4.1: Generalidades

Figura 4.1: Estrés normal. Adaptado de\(F_{\text{RANCHINI}}\) et al. [2].

Es tarea del diseñador considerar todas las cargas posibles. La combinación de materiales y diseño de la estructura debe ser tal que pueda soportar cargas sin fallas. Para estimar tales cargas se pueden tomar medidas durante el vuelo, tomar medidas de un modelo a escala en un túnel de viento, hacer cálculos aerodinámicos y/o realizar vuelos de prueba con un prototipo. Las estructuras de las aeronaves deben ser capaces de soportar todas las condiciones de vuelo y ser capaces de operar bajo todas las condiciones de carga útil.

Una fuerza aplicada longitudinalmente a una pieza de estructura causará tensión normal, ya sea tensión (también referida como tracción) o tensión de compresión. Ver Figura 4.1. Con las cargas de tracción, lo único que importa es el área que está bajo tensión. Con cargas de compresión, también la forma es importante, ya que se puede producir pandeo. El estrés se define como carga por área, siendo\(\sigma = F/A\).

Figura 4.2: Flexión. Adaptado de\(F_{\text{RANCHINI}}\) et al. [2].

Figura 4.3: Torsión. Adaptado de\(F_{\text{RANCHINI}}\) et al. [2].

Figura 4.4: Esfuerzo cortante por flexión. Adaptado de\(F_{\text{RANCHINI}}\) et al. [2].

Figura 4.5: Esfuerzo cortante por torsión. Adaptado de\(F_{\text{RANCHINI}}\) et al. [2].

Figura 4.6: Tensiones en una placa. Adaptado de\(F_{\text{RANCHINI}}\) et al. [2].

Si se aplica una fuerza en ángulo recto (digamos perpendicular a la longitud de una viga), aplicará esfuerzo cortante y un momento de flexión. Ver Figura 4.2. Si una fuerza se desvía de la línea de una viga, también provocará torsión. Ver Figura 4.3. Tanto la flexión como la torsión provocan esfuerzos cortantes. El cizallamiento es una forma de carga que intenta desgarrar el material, haciendo que los átomos o moléculas se deslicen unos sobre otros. Ver Figura 4.4 y Figura 4.5. En general, una estructura prototípica sufre tanto tensiones normales (\(\sigma\)) como de cizallamiento (\(\tau\)). Véase la Figura 4.6 en la que se muestra un ejemplo ilustrativo de las tensiones sobre una placa.

Figura 4.7: Deformación normal. Adaptado de\(F_{\text{RANCHINI}}\) et al. [2].

Figura 4.8: Deformación tangencial. Adaptado de\(F_{\text{RANCHINI}}\) et al. [2].

Las estructuras sometidas a esfuerzos normales o cortantes también pueden deformarse. Ver Figura 4.7 y Figura 4.8.

Figura 4.9: Comportamiento de un material isotrópico. Adaptado de\(F_{\text{RANCHINI}}\) et al. [2].

La deformación,\(\epsilon = \tfrac{\Delta l}{l_I} = \tfrac{l - l_I}{l_I}\) es la deflexión proporcional dentro de un material como resultado de una tensión aplicada. Es imposible ser sometido a estrés sin experimentar tensión. Para la deformación elástica, que está presente por debajo del límite elástico, se aplica la ley de Hooke:\(\sigma = E \epsilon\), donde\(E\) es arbitrado como el módulo de Young, y es una propiedad del material. Las tensiones dentro de una estructura deben mantenerse por debajo de un nivel permitido definido, dependiendo de los requerimientos de la estructura (en general, las tensiones no deben exceder el límite elástico,\(\sigma_y\)). Ver Figura 4.9.