Cálculo de la deflexión de una viga usando ecuaciones diferenciales

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CÁLCULO DE LA DEFLEXIÓN DE UNA VIGA APLICANDO ECUACIONES DIFERENCIALES
1. Cálculo de las reacciones (N)
≔
a 0
≔
b 4 ≔
Ra Rb
[
[ ]
] ――――
→
=
+
Ra Rb +
⋅
350 4 400
=
-
+
⋅
⋅
-350 4 2 ⋅
Rb 4 ⋅
400 5 0
⎡
⎢
⎣
⎤
⎥
⎦
,
,
solve Ra Rb
600 1200
[
[ ]
]
≔
c 5
Rigidez a flexión ( ) :
⋅
N m2
≔
EI 1270000
2. Diagrama de carga (N/m)
≔
W1
(
(x)
) -350 ≔
W2
(
(x)
) 0
≔
W(
(x)
) |
|
|
|
|
|
|
if
else if
<
≤
a x b
‖
‖W1
(
(x)
)
≤
b x
‖
‖W2
(
(x)
)
-280
-245
-210
-175
-140
-105
-70
-35
-350
-315
0
-6 -4 -2 0 2 4 6 8
-10 -8 10
x
W(
(x)
)
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3. Diagrama de fuerzas cortantes (N)
≔
N1
(
(x)
) ――――
→
=
――
d
dx
N1
(
(x)
) W1
(
(x)
)
=
N1
(
(a)
) Ra
⎡
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎦
,
solve N1
(
(x)
)
+
-(
( ⋅
350 x)
) 600
≔
N2'
(
(x)
) ――――
→
=
――
d
dx
N2'
(
(x)
) W2
(
(x)
)
=
N2'
(
(a)
) Rb
⎡
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎦
,
solve N2'
(
(x)
)
1200
≔
N2
(
(x)
) →
+
N2'
(
(x)
) N1
(
(b)
) 400
≔
N2
(
(x)
) N2
(
( -
x b)
)
≔
x , ‥
0 0.01 5
≔
N(
(x)
) |
|
|
|
|
|
|
if
else if
<
≤
0 x b
‖
‖N1
(
(x)
)
≤
b x
‖
‖N2
(
(x)
)
-600
-450
-300
-150
0
150
300
450
-900
-750
600
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
0 0.5 5
x
N(
(x)
)
clear (
(x)
)
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4. Diagrama de momento flector (N.m)
≔
M1
(
(x)
) ――――
→
=
――
d
dx
M1
(
(x)
) N1
(
(x)
)
=
M1
(
(a)
) 0
⎡
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎦
,
solve M1
(
(x)
)
+
-⎛
⎝ ⋅
175 x2 ⎞
⎠ ⋅
600 x
≔
M2'
(
(x)
) ――――
→
=
――
d
dx
M2'
(
(x)
) N2
(
(x)
)
=
M2'
(
(a)
) M1
(
(b)
)
⎡
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎦
,
solve M2'
(
(x)
)
-
⋅
400 x 400
≔
M2
(
(x)
) M2'
(
( -
x b)
)
≔
x , ‥
0 0.01 5
≔
M(
(x)
) |
|
|
|
|
|
|
if
else if
<
≤
0 x b
‖
‖M1
(
(x)
)
≤
b x
‖
‖M2
(
(x)
)
-200
-100
0
100
200
300
400
500
-400
-300
600
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
0 0.5 5
x
M(
(x)
)
clear (
(x)
)
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3. Diagrama de deflexiones (mm)
≔
y1
(
(x)
) ――――
→
=
――
d
d
2
x2
y1
(
(x)
) M1
(
(x)
)
=
y1
(
(a)
) 0
=
y1
(
(b)
) 0
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
,
solve y1
(
(x)
)
+
-――――――
+
⋅
175 x4
⋅
8000 x
12
⋅
100 x3
≔
y2'
(
(x)
) ――――
→
=
――
d
d
2
x2
y2'
(
(x)
) M2
(
(x)
)
=
y2'
(
(a)
) 0
=
′
y2'
(
(a)
) ′
y1
(
(b)
)
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
,
solve y2'
(
(x)
)
+
―――
⋅
200 x3
3
⎛
⎝ -
⋅
400 x ⋅
1000 x2 ⎞
⎠
≔
y1
(
(x)
) ⋅
――
y1
(
(x)
)
EI
1000
≔
y2
(
(x)
) ⋅
―――
y2'
(
( -
x b)
)
EI
1000
≔
t , ‥
0 0.01 5
≔
y(
(t)
) |
|
|
|
|
|
|
if
else if
<
≤
0 t b
‖
‖y1
(
(t)
)
≤
≤
b t c
‖
‖y2
(
(t)
)
-0.52
-0.455
-0.39
-0.325
-0.26
-0.195
-0.13
-0.065
0
-0.65
-0.585
0.065
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
0 0.5 5
t
y(
(t)
)
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4. Cálculo de la deflexión máxima
≔
x1 ―――――――――――
→
=
――
d
dx
⎛
⎝y1
(
(x)
)⎞
⎠ 0
,
,
,
,
,
solve x float 3 assume ≥
>
b x a
1.87
≔
x2 ―――――――――――
→
=
――
d
dx
⎛
⎝y2
(
(x)
)⎞
⎠ 0
,
,
,
,
,
solve x float 3 assume ≥
≥
c x b
4.2
≔
yMAX =
max⎛
⎝ ,
|
|y1
⎛
⎝x1
⎞
⎠|
| |
|y2
⎛
⎝x2
⎞
⎠|
|⎞
⎠ 0.607
Respuesta : 0.607 mm

