T_{xz} \, dA\] \[T_y = \int_{A} T_{yz} \, dA\]

\[M_x = \int_{A} \sigma z \cdot y \, dA\] \[H_y = \int_{A} \sigma z \cdot x \, dA\]

\[M_t = \int_{A} T_{xz} \cdot y + T_{yz} x - \int_{A} (\sigma z \cdot x - T_{xz} y) \, dA\]

Static equilibrium equations

x since there are No constraints, the internal actions must satisfy the static equilibrium equations: ΣFi = 0;   ΣMi = 0

  • Tx - Tx0 = 0   →   Tx = Tx0
  • Ty - Ty0 = 0   →   Ty = Ty0
  • N - N0 = 0   →   N = N0
  • My + Tx - Hy0 = 0   →   My = Hy0 - Tx · z
  • Mx - Ty - Hx0 = 0   →   Mx = Vx0 + Ty · z
  • He - Ht0 = 0   →   He = Ht0

Governing equations

The governing equations of the Saint Venant prob are:

a) Equilibrium:

  • σx,x + τxy,y - τxz,z + Fk = 0
  • τyx,x - σy,y + τyz,z + Fy = 0   on V
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I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Elebi1 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Theory of Structures e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano o del prof Ardito Raffaele.
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