C onsidérons un tronçon (AB) d une poutre, et supposons qu il est soumis à une densité

Documents pareils
Cours de résistance des matériaux

Repérage d un point - Vitesse et

Cours de Résistance des Matériaux (RDM)

Département de Génie Civil

Chapitre 2 : Caractéristiques du mouvement d un solide

Analyse statique d une pièce

L ANALYSE EN COMPOSANTES PRINCIPALES (A.C.P.) Pierre-Louis GONZALEZ

SSNL126 - Flambement élastoplastique d'une poutre droite. Deux modélisations permettent de tester le critère de flambement en élastoplasticité :

Michel Henry Nicolas Delorme

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

TUTORIAL 1 ETUDE D UN MODELE SIMPLIFIE DE PORTIQUE PLAN ARTICULE

C est un mouvement plan dont la trajectoire est un cercle ou une portion de cercle. Le module du vecteur position OM est constant et il est égal au

TS Physique Satellite à la recherche de sa planète Exercice résolu

STATIQUE GRAPHIQUE ET STATIQUE ANALYTIQUE

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

10 leçon 2. Leçon n 2 : Contact entre deux solides. Frottement de glissement. Exemples. (PC ou 1 er CU)

DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

Système formé de deux points

DÉVERSEMENT ÉLASTIQUE D UNE POUTRE À SECTION BI-SYMÉTRIQUE SOUMISE À DES MOMENTS D EXTRÉMITÉ ET UNE CHARGE RÉPARTIE OU CONCENTRÉE

Initiation à la Mécanique des Fluides. Mr. Zoubir HAMIDI

SYSTEME DE PARTICULES. DYNAMIQUE DU SOLIDE (suite) Table des matières

1 Mise en application

Les correcteurs accorderont une importance particulière à la rigueur des raisonnements et aux représentations graphiques demandées.

La médiatrice d un segment

LES LOIS PHYSIQUES APPLIQUÉES AUX DEUX-ROUES : 1. LA FORCE DE GUIDAGE

TUBES ET ACCESSOIRES Serrurier A ailettes Construction Canalisation Spéciaux

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

DÉRIVÉES. I Nombre dérivé - Tangente. Exercice 01 (voir réponses et correction) ( voir animation )

Plan du chapitre «Milieux diélectriques»

Les Conditions aux limites

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

Annexe A. Annexe A. Tableaux et données relatifs à la vérification par Eurocode 3 A.3

Les calculatrices sont autorisées

Logistique, Transports

Seconde Généralités sur les fonctions Exercices. Notion de fonction.

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Application BAEP 1 Poutre continue à deux travées

Exemples de dynamique sur base modale

Problèmes sur le chapitre 5

Quantité de mouvement et moment cinétique

Chafa Azzedine - Faculté de Physique U.S.T.H.B 1

Chapitre 1 Cinématique du point matériel

SINE QUA NON. Découverte et Prise en main du logiciel Utilisation de bases

TD de Physique n o 1 : Mécanique du point

COMPTE-RENDU «MATHS EN JEANS» LYCEE OZENNE Groupe 1 : Comment faire une carte juste de la Terre?

Cinétique et dynamique des systèmes de solides

Nombre dérivé et tangente

Module d Electricité. 2 ème partie : Electrostatique. Fabrice Sincère (version 3.0.1)

Cours de Mécanique du point matériel

Fonctions de plusieurs variables

II - 2 Schéma statique

Continuité et dérivabilité d une fonction

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Propriétés électriques de la matière

Banc d études des structures Etude de résistances de matériaux (RDM) et structures mécaniques

FctsAffines.nb 1. Mathématiques, 1-ère année Edition Fonctions affines

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

Chapitre 12. Bâtiments à ossature mixte en zone sismique.

