Introduction à la résistance des matériaux et à la mécanique des fluides

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1 CNST-H-202 à la résistance des matériaux et à la mécanique des fluides 0 1 Philippe.Bouillard@ulb.ac.be version 4 février 2007 Motivation Mécanique des milieux continus mécanique du solide ou des structures (RDM) mécanique des fluides Les outils de la mécanique des structures lois de la mécanique caractérisation expérimentale des matériaux CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

2 Objet de la mécanique discipline de la physique étude du mouvement et des forces géométrie cinématique cinétique dynamique temps masse force CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides approches pour la mécanique Euler on postule les lois de conservation on en déduit les équations du mouvement et les théorèmes des travaux virtuels d Alembert on postule les théorèmes des travaux virtuels on en déduit les équations du mouvement et les lois de conservation CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

3 Concept de milieu continu milieu continu = milieu déformable mécanique rationnelle mécanique des milieux continus mécanique du point matériel (satellites, systèmes articulés,...) mécanique des milieux continus (solides déformables, fluides,...) CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Concept de milieu continu on distingue milieu continu solide fluide liquide gaz comment les différencier? ex. liquide = tout corps qui tend à couler ex. solide = qui a de la consistance, tout en pouvant être plus ou moins mou CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

4 aspects microscopiques Concept de milieu continu [Coirier, 1997] comment les différencier? par leur structure moléculaire mécanique = aspects MACROscopiques CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Concept de milieu continu Choix de l échelle d observation [Coirier, 1997] CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

5 Notion de déformation milieu continu = milieu déformable configuration initiale vs. configuration déformée géométrie : choix du référentiel (Euler ou Lagrange) comment décrire la configuration déformée? CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Résistance des matériaux Thermodynamique Mécanique des milieux continus Mécanique des fluides interactions Mécanique du solide Moteurs Aéronautique Aérospatiale Constructions navales Constructions Biomédical Etc. CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

6 Résistance des matériaux Mécanique du solide Méthodes numériques Mécanique non linéaire Vibrations Etc. Mécanique des structures Résistance des matériaux Solutions approchées sur la base de simplifications géométriques CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Objet de la résistance des matériaux Concevoir les structures Aptitude au service Dimensionner les structures Rechercher les formes et les dimensions à donner à des éléments structuraux qui leur donne une aptitude au service satisfaisante CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

7 Outils de la résistance des matériaux Lois de la mécanique BA1 : statique appliquée BA2 : mécanique du solide déformable Caractérisation expérimentale des matériaux Illustrée au cours MAIS hypothèses simplificatrices art de l ingénieur CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Champ d applications construction et architecture (génie civil ou bâtiments) mécanique (machines, moteurs, avions) chimie (réservoirs, chaudières) électricité (câbles, pylônes, centrales) physique (physique du solide) matériaux (physique des matériaux) biomédical (tissus vivants, prothèses). CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

8 Construction et architecture Viaduc de Millau, 2004 Credits: Nicolas Janberg [Structurae, 2006] Purj Dubai, prévu 2008 Credits: Emaar PJSC CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Étude de la passerelle Collegebrug (Ney & Partners) Vibrations Réponse dynamique sous action de piétons Calculs non linéaires avec amortissement F 10,0 9,0 LIMITE 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 1,65 1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25 CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

9 Constructions mécaniques Analyse structurale d un châssis automobile Simulation d un crash-test CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Automobile [Furnémont, 2003] Développement de nouveaux aciers à haute résistance Projet ACIETRIP financé par la Région wallonne CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

10 Vibroacoustique Interactions fluide-structure CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Airbus A Aéronautique Snecma CFM56-3 aeroengine, which covers all 3 ratings for the Boeing , -400 and -500 aircraft 2002, Snecma CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

11 Réservoirs et canalisations CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Silos CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

12 Infrastructures de production d énergie CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Biomécanique : prothèse fémorale pression de contact prothèse / os sous charge maillages dues à l'implant contraintes de von Mises dans l'os CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

13 Mécanique des fluides Hydraulique Canalisations, canaux, rivières, Machines hydrauliques : presse, vérin, Génie chimique Dynamique des gaz Portance de l aile d avion, moteurs, Biomécanique CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Canaux CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

14 Réacteur chimique CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Biomécanique CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

15 Ecoulement autour d'un skieur CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Distributeur de turbine maillage pour un calcul d'écoulement CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

16 Ecoulement autour d'un aileron de F1 la voiture le maillage répartition des pressions CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

17 CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

18 Ecoulement autour d'un TGV ABB surfaces isobares CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Compétences attendues Résoudre des problèmes complexes Comprendre la démarche de conception Comprendre les exigences de sécurité structurale Analyser des situations réelles Vérifier le dimensionnement de structures réelles Comprendre le fonctionnement structural des poutres Comprendre le calcul linéaire élastique des poutres Comprendre le comportement non linéaire des poutres Comprendre les limites des modèles proposés CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

19 1 ère partie : généralités I.1 à I.3 : Mécanique des solides déformables Plan du cours 2 ème partie : mécanique des structures et RDM II.1 Sécurité structurale déterministe II.2 Schéma statique actions sur les structures appuis et liaisons éléments structuraux II.3 Cas particulier : la poutre définition, sollicitations (éléments de réduction) CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Analyse élastique II.4 Traction et compression pures II.5 Flexion pure II.6 Flexion simple (cisaillante) II.7 Flexion oblique (gauche) II.8 Flexion composée Plan du cours II.9 à la torsion (torsion uniforme) II.10 Travaux virtuels et calcul des déplacements CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

20 Plan du cours Propriétés mécaniques des matériaux II.11 Essais en laboratoire et modèles constitutifs Instabilités II.14 Flambement élastique 3 ème partie : mécanique des fluides III.1 Statique des fluides III.2 Cinématique des fluides parfaits III.3 Cinématique des fluides visqueux III.4 Dynamique des fluides visqueux CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Renseignements pratiques Localisation : Service Construction, Architecture et Urbanisme, (BATir), Bât C, 87 Av. Buyl, 4ème niveau Serveur Web : transparents disponibles en PDF À télécharger (.pdf, 2 dias/page, 10 Mo) pages de commentaires (en cours d élaboration) À consulter en cas de besoin (.pdf, 1 dia/page) philippe.bouillard@ulb.ac.be CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides

21 Organisation du cours Cours oral = 3 ECTS 18 cours de 2h, si possible interactifs mise en perspective, tout n est pas exposé pas de notes, consulter des ouvrages! Séances d exercices = 3 ECTS 18 séances de 2h sur les thèmes principaux applications illustratives et concrètes CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides Modalités d examen juin : Organisation des évaluations examen écrit (théorie 50% + exercices 50%) oral facultatif (écrit 50% + oral 50%) si possible août : examen écrit (th. 50% + ex. 50%), PAS D ORAL théorie avec formulaire, exercices avec notes CNST-H-202 à la RDM et à la mécanique des fluides