Relations fondamentales de la dynamique des milieux continus déformables



Documents pareils
Système formé de deux points

DYNAMIQUE DE FORMATION DES ÉTOILES

Dimensionnement d une roue autonome pour une implantation sur un fauteuil roulant

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

MATIE RE DU COURS DE PHYSIQUE

Cours de mécanique des fluides. Olivier LOUISNARD

cel , version 1-28 Oct 2010

Concours EPITA 2009 Epreuve de Sciences Industrielles pour l ingénieur La suspension anti-plongée de la motocyclette BMW K1200S

CONCOURS COMMUN 2010 PHYSIQUE

TS Physique Satellite à la recherche de sa planète Exercice résolu

3ème séance de Mécanique des fluides. Rappels sur les premières séances Aujourd hui : le modèle du fluide parfait. 2 Écoulements potentiels

Premier principe de la thermodynamique - conservation de l énergie

M6 MOMENT CINÉTIQUE D UN POINT MATÉRIEL

Les calculatrices sont autorisées

Mesure de la dépense énergétique

NOTICE DOUBLE DIPLÔME

Finance, Navier-Stokes, et la calibration

Formation à la C F D Computational Fluid Dynamics. Formation à la CFD, Ph Parnaudeau

Cinétique et dynamique des systèmes de solides

Comparaisons des premières formulations du Théorème de Bernoulli de l hydrodynamique à un

DISQUE DUR. Figure 1 Disque dur ouvert

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

FLUIDES EN ÉCOULEMENT Méthodes et modèles

Michel Henry Nicolas Delorme

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Plan du chapitre «Milieux diélectriques»

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

5. Les conducteurs électriques

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Audioprothésiste / stage i-prépa intensif -

Erratum de MÉCANIQUE, 6ème édition. Introduction Page xxi (milieu de page) G = 6, m 3 kg 1 s 2

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

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

UNITÉ DE PROGRAMME : S9UP1 Modélisation de la turbulence

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

Contenu pédagogique des unités d enseignement Semestre 1(1 ère année) Domaine : Sciences et techniques et Sciences de la matière

Examen d informatique première session 2004

TD 9 Problème à deux corps

La gravitation universelle

T.P. FLUENT. Cours Mécanique des Fluides. 24 février 2006 NAZIH MARZOUQY

Continuité et dérivabilité d une fonction

Mécanique. Chapitre 4. Mécanique en référentiel non galiléen

LES COLLISIONS FRONTALES ENTRE VÉHICULES

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

Les Conditions aux limites

Commun à tous les candidats

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

Équations générales des milieux continus

Introduction. Mathématiques Quantiques Discrètes

Repérage d un point - Vitesse et

OM 1 Outils mathématiques : fonction de plusieurs variables

Introduction à l analyse numérique : exemple du cloud computing

Notes du cours MTH1101 Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

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

I. Polynômes de Tchebychev

PHYSIQUE Discipline fondamentale

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

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

Différentiabilité ; Fonctions de plusieurs variables réelles

1 Mise en application

SCIENCES INDUSTRIELLES POUR L INGÉNIEUR. Partie I - Analyse système

Techniques de Lyapunov en contrôle quantique pour le couplage dipolaire et polarisabilité

À propos d ITER. 1- Principe de la fusion thermonucléaire

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Une fréquence peut-elle être instantanée?

Interaction milieux dilués rayonnement Travaux dirigés n 2. Résonance magnétique : approche classique

CHAPITRE IV Oscillations libres des systèmes à plusieurs degrés de liberté

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

Quantité de mouvement et moment cinétique

La Mesure du Temps. et Temps Solaire Moyen H m.

Enseignement de la physique en Licence

Utilisation des intégrales premières en mécanique. Exemples et applications.

Equipement d un forage d eau potable

TP 7 : oscillateur de torsion

Relativité et électromagnétisme. Alain Comtet - alain.comtet@u-psud.fr, Notes de Florian Bolgar

Cours d électricité. Introduction. Mathieu Bardoux. 1 re année. IUT Saint-Omer / Dunkerque Département Génie Thermique et Énergie

Chapitre 3. Mesures stationnaires. et théorèmes de convergence

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

TD de Physique n o 1 : Mécanique du point

SEANCE 4 : MECANIQUE THEOREMES FONDAMENTAUX

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SÉRIE SCIENTIFIQUE

Programmes des classes préparatoires aux Grandes Ecoles

PROGRAMME DE PHYSIQUE - CHIMIE EN CLASSE DE SECONDE GÉNÉRALE ET TECHNOLOGIQUE

Etude expérimentale et numérique de la Sédimentation/Consolidation de sols à très forte teneur en eau

Épreuve E5 : Conception détaillée. Sous-épreuve E51 : Conception détaillée d une chaîne fonctionnelle

1 Problème 1 : L avion solaire autonome (durée 1h)

document proposé sur le site «Sciences Physiques en BTS» : BTS AVA 2015

CONCOURS COMMUNS POLYTECHNIQUES

SCIENCES INDUSTRIELLES (S.I.)