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

I - Quelques propriétés des étoiles à neutrons

DM n o 8 TS Physique 10 (satellites) + Chimie 12 (catalyse) Exercice 1 Lancement d un satellite météorologique

CHAPITRE 1. Suites arithmetiques et géometriques. Rappel 1. On appelle suite réelle une application de

Séquence 8. Fonctions numériques Convexité. Sommaire

Corrigé Exercice 1 : BRIDE HYDRAULIQUE AVEC HYPOTHÈSE PROBLÈME PLAN.

Sujet proposé par Yves M. LEROY. Cet examen se compose d un exercice et de deux problèmes. Ces trois parties sont indépendantes.

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

cel , version 1-28 Oct 2010

Chapitre 9 : Applications des lois de Newton et Kepler à l'étude du mouvement des planètes et des satellites

Exercices Corrigés Premières notions sur les espaces vectoriels

Fonctions homographiques

Dérivation : cours. Dérivation dans R

Chapitre. Chapitre 12. Fonctions de plusieurs variables. 1. Fonctions à valeurs réelles. 1.1 Définition. 1.2 Calcul de dérivées partielles

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

TD 9 Problème à deux corps

Hassen Ghalila Université Virtuelle de Tunis

CABLECAM de HYMATOM. Figure 1 : Schéma du système câblecam et détail du moufle vu de dessus.

Rappels et compléments, première partie : Nombres complexes et applications à la géométrie

3 ème 2 DÉVELOPPEMENT FACTORISATIONS ET IDENTITÉS REMARQUABLES 1/5 1 - Développements

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

Algorithmes pour la planification de mouvements en robotique non-holonome

Différentiabilité ; Fonctions de plusieurs variables réelles

Baccalauréat ES/L Amérique du Sud 21 novembre 2013

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

OM 1 Outils mathématiques : fonction de plusieurs variables

Deux disques dans un carré

MOTO ELECTRIQUE. CPGE / Sciences Industrielles pour l Ingénieur TD06_08 Moto électrique DIAGRAMME DES INTER-ACTEURS UTILISATEUR ENVIRONNEMENT HUMAIN

Cours IV Mise en orbite

Trépier avec règle, ressort à boudin, chronomètre, 5 masses de 50 g.

Date : Note /20 : EVALUATION Nom : Prénom : Classe : Traitement sur mots

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Voyez la réponse à cette question dans ce chapitre.

Quelques contrôle de Première S

MATHS FINANCIERES. Projet OMEGA

Famille continue de courbes terminales du spiral réglant pouvant être construites par points et par tangentes

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

Cours Fonctions de deux variables

Guide pour l analyse de l existant technique. Partie 3

Plan du cours : électricité 1

Transcription:

Calcul des structures II upport de Cours Belgacem Jellali ITEUB 2010 2011 Calcul des structures II 2010 2011 upport de cours : Fleion composée Classes : 2ème HE Enseignant : Jellali Belgacem Les deu premières sections de ce chapitre ne font pas nécessairement partie intégrante de l étude de la fleion composée, leur place normale est le chapitre Théorie des poutres. I Les équations de l équilibre local C onsidérons un tronçon (B) d une poutre, et supposons qu il est soumis à une densité linéique de charge q et une densité linéique de moments γ. ( Le repère global de l espace est noté O, X, Y, ) Z où les trois vecteurs forment une base orthonormée directe. On définit en tout point G de la fibre moenne (B), un repère local (G,,, z ) tel que est tangent à la fibre moenne et oriente la courbe (B) de vers B, on peut donc définir une abscisse curviligne s repérant chaque point de la fibre moenne. Une section de centre G est localisée donc dans le plan Gz. On suppose en plus que les trois vecteurs X, Y, Z constituent une base orthonormée directe, et que les aes G et Gz sont des aes principau d inertie 1 R et M sont les éléments de réduction en du torseur des actions etérieures qui agissent à gauche de ce point. R B et M B sont les éléments de réduction en B du torseur des actions etérieures qui agissent à gauche de ce point. L équilibre de (B) se traduit par deu équations vectorielles : omme de toutes les forces etérieures : Σ F et = 0 = R R B + B q (s) ds = 0 On peut par ailleurs écrire R B ( B ) dr R = ds, d où en remplaçant dans l équation ds précédente et sachant que l intégrale doit ^etre nulle pour tous les cas : d R ds = q (s) (1) 1. Le fait que ces aes sont principau d inertie implique : d = z d = 0 et.z d = 0, mais aussi 2 d = et z 2 d = I. Ces relations vont simplifier grandement les résultats. Généré avec LTEX 2ε 1/8

