Qu'est-ce qu'une analyse de faisceau?
Les poutres sont utilisées tout autour de nous dans de nombreuses applications d'ingénierie mécanique et structurelle. Ils sont couramment utilisés pour créer une fondation ou un support interne pour une structure plus grande, telle qu'un bâtiment ou un pont. L'analyse des faisceaux est une technique utilisée pour concevoir des faisceaux de manière à résister aux forces et aux contraintes tout en minimisant leur poids, leurs besoins en espace et le coût des matériaux. Les faisceaux mal conçus peuvent échouer prématurément et avoir des effets catastrophiques.
L'analyse du faisceau nécessite une combinaison d'ingénierie mécanique, de principes de conception et de propriétés des matériaux. Le processus implique généralement des facteurs tels que les types de forces qui seront appliqués, la portée entre les supports, la forme de la poutre, le matériau et la conception des joints pour permettre à une poutre d'être reliée mécaniquement à d'autres éléments structurels. Différents types de conceptions de faisceaux sont basés sur les configurations de chargement et de montage. Par exemple, les poutres en porte à faux ne sont supportées qu'à une extrémité et nécessitent une conception différente de celle des poutres simples, qui sont supportées aux deux extrémités.
Les poutres peuvent être construites avec un seul matériau, tel que l'acier au carbone. Ils peuvent également être construits en tant que structure composite ou stratifiée consistant en un nombre variable de couches de matériaux différentes. La construction d'une poutre influera sur sa flexion et sa déflexion sous charge. La déflexion d'une poutre dépend de sa longueur, de la manière dont elle est soutenue, de sa forme en coupe transversale, du matériau et de l'endroit où la force de déflexion est appliquée. L'analyse du faisceau déterminera le degré de flexion et de déviation.
Jusqu'à récemment, des méthodes manuelles utilisant des diagrammes de force et une série d'équations mathématiques complexes étaient nécessaires pour l'analyse de faisceaux. Aujourd'hui, cette procédure est généralement effectuée à l'aide d'un logiciel d'ingénierie conçu pour accepter les données d'entrée et déterminer une conception de faisceau répondant aux critères de performance. Ces programmes effectuent une analyse mathématique des contraintes et de la déflexion du faisceau et créent également des diagrammes illustrant la répartition des contraintes dans le faisceau dans diverses conditions de chargement. Le logiciel d'analyse de faisceau utilise une méthode de calcul appelée analyse par éléments finis (FEA).
Une considération importante dans l'analyse du faisceau est la marge de sécurité ou le facteur de sécurité . La plupart des faisceaux ont un facteur de sécurité qui permet de surdimensionner le faisceau en cas de chargement ou d’autres facteurs imprévisibles lors de la conception du faisceau. Un facteur de sécurité excessif entraînera une conception de faisceau plus grande que nécessaire, ce qui entraînera des problèmes de poids et des coûts de fabrication plus élevés. Le logiciel d'analyse de faisceau peut analyser différentes formes et matériaux de faisceau, afin de permettre à l'utilisateur d'évaluer les options et de sélectionner une conception de faisceau finale optimisant le rapport coût / fonctionnalité.