Espérance conditionnelle

MATHS FINANCIERES. Projet OMEGA

Test : principe fondamental de la dynamique et aspect énergétique

ANALYSE NUMERIQUE ET OPTIMISATION. Une introduction à la modélisation mathématique et à la simulation numérique

Etude du SIMULATEUR DE VOL «FLY-HO»

Le second nuage : questions autour de la lumière

Chapitre 10 : Mécanique des fluides

Fonctions de plusieurs variables

Interactions des rayonnements avec la matière

Le modèle de Black et Scholes

Chapitre 6: Moment cinétique

Travaux dirigés de mécanique du point

Transcription:

Relations fondamentales de la dynamique des milieux continus déformables

Lois universelles de la physique des milieux continus conservation de la masse bilan de quantité de mouvement bilan de moment cinétique bilan d énergie (entropie) 2/43

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Masse On suit un ensemble de particules de masse dm contenue initialement dans le volume dv en X Ω 0 dm = ρ 0 (X ) dv champ de masse volumique initiale. L élément de volume dv devient dv en x Ω t à l instant t mais la masse contenue dans dv est la même, par définition du point matériel dm = ρ(x, t) dv dm = ρ 0 (X )dv = ρ(x, t) dv = Constante masse totale m(m) = ρ 0 (X ) dv = Ω 0 ρ(x, t) dv Ω t Quantité de mouvement, moment cinétique 6/43

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Vitesses Vitesse d une particule en mouvement V (X, t) := d Φ Φ(X, t) = (X, t) dt t représentation matérielle/lagrangienne de la vitesse Quantité de mouvement, moment cinétique 8/43

Vitesses Vitesse d une particule en mouvement V (X, t) := d Φ Φ(X, t) = (X, t) dt t représentation matérielle/lagrangienne de la vitesse C est aussi la vitesse instantanée de la particule se trouvant à la position x à l instant t v (x, t) := V (Φ 1 (x, t), t) représentation spatiale/eulérienne de la vitesse Quantité de mouvement, moment cinétique 9/43

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Quantité de mouvement Soit (t) Ω t un sous domaine matériel de M à l instant t Ω t (t) ρ(x, t)v (x, t) dv = Quantité de mouvement, moment cinétique 11/43

Quantité de mouvement Soit (t) Ω t un sous domaine matériel de M à l instant t Ω t ρ(x, t)v (x, t) dv = ρ 0 v (Φ(X, t), t) dv (t) 0 = ρ 0 V (X, t) dv 0 Quantité de mouvement, moment cinétique 12/43

Quantité d accélération Soit (t) Ω t un sous domaine matériel de M à l instant t A () = d ρ(x, t)v (x, t) dv dt (t) = d ρ 0 (X )V (X, t) dv dt 0 Ω t En l absence de discontinuités, Quantité de mouvement, moment cinétique 13/43

Quantité d accélération Soit (t) Ω t un sous domaine matériel de M à l instant t Ω t A () = d ρ(x, t)v (x, t) dv dt (t) = d ρ 0 (X )V (X, t) dv dt 0 En l absence de discontinuités A () = ρ 0 (X ) dv (X, t) dv 0 dt = ρ 0 (X ) V (X, t) dv 0 t = ρ 0 (X )A (X, t) dv 0 = ρ(x )a (x, t) dv Quantité de mouvement, moment cinétique 14/43

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Moment cinétique Soit (t) Ω t un sous domaine matériel de M à l instant t et un point O de l espace, fixe dans le référentiel R P Ω t O OP ρ(x, t)v (x, t) dv OP = x x 0 Quantité de mouvement, moment cinétique 16/43

Moment dynamique Soit (t) Ω t un sous domaine matériel de M à l instant t et un point O de l espace, fixe dans le référentiel R P Ω t O d OP ρ(x, t)v (x, t) dv dt Quantité de mouvement, moment cinétique 17/43

Torseur dynamique Soit (t) Ω t un sous domaine matériel de M à l instant t et un point O de l espace, fixe dans le référentiel R P Ω t O torseur dynamique pour le domaine : {O, d ρ(x, t)v (x, t) dv, d OP ρ(x, t)v (x, t) dv} dt (t) dt Quantité de mouvement, moment cinétique 18/43

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Relation fondamentale de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts appliqués (référentiel galiléen) d ρv dv = R dt d OP ρv dv = M dt 0 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus 21/43

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Un théorème de transport f (x, t) fonction tensorielle sur Ω t continue dans sa représentation spatiale/eulérienne, dérivable/t, (t) Ω t un domaine matériel d ρ(x, t)f (x, t) dv = dt Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus 23/43