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Cálculo de la deflexión de una viga usando ecuaciones diferenciales

  • 1. CÁLCULO DE LA DEFLEXIÓN DE UNA VIGA APLICANDO ECUACIONES DIFERENCIALES 1. Cálculo de las reacciones (N) ≔ a 0 ≔ b 4 ≔ Ra Rb [ [ ] ] ―――― → = + Ra Rb + ⋅ 350 4 400 = - + ⋅ ⋅ -350 4 2 ⋅ Rb 4 ⋅ 400 5 0 ⎡ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎦ , , solve Ra Rb 600 1200 [ [ ] ] ≔ c 5 Rigidez a flexión ( ) : ⋅ N m2 ≔ EI 1270000 2. Diagrama de carga (N/m) ≔ W1 ( (x) ) -350 ≔ W2 ( (x) ) 0 ≔ W( (x) ) | | | | | | | if else if < ≤ a x b ‖ ‖W1 ( (x) ) ≤ b x ‖ ‖W2 ( (x) ) -280 -245 -210 -175 -140 -105 -70 -35 -350 -315 0 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 -10 -8 10 x W( (x) ) worksheet in symgear.blogspot.com
  • 2. 3. Diagrama de fuerzas cortantes (N) ≔ N1 ( (x) ) ―――― → = ―― d dx N1 ( (x) ) W1 ( (x) ) = N1 ( (a) ) Ra ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ , solve N1 ( (x) ) + -( ( ⋅ 350 x) ) 600 ≔ N2' ( (x) ) ―――― → = ―― d dx N2' ( (x) ) W2 ( (x) ) = N2' ( (a) ) Rb ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ , solve N2' ( (x) ) 1200 ≔ N2 ( (x) ) → + N2' ( (x) ) N1 ( (b) ) 400 ≔ N2 ( (x) ) N2 ( ( - x b) ) ≔ x , ‥ 0 0.01 5 ≔ N( (x) ) | | | | | | | if else if < ≤ 0 x b ‖ ‖N1 ( (x) ) ≤ b x ‖ ‖N2 ( (x) ) -600 -450 -300 -150 0 150 300 450 -900 -750 600 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 0.5 5 x N( (x) ) clear ( (x) ) worksheet in symgear.blogspot.com
  • 3. 4. Diagrama de momento flector (N.m) ≔ M1 ( (x) ) ―――― → = ―― d dx M1 ( (x) ) N1 ( (x) ) = M1 ( (a) ) 0 ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ , solve M1 ( (x) ) + -⎛ ⎝ ⋅ 175 x2 ⎞ ⎠ ⋅ 600 x ≔ M2' ( (x) ) ―――― → = ―― d dx M2' ( (x) ) N2 ( (x) ) = M2' ( (a) ) M1 ( (b) ) ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ , solve M2' ( (x) ) - ⋅ 400 x 400 ≔ M2 ( (x) ) M2' ( ( - x b) ) ≔ x , ‥ 0 0.01 5 ≔ M( (x) ) | | | | | | | if else if < ≤ 0 x b ‖ ‖M1 ( (x) ) ≤ b x ‖ ‖M2 ( (x) ) -200 -100 0 100 200 300 400 500 -400 -300 600 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 0.5 5 x M( (x) ) clear ( (x) ) worksheet in symgear.blogspot.com
  • 4. 3. Diagrama de deflexiones (mm) ≔ y1 ( (x) ) ―――― → = ―― d d 2 x2 y1 ( (x) ) M1 ( (x) ) = y1 ( (a) ) 0 = y1 ( (b) ) 0 ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ , solve y1 ( (x) ) + -―――――― + ⋅ 175 x4 ⋅ 8000 x 12 ⋅ 100 x3 ≔ y2' ( (x) ) ―――― → = ―― d d 2 x2 y2' ( (x) ) M2 ( (x) ) = y2' ( (a) ) 0 = ′ y2' ( (a) ) ′ y1 ( (b) ) ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ , solve y2' ( (x) ) + ――― ⋅ 200 x3 3 ⎛ ⎝ - ⋅ 400 x ⋅ 1000 x2 ⎞ ⎠ ≔ y1 ( (x) ) ⋅ ―― y1 ( (x) ) EI 1000 ≔ y2 ( (x) ) ⋅ ――― y2' ( ( - x b) ) EI 1000 ≔ t , ‥ 0 0.01 5 ≔ y( (t) ) | | | | | | | if else if < ≤ 0 t b ‖ ‖y1 ( (t) ) ≤ ≤ b t c ‖ ‖y2 ( (t) ) -0.52 -0.455 -0.39 -0.325 -0.26 -0.195 -0.13 -0.065 0 -0.65 -0.585 0.065 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 0.5 5 t y( (t) ) worksheet in symgear.blogspot.com
  • 5. 4. Cálculo de la deflexión máxima ≔ x1 ――――――――――― → = ―― d dx ⎛ ⎝y1 ( (x) )⎞ ⎠ 0 , , , , , solve x float 3 assume ≥ > b x a 1.87 ≔ x2 ――――――――――― → = ―― d dx ⎛ ⎝y2 ( (x) )⎞ ⎠ 0 , , , , , solve x float 3 assume ≥ ≥ c x b 4.2 ≔ yMAX = max⎛ ⎝ , | |y1 ⎛ ⎝x1 ⎞ ⎠| | | |y2 ⎛ ⎝x2 ⎞ ⎠| |⎞ ⎠ 0.607 Respuesta : 0.607 mm