¿Qué es el análisis de haz?
Las vigas se utilizan a nuestro alrededor en muchas aplicaciones de ingeniería mecánica y estructural. Se usan comúnmente para crear una base o soporte interno para una estructura más grande, como un edificio o un puente. El análisis de vigas es una técnica utilizada para diseñar vigas de manera adecuada para resistir fuerzas y tensiones mientras se minimiza el peso de la viga, los requisitos de espacio y el costo del material. Las vigas diseñadas incorrectamente pueden fallar prematuramente y tener efectos catastróficos.
El análisis de vigas requiere una combinación de ingeniería mecánica, principios de diseño y propiedades del material. El proceso generalmente involucra factores que incluyen los tipos de fuerzas que se aplicarán, el espacio entre los soportes, la forma de la viga, el material y el diseño de las juntas para permitir que una viga se conecte mecánicamente a otros miembros estructurales. Los diferentes tipos de diseños de vigas se basan en las configuraciones de carga y montaje. Por ejemplo, las vigas en voladizo se soportan solo en un extremo y requieren un diseño diferente que las vigas simples, que se sostienen en ambos extremos.
Las vigas se pueden construir con un solo material, como el acero al carbono. También se pueden construir como una estructura compuesta o laminada que consiste en un número variable de diferentes capas de materiales. La construcción de una viga influirá en su flexión y desviación mientras esté bajo carga. La desviación de una viga depende de su longitud, cómo se apoya, su forma de sección transversal, el material y dónde se aplica la fuerza de desviación. El análisis del haz determinará la cantidad de flexión y desviación.
Hasta hace poco, los métodos manuales que usaban diagramas de fuerza y una serie de ecuaciones matemáticas complejas eran necesarios para el análisis del haz. Hoy, este procedimiento generalmente se completa con un software de ingeniería diseñado para aceptar datos de entrada y determinar un diseño de haz para cumplir con los criterios de rendimiento. Estos programas completan un análisis matemático de los esfuerzos y la deflexión de la viga, y también crean diagramas que muestran las distribuciones de tensión dentro de la viga bajo diversas condiciones de carga. El software de análisis de haz utiliza un método computacional conocido como análisis de elementos finitos (FEA).
Una consideración importante en el análisis del haz es el margen de seguridad o el factor de seguridad . La mayoría de las vigas tienen un factor de seguridad que sirve para sobredimensionar la viga en caso de carga u otros factores que no pueden predecirse en el diseño de la viga. Un factor de seguridad excesivo impulsará un diseño de viga que sea más grande de lo necesario, causando posibles problemas de peso y mayores costos de fabricación. El software de análisis de vigas puede analizar diferentes formas y materiales de vigas, para permitir al usuario evaluar las opciones y seleccionar un diseño de viga final que optimice la relación entre costo y funcionalidad.