FEEG2005 Structures Laboratory

Quiz Questions

Quiz 1 – Section Properties & Loading

Question 1,2: Given the coordinate system shown in the figure what is the ‘y’ and ‘z’ location of the centre of gravity for the equal angle L-section tested in the laboratory? Use the midplane method and give your answer in mm.

Question 3,4,5: What is the second moments of area (Izz, Iyy, Iyz) for the equal angle L-section tested in the laboratory? Use the midplane method and give your answer in mm 4.

Question 6: The cantilever beam tested in the laboratory is 306mm long from the fixed support to the tip of the beam. The bracket used to mount the masses locates the masses at 312mm from the fixed support. The hook used to hang the masses is 42g and two masses of 503g are hung from the hook. What is the expression for the bending moment Mz(x) in Nmm? Assume the acceleration due to gravity is 9.81 m.s-2.

Question 7: What is the maximum moment Mz  applied to the beam? Give your answer in Nmm.

Question 8: Strain gauge 1 (SG1) is located 24mm from the fixed support of the cantilever beam. What is the moment Mz at this location? Give your answer in Nmm.

Question 9: Strain gauge 2 (SG2) is located 64mm from the fixed support of the cantilever beam. What is the moment Mz at this location? Give your answer in Nmm.

Question 10: Is load at the tip of the cantilever beam applied through the shear centre?

Quiz 2 – Analytical Calculations for Stress and Deflection

Question 1: For the cantilever equal angle L-section tested in the laboratory what is the angle of the neutral axis in degrees?

Question 2: Taking the maximum moment applied to the equal angle L-section (both 503g masses and the mass hanger) what is the expression for the axial bending stress in MPa and for (y,z) in mm?

Question 3: What are the (y,z) location(s) where the maximum stress occurs on the equal angle L-section tested in the laboratory in mm?

Question 4: For the cantilever equal angle L-section tested in the laboratory what is the maximum stress in MPa based on analytical calculations? Assume that the mass hanger (42g) and both 503g masses are applied to the end of the beam.

Question 5,6: For the equal angle L-section tested in the laboratory what is the axial bending stress at the location of strain gauge 1 (SG1) and strain gauge 2 (SG2) based on analytical calculations? Recall that SG1 is located 24mm from the fixed end of the beam and SG2 is 64mm. Give your answer in MPa.

Question 7,8: What is the expression for the deflection of the beam y direction, v(x) and for the deflection of the beam in the z direction, w(x) in mm?

Question 9,10: What is the maximum deflection of the tip of the beam in the y direction and z direction in mm based on analytical calculations? Recall that the length from the fixed support to the tip of the beam is 306mm.

Quiz 3 - Experimental Data Processing, FE and Analysis

Question 1,2: Based on the experimental data provided what is the average axial bending stress (in MPa) at the location of strain gauge 1,2 when two weights are suspended from the beam?

Question 3,4: Based on the experimental data provided what is the average vertical (y axis) and horizontal (z axis) deflection of the beam tip (in mm) when two weights are suspended from the beam?

Question 5: Based on the experimental image data provided does the beam twist as well as deflect? Do you expect the beam to twist? Why/why not?

Question 6,7: Using the finite element model you constructed in ANSYS workbench what is the predicted axial bending stress (in MPa) at the location of strain gauge 1 and strain gauge 2 when two weights are suspended from the beam?

Question 8,9: Using the finite element model you constructed in ANSYS workbench the what is the average vertical (y axis) deflection of the beam tip (in mm) when two weights are suspended from the beam?

Question 10: Using the finite element model you constructed in ANSYS workbench upload a *.pdf document showing three graphs of the number of elements against the key variables of your analysis:  1) the maximum stress, 2) the stress at strain gauge 1 and 3) the maximum y deflection. Make sure you label each graph appropriately.

Question 11: Compare your results across the three different structural analysis techniques you used in the laboratory task (1. analytical calculations, 2. finite element analysis and 3. experimental measurements). To support your analysis, you should calculate the percentage difference between each case and consider the following outputs of your analysis: 1) the maximum axial bending stress, 2) the bending stress at strain gauges 1+2 and 3) the deflection in the y/z direction of the beam tip. Explain any significant differences between your results and why this might have occurred.

Question 12: How could you improve your analytical calculations for the beam deflection to more accurately represent the experimental structure?  Provide an explanation and example calculation to support your reasoning predicting what the beam deflection would be with your suggested improvement. (Hint: make some reasonable assumptions and propagate this through your analysis comparing to the experimental deflection measurements).