Un théorème de transport f (x, t) fonction tensorielle sur Ω t continue dans sa représentation spatiale/eulérienne, dérivable/t, (t) Ω t un domaine matériel d ρ(x, t)f (x, t) dv = d f (x, t)ρ(x, t)dv dt dt = d F (X, t)ρ 0 (X )dv dt 0 d = 0 dt (F (X, t))ρ 0(X )dv = ḟ (x, t)ρ(x, t)dv F (X, t) := f (Φ(X, t), t) dérivée particulaire ou en suivant le mouvement : d dt F (X, t) = d f f f (Φ(X, t), t) =.v + dt x t = ḟ (x, t) Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus 24/43

Un théorème de transport Formellement, pour un domaine matériel (t), on dérive sous le signe somme (grâce à la conservation de la masse) d ρf dv = (ḟ ρdv + f dt {}}{ ρdv ) = ρḟ dv autres formules de transports plus générales (Reynolds...) Application au moment dynamique (en l absence de discontinuités...) d dt OP ρv dv = OP ρa dv Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus 25/43

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Il existe une Champs de forces une densité massique f (x, t) de forces R dist = ρf (x, t) dv Exemple : accélération de la pesanteur (unité N.kg 1 m.s 2 ) f := g hypothèse simplificatrice : f ne dépend pas du domaine Représentation des efforts 28/43

Il existe une Champs de forces une densité massique f (x, t) de forces R dist = ρf (x, t) dv Exemple : accélération de la pesanteur (unité N.kg 1 m.s 2 ) f := g hypothèse simplificatrice : f ne dépend pas du domaine une densité massique de couples M dist 0 = (OP ρf + ρm ) dv i.e. le moment des forces volumiques + des couples volumiques intrinsèques (électromagnétisme) simplification : m = 0 Représentation des efforts 29/43

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Efforts surfaciques Ω t efforts de contact sur Ω t R surf = t (x, Ω t, t) ds Ω t Ω t vecteur densité surfacique de forces / vecteur contrainte (unité N.m 2 ) Représentation des efforts 31/43

Efforts surfaciques Ω t efforts sur? Ω t Représentation des efforts 32/43

Efforts surfaciques Ω t efforts sur? Représentation des efforts 33/43

Efforts surfaciques Ω t efforts surfaciques sur R surf = t (x,, t) ds Le pari de remplacer les efforts de champ à courte distance par des efforts surfaciques remplacer une action non locale par une action locale; en pratique, décroissance rapide des forces de cohésion ( 10 atomes) Représentation des efforts 34/43

Efforts surfaciques Ωt densité surfacique de forces R surf = t (x,, t) ds densité surfacique de couples M surf 0 = (x x 0 ) t (x,, t) ds hypothèse : pas de densité surfacique de couples intrinsèque (milieu non polaire) Représentation des efforts 35/43

Plan 1 Quantité de mouvement, moment cinétique Conservation de la masse Champ de vitesses Quantités de mouvement et d accélération Moments cinétique et dynamique 2 Equations de bilan global de la dynamique des milieux continus Torseur dynamique = Torseur des efforts extérieurs Un théorème de transport 3 Représentation des efforts Efforts volumiques Efforts surfaciques et de cohésion Lois d Euler du mouvement

Lois d Euler du mouvement d ρv dv = R dt Ω t d OP ρv dv = M dt 0 Ω t Représentation des efforts 37/43

Lois d Euler du mouvement d ρv dv = dt Ω t d OP ρv dv = dt Ω t + ρ(x, t)f (x, t) dv + t (x, Ω t, t) ds Ω t Ω t OP ρ(x, t)f (x, t) dv Ω t OP t (x, Ω t, t) ds Ω t Elles s appliquent à tout sous domaine Ω t. On a besoin des deux équations! Référentiel non galiléen : mettre les forces d inertie dans f Représentation des efforts 38/43

Espace et référentiels Représentation des efforts 39/43

Espace et référentiels Représentation des efforts 40/43

Espace et référentiels Représentation des efforts 41/43

Changements de référentiel référentiel (E, E), point de l espace x, un autre référentiel (E, E ) changement de référentiel galiléen x = Q 0.x + v 0 t, t = t t 0 changement de référentiel euclidien commodité : Q (t 0 ) = 1 x = Q (t).x + c (t), t = t t 0 Représentation des efforts 42/43

Changements de référentiel référentiel (E, E), point de l espace x, un autre référentiel (E, E ) changement de référentiel galiléen x = Q 0.x + v 0 t, t = t t 0 changement de référentiel euclidien x = Q (t).x + c (t), t = t t 0 commodité : Q (t 0 ) = 1 grandeurs invariantes par changement de référentiel grandeurs objectives scalaires vecteurs m = m m = m f (x, t ) = Q (t).f (x, t) Représentation des efforts 43/43