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 poutres est une technique utilisée pour concevoir de manière adéquate les poutres pour résister aux forces et aux contraintes tout en minimisant le poids de la poutre, l’encombrement et le coût des matériaux. Des poutres mal conçues peuvent tomber en panne prématurément et avoir des effets catastrophiques.
L’analyse des poutres 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 appliquées, la portée entre les supports, la forme de la poutre, le matériau et la conception des joints pour permettre à une poutre d’être mécaniquement connectée à d’autres éléments structurels. Différents types de conceptions de poutres 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 en utilisant un seul matériau, comme l’acier au carbone. Ils peuvent également être construits sous la forme d’une structure composite ou stratifiée constituée d’un nombre variable de différentes couches de matériaux. La construction d’une poutre influencera sa flexion et sa déflexion sous charge. La déviation d’une poutre dépend de sa longueur, de la manière dont elle est supportée, de sa forme en coupe transversale, du matériau et de l’endroit où la force de déviation est appliquée. L’analyse du faisceau déterminera la quantité 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 des poutres. 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 poutre répondant aux critères de performance. Ces programmes complètent une analyse mathématique des contraintes et de la déflexion de la poutre, et créent également des diagrammes montrant les distributions des contraintes dans la poutre sous diverses conditions de charge. Le logiciel d’analyse de faisceau utilise une méthode de calcul connue sous le nom d’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 poutres ont un facteur de sécurité qui sert à surdimensionner la poutre en cas de charge ou d’autres facteurs qui ne peuvent être prédits dans la conception de la poutre. Un facteur de sécurité excessif entraînera une conception de poutre 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, pour permettre à l’utilisateur d’évaluer les options et de sélectionner une conception de faisceau final qui optimise le rapport entre le coût et la fonctionnalité.