La tensión axial describe la cantidad de fuerza por unidad de área de sección transversal que actúa en la dirección longitudinal de una viga o eje. La tensión axial puede hacer que un miembro se comprima, se doble, se alargue o falle. Algunas partes que pueden experimentar fuerza axial son la construcción de viguetas, pernos y varios tipos de ejes. La fórmula más simple para el esfuerzo axial es la fuerza dividida por el área de la sección transversal. Sin embargo, la fuerza que actúa sobre esa sección transversal puede no ser inmediatamente obvia.
Determine la magnitud de la fuerza que actúa directamente normal (perpendicular) a la sección transversal. Por ejemplo, si una fuerza lineal se encuentra con la sección transversal en un ángulo de 60 grados, solo una parte de esa fuerza causa directamente tensión axial. Use la función trigonométrica seno para medir qué tan perpendicular es la fuerza a la cara; la fuerza axial es igual a la magnitud de la fuerza multiplicada por el seno del ángulo incidente. Si la fuerza entra a 90 grados de la cara, el 100 por ciento de la fuerza es la fuerza axial.
Elija un punto específico para analizar el esfuerzo axial. Calcule el área de la sección transversal en ese punto.
Calcule el esfuerzo axial debido a la fuerza lineal. Esto es igual al componente de fuerza lineal perpendicular a la cara dividido por el área de la sección transversal.
Calcule el momento total que actúa sobre la sección transversal de interés. Para un haz estático, este momento será igual y opuesto a la suma de los momentos que actúan a cada lado de la sección transversal. Hay dos tipos de momentos: momentos directos, aplicados por un soporte en voladizo, y momentos creados sobre la sección transversal por fuerzas verticales. El momento debido a una fuerza vertical es igual a su magnitud multiplicada por su distancia desde el punto de interés. Use la función coseno para calcular el componente vertical de cualquier fuerza lineal aplicada a los extremos del eje.
Calcule el esfuerzo axial debido a los momentos. Cuando un momento actúa sobre un eje, crea tensión en la mitad superior o inferior del mismo y compresión en el otro. El esfuerzo es cero a lo largo de la línea que atraviesa el centro del eje (llamado eje neutro) y aumenta linealmente hacia su borde superior e inferior. La fórmula para la tensión debido a la flexión es (M * y) / I, donde M = momento, y = la altura por encima o por debajo del eje neutro, e I = el momento de inercia en el centroide de los ejes. Puedes pensar en el momento de inercia como la habilidad de un rayo para resistir la flexión. Este número es más fácil de obtener de tablas de cálculos previos para formas de sección transversal comunes.
Agregue los esfuerzos causados por fuerzas lineales y momentos para obtener el esfuerzo axial total para el punto analizado.