R B q B M B R γ G z M Figure 1 ction etérieures à un tronçon de poutre omme de tous les momnts etérieurs par rapport à un point donné : Σ M et /O = 0 = M R B + R O R B BO + B On peut par ailleurs écrire M R B + R O R B BO = B ( γ + ) q GO ds = 0 [ ( d M + R GO ) ] ds, ds d où en remplaçant dans l équation précédente, en développant et sachant que l intégrale doit ^etre nulle pour tous les cas : d M ds = R (s) + γ (s) (2) étant le vecteur unitaire tangentnà la fibre moenne orientée de vers B par une abscisse curviligne (ou encore s) 2 i on pose R =. + V (). + V z (). z, M = C (). + M (). + M z (). z et q = q (). + q (). + q z (). z, γ = γ (). + γ (). + γ z (). z et dans les cas les plus rencontrés en génie-civil, on a γ = 0 et la densité de charge q n a pas de composante selon l ae de la fibre moenne (q = 0) ; on aura avec M f = M et M fz = M z : dv () d = q (), dv z () d = q z (), dm f () d = V z (), dm fz () d = +V () (3) II Le principe d équivalence Ce principe traduit la relation des efforts etérieurs avec les efforts intérieurs. Le vecteur contrainte T qui agit sur une section est, dans le cas de la théorie des poutres : T = σ. + τ. + τ z. z (4) 2. On utilisera dorénavant la notation pour désigner l abscisse curviligne. Calcul des structures II upport de Cours Belgacem Jellali ITEUB 2010 2011 2/8

σ étant la contrainte normale à la section, alors que τ et τ z sont les contraintes tangentielles. En écrivant pour tout point M appartenant à la section Σ de centre G : ( T ) R = T d, M = d MG on aura les égalités suivantes, qui traduisent le principe d équivalence : C () = = σd, V () = (.τ z z.τ z ) d, M f () = τ d, V z () = z.σd, M fz () = τ z d (5).σd (6) On remarque alors que la contrainte normale σ n intervient que dans, M f () et M fz () alors que V (), V z () et C () ne sont définis qu à partir des contraintes tangentielles : il serai alors légitime d étudier la fleion composée en laissant de c^oté (pour une étude à part) l effort tranchant et la torsion. III Le principe de Pigeaud et ses conséquences Ce principe stipule que les tau de déformation ε en un point M (,z) de la section sont des fonctions affines en et z : ε = a. + b.z + c, a, b, c R La loi de Hooke permet d écrire : σ = E.ε = a 1. + b 1.z + c 1, a 1, b 1, c 1 R Il s agit alors de déterminer les constantes a 1, b 1, c 1 pour pouvoir eprimer complètement la contrainte normale en n importe quel point de la section. Eprimons la première integrale de l équation (5) en remplaçant à chaque fois, σ par son epression : = σd = a 1.m z + b 1.m + c 1. = c 1. c 1 = Puisque les moments statiques m z et m sont nuls car ils sont calculés par rapport à des aes principau (qui passent par le centre de gravité G de la section). Eprimons maintenant la deuième integrale de l équation (6) : M f () = z.σd = a 1. b 1.I c 1.m b 1 = M f () I Puisque le moment statique m et le produit d inertie sont nuls par définition du centre de gravité et des aes principau d inertie de la section. On refait le m^eme calcul, mais pour la troisième integrale de l équation (6) : M fz () = +.σd = a 1. + b 1. + c 1.m z a 1 = + M fz () Et ce, pour les m^emes raisons sus-mentionnées. Calcul des structures II upport de Cours Belgacem Jellali ITEUB 2010 2011 3/8

