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Laboratoire de simulation en mécaniquedes solides - LSMS
Mécanique des structures I
Cours du 3ème semestre bachelorDr E. Davalle
1
BONJOUR et BIENVENUE
Intervenants : Eric DAVALLE, Dr Ingénieur civil EPFL
Chef du Service de l’électricité de la Ville de Lausanne
avec les assistants du LSMS
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N° Jour Mardi 7.10 et suivants Propriétés mécaniques des matériaux
14.1 - 14.3 Traction plastique Jeudi 15,4 Flexion plastique plane
15.5 - 15.9 Flexion plastique plane
Mardi 8.1 - 8.7 Torsion uniforme
Jeudi 8.8 - 8.10 Torsion uniforme
9.1 - 9.3 Contraintes dues à l'effort tranchant
Mardi 9.4 - 9.8 Contraintes dues à l'effort tranchant
Jeudi 9.9 - 9.12 Contraintes dues à l'effort tranchantMS (V3) 7.1 - 7.10 Formes intégrales d'équilibre et cinématique - Travaux virtuels
Mardi 13.1 - 13.6 Énergie (forces et déformations associées)10.1 - 10.2 Déformation des poutres soumises à la flexion simple
Jeudi 10.3 Déformation des poutres soumises à la flexion simple
Semaines Chapitres Titres
1
2
3
4
Programme des semaines 1 à 4
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15. Flexion plastique plane
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Hypothèses de travail Flexion dans un plan moyen Flexion pure (M seul)
Cinématiquement : sections restent planes
(loi de Bernoulli)
avec la courbure1 yy
r rε ψ ψ= − = − =
En élastique linéaire, on a donc :
ee
ME I
ψ =
e eM Wσ=
Equations statiques(principe d’équivalence)
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5
Moment et module plastiques
2
avec 0 avec
avec 0
2( )
epl
eA
pl e e eAA
yM y dA
y
M y dA y dA Z
σ σσ
σ σ
σ σ σ
= − >= = <= = =
∫
∫ ∫
élastique
0 axe neutre centréA
N dAσ= = ⇒∫Z = 2 Sdemi [mm3]
Z est le module plastiqueS est le moment statique
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Déchargement en flexion inverse
rsd eMW
σ σ= −
Persistance d’une courbure et de contraintes résiduelles
+
+-
-
M
ψMe
eψ
M
ψMe
eψ
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Section asymétrique en flexion
Calcul élastique : Calcul plastique :
1 2 1 2
1 1 2 2 1 2
02
2( )
e eA
pl e e e e
AN dA A A A A
AM A y A y y y Z
σ σ σ
σ σ σ σ
= = − + = ⇒ = =
= + = + =
∫max
e eIM
yσ=
y2
y1
+
-M
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Section composée en flexion
p p
+
-
yi
0 ou 0ii e
iAN dA Aσ σ= = =∑∫
Calcul de l’axe neutre plastique :
aσ
bσ
Calcul du moment plastique :
-ipl i e i
iM A yσ= ∑
S355
S355
S235
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3. Traction plastiqueMots-clés à retenir impérativement
3 piliers de l’analyse des structures (voir § 1 et 2): principe d’équivalence (équilibre statique entre efforts intérieurs et contraintes) conditions cinématiques (conservation des sections planes)
loi constitutive (matériaux)
Théorie de l’élasticité Théorie de la plasticité (modèle élastique parfaitement plastique) En plasticité:
charge de ruine ou d’effondrement, dite charge limite gain de résistance par le processus de plastification de la section la ruine d’une structure correspond à de grands déplacements
décharge élastique et création de contraintes résiduelles
Propriétés vues sont valables quelque soit la complexité de la structure
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Loi moment-courbure
Cette fonction dépend de la forme de la section droite
( )M M 1 ψM ψ
ee
plMe
=3
1–2
ELASTO - PLASTIQUE
σ ePLASTIQUE
σ e
M Μ
M ee→
M= 1, 5
plELASTIQUE
σ ≤ σe
Exemple : section rectangulaire
MM ψee
=ψ
On s’intéresse à : avec :( )ee
M fM
ψψ= M EIψ=
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Loi moment-courbure (section rectangulaire)
On s’intéresse à : ( )ee
M fM
ψψ=
MMe
ASYMPTOTE HORIZONTALE( ψ / ψ → ∞)e
1, 5
1
10ψ/ψe1
COURBE
0,998 M !pl
13
LINEAIRE
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Propriété de la loi moment-courbureLa loi ( M , ψ) peut être simplifiée par deux droites. Exemple poutre laminée I
Mpl / Me = 1,15
M / Mpl eeM / M
1
1 10 ψ/ψe
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1,271,51,72,02,37
Mpl / Me
Loi moment – courbure (cas généraux)
On constate un fort gain quand la section se concentre au voisinage de l’axe neutre
Asymptotes
e
e
M / M
2
1
1 10ψ / ψ
Gain dû à la plastification de la section droite
= =α M ZM W
ple
C'est le " facteur de forme ".
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Propriété de la loi moment-courbure
La loi ( M , ψ ) peut être simplifiée par deux droites .
l’une 0 ≤ M ≤ Mpl par la loi de Hooke l’autre M = Mpl selon une loi parfaitement plastique
Me
Mpl
M
ψ
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Notion de rotule plastique
Donc (a) et (b) s'appliquent auxstructures planes en poutres usuelles.
2. Valable en flexion simplesi V nedomine pas ( usuel )
M = Z1. Flexion pure => σ (a)=> loi (M,ψ) simplifiée(b) ψ
Mepl
reste faible ( N < 0,15 N )3.Valable en flexion composée
si Nsinon correction
pl
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Notion de rotule plastique
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Notion de rotule plastique
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la résistance limite plastique en flexion vaut : Mpl = Z σe
ce Mpl dépend de la propriété du matériau et de la forme de la section
la plasticité permet un gain de résistance d’environ 15% (au-delà de la limite élastique pour des profils standards)
une rotule plastique se forme à l’endroit où se produit le moment maximal
dans ce cas, à une rotule (articulation) s’oppose un Mpl
Flexion plastique planeMots-clés à retenir impérativement