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Mécanique des structureset résistance des matériaux
Philippe Bouillardannée académique 2004-05
concevoir
réaliser
exploiter
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1-2
Introduction (1)
� Objet de la mécanique des structures– concept de dimensionnement
• rechercher les formes et les dimensions àdonner à des éléments structuraux qui leurdonne une aptitude au service satisfaisante
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1-3
le dimensionnement vu par lepapa de Calvin ...
– approche purement expérimentale ...
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1-4
essai de chargementavant mise en service
(80 camions = 1300 tonnes !)
Pont de Normandie
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1-5
Introduction (1)
� Outils de la mécanique des structures– lois de la mécanique
• statique appliquée• mécanique du solide déformable
– caractérisation expérimentale des matériaux
� MAIS …– hypothèses simplificatrices– DUW�GH�O¶LQJpQLHXU
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1-6
Introduction (2)
� champ d’application très vaste• constructions (génie civil ou bâtiments)• mécanique (machines, moteurs, avions)• chimie (réservoirs, chaudières)• électricité (câbles, pylônes, centrales)• physique (physique du solide)• matériaux (physique des matériaux)• ….
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1-7
J. von Spreckelsen, La Grande Arche de la Défense, Paris, 1982-89http://www.bouygues.fr
bâtiments ...
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1-8
Pont sur le Tage, Lisboa
ouvrages d’art ...
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1-9
Flux de contrainte dans arbre mécanique A. H. Burr, Mechanical analysis and Design
constructions mécaniques ...
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1-10
réservoirs ...
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1-11
silos ...
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1-12
centrale électrique ...
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1-13
panneaux solaires ...
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1-14
Y.C. Fung, Biomechanics, Springer-Verlag, New York, 1990
direction principale
direction principale
II
I
biomécanique ...
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1-15
Introduction (3)
� Étude– de la résistance
• étude des forces internes
– de la rigidité• étude des déformations et des déplacements
– des instabilités• étude des conditions d’équilibre liées aux
caractéristiques de la matière
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1-16
la résistance …
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1-17
E. Beaudoin & M. Lods, Ecole en pleine air à Suresnes, 1932-35P. Gössel & G. Leuthaüser, L’architecture au XXème siècle, Taschen, 1991
menuiseries métalliques pliables
ne peut pas se déformer exagérément !!
limiter les déplacements
la rigidité ...
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1-18
vent
button
les instabilités ...
Casa Grande Ruins, Hohokam village, Arizona, USA, 12ème siècle
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1-19
flambement
Instabilités ...
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1-20
Introduction (3)
� Étude– de la résistance,– de la rigidité,– des instabilités.
� Deux aspects– la YpULILFDWLRQ des structures,– le GLPHQVLRQQHPHQW des structures.
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1-21
Vérification des structures
� On FRQQDvW– les actions (forces extérieures),– les dimensions,– les matériaux
� On FDOFXOH les forces internes, lesdéplacements, ...
� On YpULILH que– ces grandeurs restent inférieures aux limites
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1-22
expérience de l’ingénieur
Dimensionnement des structures
� On connaît– les actions (forces extérieures)– le degré de sécurité à atteindre
� On détermine le choix optimal– des dimensions, des matériaux
� Processus de conception– avant-projet, vérification, itération
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1-23
Plan du cours : introduction
– rappels mécanique des solides déformables– définition de la sécurité structurale
• déterministe vs. probabiliste (états limites)
– schéma statique• actions sur les structures• appuis et liaisons• éléments structuraux
– cas particulier : la poutre• définition, sollicitations (éléments de réduction)
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1-24
Plan du cours
� 1ère partie : analyse élastique– traction et compression pures– flexion pure– flexion simple (cisaillante)– flexion gauche– flexion composée– introduction à la torsion– travaux virtuels et calcul des déplacements
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1-25
Plan du cours
� 2ème partie : analyse limite– propriétés mécaniques des matériaux
• description des essais en laboratoire
– traction plastique
� 3ème partie : instabilités– flambement de pièces longues
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1-26
Références bibliographiques
� Ouvrage de référence principal– F. Frey, Analyse des structures et milieux continus.
Vol.2: mécanique des structures, Pressespolytechniques et universitaires romandes, Lausanne,1994
� Système d’axes et convention de signe– C. Massonnet & S. Cescotto, Mécanique des
matériaux, De Boeck Université, Bruxelles, 1992
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1-27
Références bibliographiques
� Autres ouvrages (exemples)– A. H. Burr, Mechanical analysis and design, Elsevier,
Amsterdam, 1984
– G. M. Seed, Strength of materials, Saxe-Coburgpublications, Edinburgh, 2000
– A. Bazergui et al., Résistance des matériaux, Pressesinternationales Polytechnique, Montréal, 2002, ISBN2-553-01034-6
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1-28
Renseignements pratiques
� Localisation :– Service des Milieux Continus, Bât C,
87 Av. Buyl, 4ème niveau
� Serveur Web : http://www.ulb.ac.be/smc– transparents disponibles en PDF– attention à la taille des fichiers !
� e-mail : philippe.bouillard@ulb.ac.be
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1-29
Organisation du cours
� Cours oral = 2 ECTS– 12 cours de 2h, si possible interactifs– mise en perspective, tout n’est pas exposé– pas de notes, consulter des ouvrages !
� Séances d’exercices = 2 ECTS– 12 séances de 2h sur les thèmes principaux– applications illustratives et concrètes
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1-30
Organisation du cours
� Modalités d’examen– janvier :
• examen écrit (théorie 50% + exercices 50%)• oral facultatif (écrit 50% + oral 50%)
– août :• examen écrit (th. 50% + ex. 50%), PAS D’ORAL
– théorie avec formulaire, exercices avecnotes