Líneas de fuerza

Las líneas de fuerza son un método utilizado en mecánica de sólidos para visualizar las fuerzas internas en un cuerpo deformado. Una línea de fuerza es una curva que representa gráficamente la fuerza interna que actúa dentro de un cuerpo a través de superficies internas imaginarias. Las líneas de fuerza muestran las fuerzas internas máximas y sus direcciones.

El procedimiento para determinar las líneas de fuerza consta de dos etapas:1) Definición de la superficie interna. La superficie es perpendicular a la tensión principal máxima en cada punto del sólido.2) Integración de las tensiones internas en la superficie. La tensión es una medida de la fuerza promedio ejercida por unidad de área. La distribución de tensiones puede obtenerse mediante análisis teóricos o numéricos (método de elementos finitos).El investigador que construye las líneas de fuerza puede elegir la magnitud de la fuerza interna y el límite inicial donde comienza el procedimiento de dibujo.

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  Gráfico 1. Líneas de fuerza en un plato con un agujero.
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  Gráfico 2. Líneas de fuerza en un plato con una grieta central.
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  Gráfico 3. Líneas de fuerza en una viga bajo una flexión pura.

La Figura 1 muestra un ejemplo de líneas de fuerza en un cuerpo con un agujero bajo tensión. Las líneas de fuerza son más densas cerca del agujero. La visualización ayuda a explicar la concentración de tensiones.La Figura 2 muestra las líneas de fuerza en un cuerpo con una grieta. Las grietas son el concentrador de tensiones más peligroso: la intensidad de las líneas de fuerza es alta en la punta de la grieta (véase Mecánica de fracturas).La Figura 3 muestra el caso de flexión pura de una viga de sección transversal rectangular. No existen fuerzas internas en el eje neutro de la viga. Las líneas de fuerza de tracción y compresión son simétricas y más densas en el borde de la viga.Las imágenes de líneas de fuerza se utilizan para...1) Análisis de la concentración de tensiones (Figuras 1 y 2): el número de líneas de fuerza aumenta en las zonas con concentración de tensiones.2) Optimización de estructuras: refuerzo de la estructura en las zonas con concentración de líneas de fuerza y eliminación de los componentes donde no existen líneas de fuerza.

• Fracturas
• Estrés de ingeniería
• Concentración de estrés
• Factor de intensidad de estrés
• Fuerza de materiales
• Mecánica de fractura estructural