Las vigas se utilizan a nuestro alrededor en muchas aplicaciones de ingeniería mecánica y estructural. Se utilizan comúnmente para crear una base o soporte interno para una estructura más grande, como un edificio o un puente. El análisis de vigas es una técnica que se utiliza para diseñar vigas de manera adecuada para soportar fuerzas y tensiones mientras se minimiza el peso de la viga, los requisitos de espacio y el costo del material. Las vigas diseñadas incorrectamente pueden fallar prematuramente y tener efectos catastróficos.
El análisis de vigas requiere una combinación de ingeniería mecánica, principios de diseño y propiedades del material. El proceso generalmente involucra factores que incluyen los tipos de fuerzas que se aplicarán, el espacio entre los soportes, la forma de la viga, el material y el diseño de las juntas para permitir que una viga se conecte mecánicamente a otros miembros estructurales. Los diferentes tipos de diseños de vigas se basan en las configuraciones de carga y montaje. Por ejemplo, las vigas en voladizo se apoyan en un solo extremo y requieren un diseño diferente al de las vigas simples, que se apoyan en ambos extremos.
Las vigas se pueden construir con un solo material, como acero al carbono. También se pueden construir como una estructura compuesta o laminada que consta de un número variable de diferentes capas de materiales. La construcción de una viga influirá en su flexión y deflexión mientras está bajo carga. La deflexión de una viga depende de su longitud, cómo se apoya, la forma de su sección transversal, el material y el lugar donde se aplica la fuerza de deflexión. El análisis de la viga determinará la cantidad de flexión y deflexión.
Hasta hace poco, los métodos manuales que utilizan diagramas de fuerzas y una serie de ecuaciones matemáticas complejas eran necesarios para el análisis de vigas. Hoy en día, este procedimiento generalmente se completa utilizando un software de ingeniería que está diseñado para aceptar datos de entrada y determinar un diseño de viga para cumplir con los criterios de desempeño. Estos programas completan un análisis matemático de las tensiones y la deflexión de la viga, y también crean diagramas que muestran las distribuciones de tensión dentro de la viga bajo diversas condiciones de carga. El software de análisis de vigas utiliza un método computacional conocido como Análisis de elementos finitos (FEA).
Una consideración importante en el análisis de haces es el margen de seguridad o el factor de seguridad. La mayoría de las vigas tienen un factor de seguridad que sirve para sobredimensionar la viga en caso de carga u otros factores que no se pueden predecir en el diseño de la viga. Un factor de seguridad excesivo impulsará un diseño de viga más grande de lo necesario, lo que provocará posibles problemas de peso y mayores costos de fabricación. El software de análisis de vigas puede analizar diferentes formas y materiales de vigas, para permitir al usuario evaluar las opciones y seleccionar un diseño de vigas final que optimice la relación entre el costo y la funcionalidad.