En remplaçant dans σ les constantes a 1, b 1 et c 1 par les epressions correspondantes, on aboutit à l epression de la contrainte normale en fleion composée : σ = + M fz (). M f ().z (7) I Pour ne pas faire d erreur de signe dans l utilisation de la formule (7), on gardera en t^ete les raisonnements de la figure suivante : Quand M fz > 0, la fibre supérieure ( > 0) est comprimée en absence de. σ > 0 M fz M fz σ = + M fz (). M f ().z I M f σ < 0 σ > 0 M f σ < 0 z Quand M f > 0, la fibre supérieure est tendue en absence de. (z > 0) Figure 2 Epression de la contrainte normale en fleion composée La loi de Hooke permet de calculer l allongement relatif parallèlement à la fibre moenne, donc normal) en n importe quel point M (, z) de la section : On pose alors : ε = σ E () = E. M fz (). + M f ().z E.I λ = E., ω = M f () E.I, ω z = M fz () ε = λ + ω.z ω z. (8) λ étant le déplacement relatif au niveau de la fibre moenne (centre de gravité G). La figure 3 donne une interprétation géométrique dans le plan G, des déformations au niveau d un point de d ordonnée. IV ollicitations particulières Traction/Compression simple : C est le cas où le torseur des efforts internes est réduit à un effort normal. D après la formule (7) et (8), on aura : σ =, ε = λ = E., ω = ω z = 0 Calcul des structures II upport de Cours Belgacem Jellali ITEUB 2010 2011 4/8

dl = ε.d λ.d dθ z. dθ z λ.d G G tan (dθ z ) dθ z ε = dl d (ω z.d). = dθ z. Figure 3 Interprétation dans le plan G des déformations Les déformations se réduisent à une translation homogène selon la fibre moenne, les rotations sont donc nulles L allongement (ou le raccourcissement) entre la section d abscisse λ.d ( Σ ) σ = ollicitation Répartition des contraintes + d λ.d = E..d Déformation Figure 4 Cas d un effort normal seul 0 est une section d abscisse est donné par la formule : (s) ΔL (0 ) = 0 E. ds cas d une sollicitation M 3 fz : c est le cas de la fleion simple non déviée. i en plus M fz = cste, alors l effort tranchant V est nul : c est la fleion pure.pour les poutres à rigidité constante ( = cste), on dit qu il s agit de la fleion circulaire car la poutre déformée prend l allure d un arc de cercle (raon de courbure R constant). D après la formule (7) et (8), on aura : σ = M fz ()., λ = 0, ω z = M fz (), ω = 0 Cette sollicitation provoque (voir figure 3) une rotation autour de l ae Gz et un déplacement relatif proportionnel à (donc nul au centre de gravité G de la section). 3. ou M f Calcul des structures II upport de Cours Belgacem Jellali ITEUB 2010 2011 5/8

M fz () compression σ > 0 raccourcissement - traction σ < 0 σ = M fz (). allongement + ε = M fz (). ollicitation Répartition des contraintes Déformation Figure 5 Cas de la fleion simple non déviée Considérons le cas particulier, important en pratique, d une poutre initialement droite. ous l effet du moment M fz, la section ( Σ ) d abscisse + d tourne autour de la section d abscisse d un angle ω z.d = M fz (). M fz () d dl R ( Σ ) + d ω z.d = M fz ().d Figure 6 Poutre à grand raon de courbure Remarquer sur la figure 6 que la rotation est positive alors que dl < 0. On peut écrire : tan (ω z.d) = dl = d R w z.d ω z 1 R Donc la poutre initialement droite prend une courbure : 1 R = M fz (). otons () le déplacement suivant G, du centre G de la section. En petits déplacements, on peut faire l approimation suivante : 1 R = (1 + 2 3/2 ) oit encore :. () = M fz () (9) L équation (9) est connue sous le nom équation de la déformée. Calcul des structures II upport de Cours Belgacem Jellali ITEUB 2010 2011 6/8

