Estrés plano frente a tensión plana (explicación): todas las diferencias

Si considera el espacio-tiempo, el mundo que lo rodea es tridimensional, o tal vez incluso tetradimensional. Aun así, las aproximaciones 2D se utilizan a menudo en el análisis de ingeniería para ahorrar en el modelado y cálculos

La noción de tensión y deformación en el plano es algo que se escucha todo el tiempo en Análisis de elementos finitos y mecánica sólida en general, pero ¿qué significa?

La principal diferencia entre la tensión plana y una deformación plana es que, como se modela matemáticamente, la tensión plana no puede existir en la realidad, mientras que la deformación plana sí puede existir.

Los problemas de tensión plana ignoran la variación de la tensión a lo largo del espesor. Esencialmente, la tensión plana es una aproximación matemática, mientras que una deformación plana es una condición real en los componentes.

Además, el método de tensión plana se utiliza para objetos muy delgados. En este caso, se supone que el esfuerzo en direcciones fuera del plano es cero. El estrés solo existe dentro del plano.

En contraste, el método de deformación plana se usa para objetos gruesos. Asume que toda la deformación en direcciones fuera del plano es igual a cero y solo existe dentro del plano.

Vamos a discutir estos conceptos en detalle.

El análisis de tensión plana es una parte integral de FEA.

¿Qué se entiende por estrés y tensión?

Las tensiones y las deformaciones son dos términos utilizados en física para describir las fuerzas que hacen que los objetos se deformen. La tensión de un material es la fuerza que actúa sobre su unidad de área. El esfuerzo ejercido por un cuerpo bajo estrés se conoce como tensión.

La deformación de un objeto ocurre cuando se aplica la fuerza deformante. Se generará una fuerza opuesta dentro del objeto para devolverlo a su forma y tamaño originales. La magnitud y la dirección de la fuerza de restauración serán iguales a las de la fuerza de deformación aplicada. El estrés es la medida de esta fuerza restauradora por unidad de área.

El termino hacer fuerza se refiere a la deformidad de un cuerpo causada por el estrés. Cuando un cuerpo equilibrado se somete a estrés, se produce tensión. Un objeto puede reducirse o alargarse debido a su tensión aplicada. Como cambio fraccionario, la deformación se puede definir como un aumento en el volumen, la longitud o la geometría. Como resultado, no tiene dimensión.

Puede analizar la tensión plana para varias estructuras bidimensionales.

¿Qué es un estrés plano?

La tensión plana se define como un estado de tensión donde no se aplica tensión normal, 0, y no se aplican tensiones de corte, Oyz y Orz, perpendiculares al plano xy.

Avión estrés ocurre cuando todos los componentes de tensión distintos de cero se encuentran en un solo plano (es decir, un estado de tensión biaxial). Las piezas de plástico con paredes delgadas suelen sufrir este estado de tensión, donde σ3 <<< σ1, σ2. Solo una pequeña fracción de las tensiones que actúan en paralelo a la superficie se desarrollan en la dirección del espesor.

¿Qué es una cepa plana?

La deformación plana es la deformación física de un cuerpo que ocurre cuando el material se desplaza en una dirección paralela a un plano. Los metales son propensos a la corrosión por tensión cuando se produce una deformación plana.

El término “plano-hacer fuerza” se refiere al hecho de que la deformación solo puede ocurrir en el plano, lo que significa que no ocurrirá ninguna deformación fuera del plano. En este caso, la condición de contorno impide el movimiento en la dirección fuera del plano. La tensión fuera del plano no está presente porque el movimiento está restringido. En cambio, debido a la fijeza del movimiento, se generará estrés.

Diferencias entre tensión plana y deformación

La tensión plana y la deformación están interrelacionadas ya que la tensión es igual a la deformación producida. Aún así, tienen bastantes diferencias.

Cuando se aplica una tensión plana, puede producirse una deformación en el espesor del elemento. Por lo tanto, el elemento se volverá más delgado cuando se estire y se volverá más grueso cuando se comprima.

