Calculadora de rigidez axial efectiva
Rigidez axial efectiva (EA_eff):
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La Calculadora de rigidez axial efectiva ayuda a determinar qué tan resistente es un estructural El elemento se deforma bajo una carga axial (longitudinal). Considera la rigidez del material, el tamaño y la forma de la sección transversal, y las condiciones reales que podrían reducir el rendimiento ideal.
Esta herramienta se incluye en la Calculadoras de ingeniería estructural y mecánica .
La rigidez axial es una clave Considere el diseño y la seguridad de columnas, puntales y elementos de compresión en edificios, puentes, maquinaria y más. Con esta calculadora, ingenieros y diseñadores pueden garantizar que las estructuras resistan el pandeo y funcionen de forma fiable bajo las cargas previstas, considerando tanto las propiedades del material como factores de ajuste como imperfecciones o tipos de conexión.
Fórmula de la calculadora de rigidez axial efectiva
Fórmula:
EA_eff = E * A * K_r
Explicación detallada de variables y cálculos
EA_eff (Rigidez axial efectiva):
Este valor muestra la rigidez axial general De un elemento estructural en condiciones reales. Suele expresarse en unidades como N, kN o lb (fuerza), o como fuerza por unidad de deformación (N/m, kN/mm). Un valor más alto indica mayor resistencia a la compresión o al estiramiento.
E (Módulo de elasticidad):
Esta es una propiedad del material que indica su rigidez. Los valores comunes incluyen:
- Acero ≈ 200 GPa
- Aluminio ≈ 70 GPa
- Hormigón ≈ 25–40 GPa
Generalmente se mide en pascales (Pa), megapascales (MPa) o libras por pulgada cuadrada (psi).
A (Área de sección transversal):
Esta es el área de la sección transversal perpendicular a la dirección de la fuerza. Ejemplos:
- Rectángulo: A = ancho × alto
- Círculo: A = π × (diámetro / 2)²
El área se mide en mm², cm², in², etc.
K_r (Factor de reducción de rigidez):
Este factor ajusta la rigidez ideal para las condiciones reales. Es adimensional y normalmente oscila entre 0 y 1.
- K_r = 1 significa que no hay reducción (caso ideal).
- K_r < 1 tiene en cuenta aspectos como las condiciones finales, el pandeo y la flexibilidad de la unión.
Los valores de K_r pueden tomarse de códigos de ingeniería como AISC o Eurocódigo, o basarse en el criterio de ingeniería.
Tabla de referencia para materiales comunes y formas de sección transversal
| Material | E (Módulo de elasticidad) | Shape | Ejemplo A (Sección transversal) | K_r (típico) | EA_eff (Ilustrativo) |
|---|---|---|---|---|---|
| Acero | 200 GPa | Rectángulo | mm² 2000 | 1.0 | 400 × 10⁶ N |
| Aluminio | 70 GPa | Circular | mm² 1256 | 0.9 | 79 × 10⁶ N |
| Concreto | 30 GPa | Cuadrada | mm² 1600 | 0.8 | 38.4 × 10⁶ N |
| Madera | 10 GPa | Rectángulo | mm² 1800 | 0.7 | 12.6 × 10⁶ N |
Nota: EA_eff = E × A × K_r. Estos son valores aproximados para fácil referencia.
Ejemplo de calculadora de rigidez axial efectiva
Digamos que desea calcular la rigidez axial efectiva de una varilla de acero:
Dado:
- E = 200 GPa = 200,000 MPa
- A = 2500 mm²
- K_r = 0.95
Paso 1: usa la fórmula
EA_eff = E * A * K_r
EA_eff = 200,000 MPa × 2500 mm² × 0.95 = 475,000,000 N = 475 MN (MegaNewtons)
Conclusión:
La rigidez axial efectiva de esta varilla de acero es 475 MN en las condiciones dadas.
Preguntas frecuentes más comunes
A: K_r se ajusta a condiciones prácticas como el movimiento de las juntas, soportes imperfectos o esbeltez de los miembros. Esto hace que el resultado sea más realista que simplemente E × A.
A: Asegúrese de que E y A estén en unidades compatibles. Por ejemplo, si E está en MPa, A debe estar en mm² para obtener EA_eff en N. Convierta siempre a unidades consistentes.
R: Sí, la rigidez axial efectiva se aplica tanto a la tensión como a la compresión siempre que la carga actúe a lo largo del eje del elemento.