La contrainte axiale décrit la quantité de force par unité de surface de section transversale qui agit dans le sens de la longueur d'une poutre ou d'un essieu. Les contraintes axiales peuvent entraîner la compression, la flexion, l'allongement ou la défaillance d'un membre. Certaines pièces susceptibles de subir une force axiale sont la construction de solives, de montants et de divers types d’arbres. La formule la plus simple pour la contrainte axiale est la force divisée par la surface en coupe transversale. La force agissant sur cette section peut toutefois ne pas être immédiatement évidente.
Déterminez la force qui agit directement de manière normale (perpendiculaire) à la section transversale. Par exemple, si une force linéaire rencontre la section transversale à un angle de 60 degrés, seule une partie de cette force provoque directement une contrainte axiale. Utilisez le sinus de la fonction trigonométrique pour évaluer la perpendiculaire de la force à la face; la force axiale est égale à la magnitude de la force multipliée par le sinus de l'angle incident. Si la force entre à 90 degrés du visage, 100% de la force est une force axiale.
Choisissez un point spécifique pour analyser la contrainte axiale. Calculez l'aire de la section transversale à cet endroit.
Calculez la contrainte axiale due à la force linéaire. Ceci est égal à la composante de la force linéaire perpendiculaire à la face divisée par l'aire de la section transversale.
Calculez le moment total agissant sur la section d’intérêt. Pour un faisceau statique, ce moment sera égal et opposé à la somme des moments agissant de part et d'autre de la section. Il existe deux types de moments: les moments directs appliqués par un support en porte-à-faux et les moments créés autour de la section par des forces verticales. Le moment dû à une force verticale est égal à sa magnitude multipliée par sa distance au point d'intérêt. Utilisez la fonction cosinus pour calculer la composante verticale de toutes les forces linéaires appliquées aux extrémités de l'essieu.
Calculez la contrainte axiale due aux moments. Lorsqu'un moment agit sur un essieu, il crée une tension dans la moitié supérieure ou inférieure de celui-ci et une compression dans l'autre. La contrainte est nulle le long de la ligne qui traverse le centre de l'essieu (appelé axe neutre) et augmente linéairement vers ses bords supérieur et inférieur. La formule pour le stress dû à la flexion est la suivante: (M * y) / I, où M = moment, y = hauteur au-dessus ou au-dessous de l'axe neutre et I = moment d'inertie au centre de l'axe des axes. Vous pouvez considérer le moment d'inertie comme une capacité de résistance à la flexion des poutres. Ce nombre est plus facile à obtenir à partir des tableaux de calculs antérieurs pour les formes transversales courantes.
Additionnez les contraintes causées par les forces et les moments linéaires pour obtenir la contrainte axiale totale pour le point analysé.