Por otro lado, durante la deformación plana, fuera de plano las deformaciones (espesor) no pueden ocurrir porque las deformaciones son completamente fijas. De esta manera, la tensión se acumula en la dirección fuera del plano mientras que la placa adquiere tensión en el plano.

Aparte de esto, ambos análisis tienen un uso bastante diferente.

La tensión plana generalmente es apropiada para analizar elementos con una profundidad relativamente limitada fuera de los planos, como cajas o cilindros pesados. Por lo general, solo es posible realizar este análisis utilizando software FE estructural o genérico, no geotécnico programa de analisis

Por el contrario, la deformación plana se puede utilizar para analizar secciones transversales de elementos con una profundidad casi infinita fuera de un plano o estructuras lineales, generalmente aquellas con secciones transversales constantes, con longitudes que pueden considerarse casi infinitas en comparación con el tamaño de su sección transversal. y que tienen cambios de longitud insignificantes bajo carga.

Aquí hay una tabla de comparaciones entre el estrés plano y la tensión para usted:

Tensión plana Deformación plana La tensión plana es una aproximación matemática. La deformación plana existe físicamente en los componentes. Durante la tensión plana, se produce una deformación fuera del plano. Durante la deformación plana, la deformación fuera del plano no es posible debido al movimiento restringido. se usa para objetos con profundidad limitada (objetos delgados). Se usa para objetos con profundidad infinita (objetos gruesos). Esfuerzo en el plano, se supone que un componente del esfuerzo es cero (componente z). Deformación en el plano, un componente Se supone que la deformación es cero (componente z). Tensión plana VS deformación.

Aquí hay un pequeño video clip que explica los conceptos de tensión plana y deformación plana.

Esfuerzo plano y deformación plana.

¿Dónde ocurre el estrés plano?

Las condiciones de tensión plana ocurren principalmente en dos dimensiones. Si consideras una placa como un elemento sobre el que se aplica tensión, lo más probable es que actúe sobre su superficie.

¿La tensión plana es bidimensional o tridimensional?

El esfuerzo plano es siempre un bidimensional condición como ya asume el valor de la tensión en cualquier dirección como cero.

¿Qué es el estrés plano máximo?

Hay dos valores de tensión plana que son:

Máximo en el plano la tensión es igual a 6,3 ksi
La tensión máxima fuera del plano es de aproximadamente 10,2 ksi

De acuerdo con estos valores, la tensión plana fuera del plano es mayor que la tensión en el plano.

Puede usar FEA para analizar el estrés y la deformación de diferentes objetos.

¿Para qué se utilizan las transformaciones de tensión?

Una transformación de tensión se usa comúnmente para determinar la tensión en un elemento orientado de manera diferente.

Cuando un objeto se coloca en algún lugar, experimenta estrés de varios factores externos debido a la acción de múltiples fuerzas. El valor de esta tensión varía en todo el objeto y en las diferentes áreas de concentración de tensión. Sin embargo, esta tensión depende del marco de referencia de ese objeto.

Usando técnicas de análisis de transformación de estrés, puede medir fácilmente el estrés ejercido en el cuerpo dado.

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El estrés y la deformación son fenómenos que usted estudia y escucha si está relacionado con el campo de la mecánica de sólidos. Todo objeto, ya sea bidimensional o tridimensional, experimenta estas dos fuerzas. Ambos están interrelacionados.
El concepto de tensión plana es simplemente una aproximación basada en matemáticas, mientras que la deformación plana existe físicamente en términos de sus componentes.
Puede usar el análisis de tensión plana para un objeto delgado con profundidad limitada, a diferencia de la tensión plana, que analiza objetos de profundidad infinita.
Tensión en el plano, la tensión a lo largo de un componente siempre es cero. Por otro lado, la deformación plana supone que la deformación en una dirección es cero.
La tensión plana provoca deformaciones fuera del plano, mientras que la deformación plana no permite ninguna deformación fuera del plano.