L'objet de la RDM est l'étude des contraintes et des déformations
dans des pièces assimilables à des poutres, sollicitées
par des actions mécaniques connues.
Elle permet de dimensionner des pièces et de choisir leur matériau.
1 - Solides étudiés:
a - Modèle d'étude
Les corps étudiés sont supposés
homogènes et isotropes
Les solides généralement étudiés ont la
forme d'une poutre.
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Une poutre est un solide engendré
par une surface plane S dont le centre de gravité G décrit
un arc AB d'une courbe, S restant perpendiculaire à la
courbe.
L'arc AB, ensemble des
centres de gravité est appelé ligne moyenne
(ou fibre neutre)
La surface S est appelée section
droite de la poutre. |
b - Limites de validité du
modèle
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Les accidents de forme (épaulement, gorges, rainures ...)
dûs à des usinages engendrent des phénomènes
appelés concentrations de contraintes.
Un coefficient de concentration de contrainte k ou kt
devra être utilisé lors des calculs. |
Remarque:
Les pièces massives ou de forme complexe ne peuvent plus être
assimilées à des poutres.
On a alors recours à des théories de calcul telle que
celle des éléments finis:
Le modèle est discrétisé (divisé) en un
nombre fini d'éléments de forme géométrique
simple. On obtient un "maillage".
On étudie alors les déformations et les déplacements
de chaque élément. Des fonctions d'interpolation sont
utilisées pour se rapprocher de la réalité.
2 - Hypothèses
- Petitesse des déformations:
Les déformations sont petites par rapport aux dimensions de
la poutre
Les déformations ne modifient pas la
disposition des efforts
- Principe de Saint-Venant:
Les contrainte et les déformations dans une région de
la poutre éloignée des points d'application des efforts,
ne dépendent que du torseur associé à cet ensemble
d'efforts
- Principe de Navier - Bernoulli
Au cours des déformations, les sections
droites restent planes et perpendiculaires à la ligne moyenne.
3 - Efforts intérieurs
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Soit un solide en équilibre sous l'action de deux glisseurs.
Pour faire apparaître les efforts intérieurs,
on imagine que l'on coupe le solide par un plan P, perpendiculaire
à la ligne moyenne (AB)
Soit G le centre de gravité de la section.
On définit 2 parties sur le solide:
" une partie "-"
à gauche de la section
" une partie "+"
à droite de la section
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On isole la partie "-"
Une rapide étude statique consduit au résultat
ci-contre : |
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Conclusion:
Dans un cas plus général, on
dira que:
Le torseur des efforts
intérieurs dans une section droite est égal à
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On peut projeter le torseur de efforts intérieurs dans un repère
orthonormé afin de déterminer les différents efforts:
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Actions mécaniques |
Sollicitations |
N |
Effort normal |
Traction
Compression |
Ty |
Effort tranchant |
Cisaillement |
Tz |
Mt |
Moment de torsion |
Torsion |
Mfy |
Moment de flexion |
Flexion |
Mfz |
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4 - Contraintes
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On définit la contrainte dans une section droite
comme étant: |
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Par définition, la
contrainte est assimilable à une pression.
Unité: Le Pascal
(Pa)
1 Pa = 1 N / m²
1 MPa = 1 N / mm²
1 MPa = 10 bar
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Contrainte normale - contrainte tangentielle
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On note: C(M,n) la contrainte
en M pour la coupure orientée par n.
La contrainte est projetée:
" sur n pour donner la contrainte
normale (sigma)
" dans la plan de coupure pour donner la contrainte
tangentielle (tau) (nommée aussi contrainte
de cission ou de cisaillement)
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5 - Contraintes et sollicitations
simples
Sollicitations |
"Déplacement" de matière |
Contrainte |
Traction |
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Cisaillement |
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Torsion
(pure) |
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Flexion
(pure) |
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En résumé:
" Contrainte normale = déplacement de
matière perpendiculairement à la section droite.
" Contrainte tangentielle = déplacement
de matière parallèlement à la section droite. |