flujo de cizallamiento

Cuando se aplica una fuerza transversal a una viga, se produce una variación en las tensiones normales de flexión a lo largo de su longitud. Esta variación genera una tensión cortante horizontal dentro de la viga que varía con la distancia al eje neutro. El concepto de cortante complementario implica que también existe una tensión cortante a través de la sección transversal de la viga, en la dirección de la fuerza transversal original. ^{[ 3 ]} Como se describió anteriormente, en estructuras de paredes delgadas, la variación a lo largo del espesor del elemento puede despreciarse, por lo que la tensión cortante a través de la sección transversal de una viga compuesta por elementos de paredes delgadas puede analizarse como flujo de cortante, o la tensión cortante multiplicada por el espesor del elemento. ^{[ 2 ]}

El concepto de flujo de cortante resulta particularmente útil al analizar estructuras semimonocasco, las cuales pueden idealizarse mediante el modelo de largueros y revestimiento. En este modelo, los elementos longitudinales, o largueros, soportan únicamente la tensión axial, mientras que el revestimiento o alma resiste la torsión y la fuerza cortante aplicadas externamente. ^{[ 3 ]} En este caso, dado que el revestimiento es una estructura de pared delgada, las tensiones cortantes internas en el revestimiento pueden representarse como flujo de cortante. En el diseño, el flujo de cortante a veces se conoce antes de determinar el espesor del revestimiento, en cuyo caso este puede dimensionarse simplemente de acuerdo con la tensión cortante admisible.

Para una estructura dada, el centro de corte es el punto en el espacio donde se puede aplicar una fuerza cortante sin causar deformación torsional (por ejemplo, torsión) de la sección transversal de la estructura. ^{[ 4 ]} El centro de corte es un punto imaginario, pero no varía con la magnitud de la fuerza cortante, solo con la sección transversal de la estructura. El centro de corte siempre se encuentra a lo largo del eje de simetría y se puede encontrar utilizando el siguiente método: ^{[ 3 ]}

1. Aplicar una fuerza cortante resultante arbitraria
2. Calcula los flujos de corte a partir de esta fuerza de corte.
3. Elija un punto de referencia o a una distancia arbitraria e del punto de aplicación de la carga.
4. Calcula el momento respecto a o utilizando tanto los flujos cortantes como la fuerza cortante resultante, e iguala las dos expresiones. Resuelve para e.
5. La distancia e y el eje de simetría proporcionan la coordenada del centro de corte, independientemente de la magnitud de la fuerza de corte.

Por definición, el flujo de corte a través de una sección transversal de espesor t se calcula utilizando${\displaystyle q=\tau t}$, dónde${\displaystyle \tau ={\frac {VQ}{It}}}$Por lo tanto, la ecuación para el flujo de corte a una profundidad particular en una sección transversal particular de una estructura de pared delgada que es simétrica a lo largo de su ancho es

${\displaystyle q={\frac {V_{y}Q_{x}}{I_{x}}}}$^{[ 2 ]}

dónde

q , el flujo de cizallamiento

V _y , la fuerza cortante perpendicular al eje neutro x en la sección transversal de interés

Q _x , el primer momento de área (también conocido como momento estático) con respecto al eje neutro x para la sección transversal de la estructura por encima de la profundidad en cuestión.

I _x , el segundo momento de área (también conocido como momento de inercia) con respecto al eje neutro x para la estructura (una función únicamente de la forma de la estructura)