¿Qué es el Software de Análisis de Tensiones?
El software de análisis de tensiones es una herramienta que permite simular y evaluar las tensiones presentes en un objeto o estructura.
La tensión es la fuerza por unidad de superficie que actúa dentro de un objeto, y puede causar deformación o incluso ruptura si supera los límites de resistencia del material.
Por tanto, el software de análisis de tensiones se utiliza para analizar las tensiones en un objeto mediante un ordenador y verificar si el objeto puede soportar las tensiones.
Usos del Software de Análisis de Tensiones
El software de análisis de tensiones ha revolucionado la forma en que se diseñan y evalúan las estructuras. Antes de su existencia, el proceso de diseño requería la construcción física del objeto o estructura y la realización de experimentos para analizar las tensiones. Esto implicaba un alto costo y un largo tiempo de desarrollo.
Con la llegada del software de análisis de tensiones, ahora es posible realizar simulaciones y pruebas virtuales, lo que permite ahorrar tiempo y dinero en el proceso de diseño. Los ingenieros pueden evaluar la resistencia de las estructuras y realizar modificaciones en el diseño de manera más rápida y precisa, lo que reduce la necesidad de realizar experimentos físicos en cada iteración del diseño.
Principios del Software de Análisis de Tensiones
El principio básico del software de análisis de tensiones consiste en el método de los elementos finitos (MEF). El método de los elementos finitos es “un método matemático para resolver ecuaciones diferenciales de forma aproximada”.
Cuando se analiza un objeto en un ordenador, es necesario representar (modelizar) las propiedades del objeto mediante expresiones matemáticas, ya que los ordenadores sólo pueden procesar expresiones matemáticas. El método para modelizar la estructura y las propiedades de un objeto de forma aproximada se denomina método de los elementos finitos. En el método de los elementos finitos, un objeto con una estructura y propiedades complejas se divide en un número finito de elementos.
Por ejemplo, en la Torre de Tokio, una estructura compleja puede aproximarse fácilmente dividiendo la estructura en barras rojas individuales. Un elemento finito puede representarse mediante una fórmula matemática relativamente sencilla. Cada microrregión de la división está representada por una fórmula matemática, que luego puede unirse para aproximar las propiedades de todo el objeto. En otras palabras, una estructura compleja se divide en un número finito de elementos pequeños, se determinan las tensiones y desplazamientos de cada elemento y luego se une el conjunto.
El método de los elementos finitos (MEF) es un método para analizar los desplazamientos y tensiones de un objeto modelizando la estructura y propiedades de cada elemento finito y sumándolos, considerando un único objeto complejo como un todo.
Más Información sobre Software de Análisis de Tensiones
Las fuerzas pueden dividirse en fuerzas externas e internas. Las fuerzas internas por unidad de superficie también se denominan tensiones.
1. Fuerzas y Tensiones Externas e Internas
Fuerzas Externas
Las fuerzas externas son fuerzas que actúan fuera de un objeto. Por ejemplo, una fuerza externa es una fuerza que tira de un miembro, como una barra, desde el exterior por una superficie en contacto con él. Las fuerzas externas son fuerzas aplicadas desde el exterior del objeto, por lo que se generan al tirar con la mano o comprimir con una máquina.
Fuerzas Internas
Las fuerzas internas son fuerzas que actúan en el interior de un objeto. Si se corta hipotéticamente un miembro al que se aplica una fuerza externa, se genera una fuerza interna para equilibrar la fuerza externa. Mientras que las fuerzas externas son un concepto visible a través de acciones como tirar con la mano, las fuerzas internas son un concepto importante a la hora de evaluar la deformación y fractura de objetos.
Tensión
La tensión es la fuerza por unidad de superficie aplicada al interior de un objeto. Por tanto, la unidad no es la unidad de fuerza [N] sino [Pa], igual que la presión. Un objeto sometido a una fuerza externa genera una fuerza interna que equilibra la fuerza externa, de modo que cuanto mayor es la fuerza externa, mayor es la fuerza interna.
Cuando se considera la deformación o rotura de un objeto, se presta atención a la fuerza interna, pero como las dimensiones del miembro no pueden tenerse en cuenta sólo con la fuerza interna, se requiere el esfuerzo, que es la fuerza por unidad de superficie dividida por la fuerza interna en superficie. La tensión permite verificar la carga que soporta un objeto independientemente de su tamaño.
2. Tipos de Tensión
Los esfuerzos pueden dividirse en dos tipos principales: esfuerzos de tracción y esfuerzos de cizalladura.
La tensión de tracción es la tensión provocada por la tracción de un objeto y se distribuye uniformemente sobre el plano de corte virtual del objeto. La tensión de cizalladura es la tensión que actúa cuando se cizalla un objeto. Por ejemplo, al cortar cartón con tijeras, se genera un esfuerzo cortante en las tijeras y en el cartón porque el cizallamiento corta el cartón.
Los esfuerzos de tracción y cizallamiento pueden combinarse para resolver problemas complejos. Por ejemplo, si se sujetan los dos extremos de una zanahoria con las manos y se realiza un movimiento de flexión, se aplican esfuerzos de tracción y cizalladura en el centro, lo que provoca que la zanahoria se rompa cerca del centro.
Si ocurre lo mismo en una estructura como un puente, puede provocar un accidente grave, por lo que hay que utilizar un software de análisis de tensiones para verificar qué tensiones se aplican al objeto y evitar así una situación de este tipo.