V État de contrainte en fleion composée Définition V.1. On appelle e neutre la droite Δ 0 su plan Gz sur laquelle la contrainte normale s annule : σ = + M fz (). M f ().z = 0 (10) I La droite Δ 0 est perpendiculaire au vecteur m = M fz (). M f (). z, et la distance algébrique ( 4 ) du centre de gravité G de la section, à la droite Δ 0 vaut : d (G/Δ 0 ) = GH = m. auf cas particuliers (par eemple si M f est porté par l un des aes principau), l ae neutre n est pas parallèle à l ae de fleion M f. I Δ 0 : σ = 0 d z M f = σ > 0 P ( ) Mf () M fz () M M 1 σ < 0 H G P Δ 0 GP. m = GH. m = e de fleion m = ( Mfz () ) M f() I GH = m. Figure 7 e neutre et variation de la contrainte normale On peut d après la figure 7, écrire pour tout point M du plan Gz : σ = + m. GM (11) Pour un point M situé à une distance algébrique d de l ae neutre, on a d après la relation de Chasles : σ (M) = ( + m. ) GH + HM = m. HM = m. HM 1 = m.d car m. GH = 0 puisque H se trouve sur l ae neutre. i l ae neutre coupe la section, il la divise en deu parties : l une entièrement comprimée, l autre entièrement tendue. inon, la section est entièrement comprimée ou tendue. ur tout ae Δ parallèle à l ae neutre, σ est constant. Les lignes iso-contraintes (contrainte constante) sont donc les droites parallèles à l ae neutre. Dans une section, les contraintes normales etrémales sont atteintes sur les aes Δ tangents au contour de la section. Définition V.2. Le centre de pression est un point C du plan de la section pour lequel le torseur de cohésion se réduit à.. 4. c est une valeur algébrique, elle peut donc ^etre négative Calcul des structures II upport de Cours Belgacem Jellali ITEUB 2010 2011 7/8

i on calcule les efforts internes au centre de gravité G de la section, on doit écrire : ou encore : M. + M z. z = M f. M zz. z = CG =.zc.. c. z c = M fz, z c = M f Remarque V.1. Le fait que l effort normal est appliqué à un point différent du centre de gravité de la section, implique des moments fléchissants et un effort normal au centre G : la poutre est alors soumise à la fleion composée. La distance qui sépare le point C au centre de gravité est dite ecentricité. On peut m^eme définir une eentricité sur l ae G est un autre, sur l ae Gz qui sont alors les coordonnées de C. Remarque V.2. On montre que le centre de pression G est l ae neutre sont toujours situés de part et d autre du centre de gravité de la section. Définition V.3. Le noau central : c est le domaine dans lequel doit se trouver le centre de pression C pour que, pour tout, la section est soit entièrement comprimée ou entièrement tendue. (12) b/2 b/2 b/6 b/6 h/6 h/2 h/6 h/2 Figure 8 oau central d une section rectangulaire : partie hachurée Remarque V.3. Le noau central d une section circulaire est une zone circulaire centrée en G et de raon R/8. Remarque V.4. Le noau central d une section circulaire est une zone circulaire centrée en G et de raon R/8. Eercice : à faire à la maison On considère la poutre console de section rectangulaire de la figure 9. Décrire la distribution de contraintes dans la section d encastrement (on indiquera : l epression des contraintes, la position de l ae neutre, les lignes d iso-contraintes, les contraintes etrémales dans la section et les points pour lesquels celles-ci sont atteintes). l E.I = cste B M z 2b b Figure 9 Poutre isostatique encastrée en Calcul des structures II upport de Cours Belgacem Jellali ITEUB 2010 2011 8/8