¿Cuáles son las diferencias entre análisis estático y dinámico?

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Análisis estático ¿Qué es?

El análisis estático es un procedimiento importante para diseñar una estructura. Mediante el análisis estático se obtiene la respuesta de una estructura ante un esfuerzo (o carga) constante aplicado al sistema en un tiempo «indefinido o definido».

La respuesta estructural incluye fuerzas/momentos internos y tensiones internas utilizadas en el proceso de diseño. En general, utilizando un esquema de análisis estructural basado en elementos finitos, primero, los desplazamientos desconocidos se obtienen a partir de las ecuaciones de equilibrio del sistema activo, y luego las fuerzas y tensiones externas e internas se calculan a partir de las ecuaciones de equilibrio global de la estructura.

Analisis estatico

Características principales del análisis estático

  • Proporciona cálculo de estructuras bajo la acción de fuerzas estáticas constantes aplicadas al sistema en un tiempo determinado.
  • En el análisis estático de una estructura NO se tiene en cuenta la acción de los sismos o vientos.
  • El método de superposición y el método de sección corresponden a este tipo de análisis.
  • En el análisis estático de estructuras se miden cargas y momentos.

Análisis dinámico ¿Qué es?

Cualquier estructura física real se comporta dinámicamente cuando se le aplica cualquier carga o desplazamiento. Según la segunda ley de Newton, la fuerza de inercia adicional es igual a la masa multiplicada por la aceleración.

Si la carga o el desplazamiento se aplican lentamente, las fuerzas de inercia pueden despreciarse y puede justificarse el análisis estático. Por tanto, el análisis dinámico es una simple extensión del análisis estático.

Además, toda estructura real tiene el potencial de tener un número infinito de desplazamientos. Por lo tanto, la fase más crítica del análisis estructural es crear un modelo informático con un número finito de elementos sin masa y un número finito de desplazamientos nodales que simulen el comportamiento de la estructura real.

La masa de un sistema estructural, que puede estimarse con precisión, se concentra en los puntos nodales. Además, para estructuras elásticas lineales, las propiedades de rigidez de los elementos se pueden estimar con un alto grado de confiabilidad con la ayuda de datos experimentales. Sin embargo, la carga dinámica, las propiedades de disipación de energía y las condiciones de contorno (cimientos) de muchas estructuras son difíciles de estimar. Esto siempre se aplica en caso de eventos sísmicos o cargas de viento.

Para reducir los errores que pueden provocar las estimaciones resumidas en el párrafo anterior, es necesario realizar muchos análisis dinámicos, utilizando modelos informáticos, diferentes cargas y condiciones de contorno. No es poco realista realizar 20 o más análisis por computadora para diseñar una nueva estructura o investigar opciones de refuerzo en una estructura existente.

Debido a la gran cantidad de análisis informático requerido para ciertos análisis dinámicos, es muy importante utilizar métodos precisos y numéricamente eficientes en los programas informáticos.

Analisis dinamico

Características principales del análisis dinámico

  • Se refiere al análisis de pequeñas oscilaciones o vibraciones que puede experimentar una estructura alrededor de su posición de equilibrio.
  • En el análisis dinámico de una estructura se considera la acción de los sismos y los vientos.
  • Los métodos de rigidez y de elementos finitos se adaptan a este tipo de análisis.
  • En el análisis dinámico de estructuras se mide el período de vibración.

Diferencias entre análisis estatico y análisis dinámico

Aspecto Análisis Estático Análisis Dinámico
Definición Evalúa las cargas que no cambian o lo hacen muy lentamente en el tiempo. Examina cómo las estructuras responden a cargas que cambian con el tiempo.
Aplicaciones Comunes Peso propio de la estructura, cargas muertas, cargas vivas estacionarias. Terremotos, vientos dinámicos, cargas de tráfico móvil.
Modelado de Cargas Las cargas se consideran constantes o estáticas. Las cargas varían con el tiempo y pueden incluir efectos de frecuencia.
Importancia Fundamental para el diseño básico de estructuras. Crítico para estructuras sujetas a cargas dinámicas como puentes, rascacielos.
Métodos de Análisis Análisis de elementos finitos estáticos, métodos de distribución de momentos. Análisis de elementos finitos dinámicos, análisis espectral, análisis de tiempo-historia.
Ejemplos Diseño de edificios para cargas permanentes y temporales. Diseño de edificios para resistir terremotos o vibraciones por tráfico.
Complejidad Generalmente menos complejo y más directo. Más complejo, requiere consideración de múltiples factores dinámicos.
Resultados Fuerzas, momentos y desplazamientos bajo cargas estáticas. Respuestas estructurales a cargas variables, incluyendo vibraciones.

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