CNST-H-202 Introduction àla résistance des matériaux et à ...homepages.ulb.ac.be/~pbouilla/CNST-H-202/0-01-CNST-H-202.pdf · CNST-H-202 – Introduction à la RDM et à la mécanique

CNST-H-202

Introduction à la résistance des matériaux et à

la mécanique des fluides0 – 1 Introduction

[email protected] 4 février 2007

CNST-H-202 – Introduction à la RDM et à la mécanique des fluidesIntroduction

0 - 1 - 2

Introduction� 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


0 - 1 - 3

Objet de la mécanique� discipline de la physique� étude du mouvement et des forces

– géométrie– cinématique– cinétique– dynamique

temps

masse

force


0 - 1 - 4

2 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


0 - 1 - 5

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, ...)


0 - 1 - 6

� on distingue

� 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

Concept de milieu continu

solide fluide

gazliquide

milieu continu


0 - 1 - 7

Concept de milieu continu� aspects microscopiques

– comment les différencier ? par leur structure moléculaire

– mécanique = aspects MACROscopiques

[Coirier, 1997]


0 - 1 - 8

Concept de milieu continu� Choix de l’échelle d’observation

[Coirier, 1997]


0 - 1 - 9

Notion de déformation� milieu continu = milieu déformable� configuration initiale vs.

configuration déformée� géométrie : choix du référentiel

(Euler ou Lagrange)� comment décrire la configuration déformée ?


0 - 1 - 10

Résistance des matériaux

Mécanique des milieux continus

Mécanique des fluides

Thermodynamique

MoteursAéronautiqueAérospatialeConstructions navalesConstructionsBiomédicalEtc.

Mécanique du solideinteractions


0 - 1 - 11

Résistance des matériaux

Mécanique du solide

Méthodes numériques

Mécanique non linéaireVibrationsEtc.

Mécanique des structures

Résistance des matériauxSolutions approchées sur la

base de simplifications

géométriques


0 - 1 - 12

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


0 - 1 - 13

‘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


0 - 1 - 14

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)• ….


0 - 1 - 15

Construction et architecture

Viaduc de Millau, 2004Credits: Nicolas Janberg [Structurae, 2006]

Purj Dubai, prévu 2008Credits: 2005 - Emaar PJSC


0 - 1 - 16

Vibrations� Étude de la passerelle Collegebrug

(Ney & Partners)

F

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

1,65 1,75 1,85 1,95 2,05 2,15 2,25

LIMITE

Réponse dynamique sous action de piétonsCalculs non linéaires avec amortissement


0 - 1 - 17

Constructions mécaniques

Simulation d’un crash-testhttp://www.esi-group.com/Products/Crash

Analyse structurale d’un châssis automobilehttp://www.mscsoftware.com/


0 - 1 - 18

Automobile

Développement de nouveaux aciers à haute résistanceProjet ACIETRIP

financé par la Région wallonne[Furnémont, 2003]


0 - 1 - 19

� Vibroacoustique

Interactions fluide-structure


0 - 1 - 20

AéronautiqueAirbus A380http://fr.wikipedia.org/wiki/Airbus_A380, 2006

Snecma CFM56-3 aeroengine, whichcovers all 3 ratings for the Boeing 737-300, -400 and -500 aircraft © 2002, Snecmahttp://www.eurostir.co.uk/eurostir_snecma.html


0 - 1 - 21

Réservoirs et canalisations

http://www.actewagl.com.au/education/water/transport.aspx


0 - 1 - 22

Silos

http://www.kotzur.com/commercial.html


0 - 1 - 23

Infrastructures de production d’énergie

http://college.lakanal.free.fr/qcm/afficher.php?nomqcm=achbprieto

http://www.greenpeace.org/


0 - 1 - 24

contraintes de contraintes de vonvon Mises dans l'osMises dans l'os

maillagesmaillagesdues dues àà

l'implantl'implant

soussous

chargecharge

pression de contact pression de contact

prothprothèèse / osse / os

Biomécanique : prothèse fémorale


0 - 1 - 25

Mécanique des fluides� Hydraulique

– Canalisations, canaux, rivières, …– Machines hydrauliques : presse, vérin, …

� Génie chimique� Dynamique des gaz

– Portance de l’aile d’avion, moteurs, …

� Biomécanique� …


0 - 1 - 26

Canaux


0 - 1 - 27

Réacteur chimique


0 - 1 - 28

Biomécanique


0 - 1 - 29

Ecoulement autour d'un skieur


0 - 1 - 30

Distributeur de turbinemaillage pour un calcul d'maillage pour un calcul d'éécoulementcoulement


0 - 1 - 31

Ecoulement autour d'un aileron de F1la voiture la voiture ……

rréépartition des partition des

pressionspressions

le maillagele maillage


0 - 1 - 32


0 - 1 - 33


0 - 1 - 34


0 - 1 - 35

ABBABB

surfaces isobaressurfaces isobares

Ecoulement autour d'un TGV


0 - 1 - 36

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


0 - 1 - 37

Plan du cours� 1ère partie : généralités

– I.1 à I.3 : Mécanique des solides déformables

� 2ème 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)


0 - 1 - 38

Plan du cours� 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– II.9 Introduction à la torsion (torsion uniforme)– II.10 Travaux virtuels et calcul des déplacements


0 - 1 - 39

Plan du cours� Propriétés mécaniques des matériaux

– II.11 Essais en laboratoire et modèles constitutifs

� Instabilités– II.14 Flambement élastique

� 3ème 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


0 - 1 - 40

Renseignements pratiques� Localisation :

– Service Construction, Architecture et Urbanisme, (BATir), Bât C, 87 Av. Buyl, 4ème niveau

� Serveur Web : http://www.ulb.ac.be/smc– 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)

� e-mail : [email protected]


0 - 1 - 41

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


0 - 1 - 42

Organisation des évaluations� Modalités d’examen

– juin : • 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

Documents

CNST-H-202 Introduction àla résistance des matériaux et à ...homepages.ulb.ac.be/~pbouilla/CNST-H-202/0-01-CNST-H-202.pdf · CNST-H-202 – Introduction à la RDM et à la mécanique