¿Se puede derivar el grosor de un poste de protección exclusivamente a partir de principios energéticos?

Considere una escalera ordinaria con una barandilla apoyada por una pared en un extremo y un poste de acero de perfil constante en el otro extremo. La base del poste está incrustada rígidamente en la tela de cualquier estructura de la que formen parte las escaleras. El poste no debe doblarse más allá de una cantidad establecida (pequeña), deformarse permanentemente o dejar de soportar el barandal de protección, en caso de que alguien se caiga hacia abajo o contra él, y la desviación máxima del poste en caso de una caída es cualquier caso debe ser pequeño en comparación con su longitud (indicación aproximada: 0.5–4.0% o decir ~ 5–40 mm vs ~ 1000 mm).

El riel y el poste, y cualquier fijación, son cada uno lo suficientemente gruesos y bien asegurados, de modo que no se corten ni se aflojen por cualquier impacto plausible de una persona (o personas, incluido todo lo que llevan) cayendo por las escaleras y contra ellos en Cualquier punto. Dentro de estos criterios, se desea hacer la publicación con un perfil estrecho y, por lo tanto, mínimamente grueso.

Desde una perspectiva de ingeniería pura (ignorando cualquier código de construcción por ahora), es suficiente razonar que cualquier colisión / impacto será elástico y, por lo tanto, el perfil mínimo para el puesto puede derivarse de la siguiente manera:

Estimando un KE y PE máximo para las personas que caen,
Establecer una desviación máxima deseada de la publicación.
Razonando sobre una base de energía pura que el poste puede tratarse como una viga en voladizo desviada simple / ideal, y su perfil mínimo es el que satisface la energía de deformación del acero con la desviación máxima deseada> = KE + PE máximo de objetos que probablemente caigan.

Parece tener sentido y, sin embargo, no estoy demasiado familiarizado con el impacto impulsivo (más familiarizado con la estática), y me gustaría verificar si hay una razón por la que esto sería una subestimación o debe tratarse con precaución. (Por ejemplo, ¿quizás un objeto que cae tendría un CoG ligeramente más alto que la altura real del riel? ¿O podrían existir otras razones para que esto conduzca a un resultado insuficiente?)

— Stilez
fuente

Todo parece tener sentido, excepto que tiene pocos detalles sobre las fijaciones, y sospecho que serán el punto más débil. Además, no menciona la longevidad requerida, las condiciones ambientales, ni considera la fatiga del estrés repetido en los componentes. Finalmente, con respecto a CoG, AFAIK es apenas un aspecto de ingeniería; más bien una especificación de requisitos, dependiendo de las reglas y / o requisitos del cliente

— CL22

También debe tener en cuenta las dimensiones físicas del sistema de retención. Si diseña algo que sea lo suficientemente fuerte como para sobrevivir al impacto pero que actúe como alambre de púas, probablemente no sea una buena idea.

— alephzero

Ambos buenos puntos, gracias! No estoy seguro de cómo lo arreglaré, pero la fijación será visible y verificará el código relevante. Las dimensiones físicas no son un problema: el núcleo probablemente será de acero de 25 mm revestido con madera de 40-50 mm, pero cualquier impacto severo seguramente será hacia el lado (que no tiene un tamaño limitado y será amplio), no hacia el borde estrecho. El problema es el espacio disponible en una dimensión, no en ambos, por lo que estoy limitado solo en un lado (grosor del riel de balaustrada como lo

— verías

No se recomienda utilizar un enfoque puramente basado en la energía, aunque teóricamente posible. No porque no funcione, sino simplemente porque la mayoría de los códigos no usan dichos métodos.

La razón es que las barandillas, así como cualquier elemento estructural, se rigen por códigos. En Brasil, el código relevante es el NBR 14718, que define las fuerzas estáticas y dinámicas horizontales y verticales que debe resistir una barandilla. ¿Podrías transformar estas fuerzas en energía? Claro, probablemente. Pero no puede simplemente "estimar una energía cinética y potencial máxima para una persona que cae" y usar eso, porque no sabrá si sus valores son suficientes para satisfacer los códigos. Bueno, a menos que haga sus estimaciones, conviértalas en fuerzas y verifique que sean suficientes ... en ese punto, ¿por qué no usar las fuerzas?

$\dfrac{L}{250}$ $L$

Y luego está la cuestión de los factores de impacto dinámico. Desde una perspectiva puramente energética, no creo que esto pueda resolverse fácilmente. Después de todo, una carga aplicada instantáneamente generará una desviación temporal que es dos veces mayor que la desviación permanente (elástica).

— Wasabi
fuente

¿Puedes editar para decir más sobre la última parte ("factores de impacto dinámico ... dos veces mayor")? En particular, no entiendo por qué una desviación temporal sería mayor o diferente de un resorte (dentro de los límites elásticos) cuando, hasta donde yo sé, la física básica es que la extensión máxima de un resorte para una masa caída puede calcularse en energía principios?

— Stilez