Technologie/Éléments théoriques et pratiques/Résistance des matériaux

La résistance des matériaux (RDM) est l'étude de la résistance et de la déformation des éléments d'une structure (arbres de transmission, bâtiments, ponts, ...) dans le but de déterminer ou de vérifier leurs dimensions afin qu'ils supportent les charges dans des conditions de sécurité satisfaisantes et au meilleur coût (optimisation des formes, dimensions, nature des matériaux ...).

Éléments théoriques et pratiques

plan du chapitre en cours

Éléments théoriques et pratiques

Théorie des mécanismes
Résistance des matériaux
Tribologie A, B, C (étude des frottements, de l'usure, des contacts mécaniques et de la lubrification)
Règles de tracé des pièces mécaniques
Conception des fondations et des bâtis de machines

Niveau

A - débutant
B - lecteur averti
C - compléments

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■ préface - SOMMAIRE COMPLET

SOMMAIRE COMPLET

■ Aspects généraux

■ Éléments de machines

Transmissions mécaniques

Technologie Modèles

Ce document fait partie de la collection « RÉSISTANCE DES MATÉRIAUX » (CDU : 6)

Essais

Effectués en laboratoire ou sur le terrain, les essais apportent des renseignements précis et fiables sur les performances d'un matériau. Il en existe un grand nombre qui sont réglementés par des normes internationales pour la plupart.

Tableau 2.5.1. Principaux essais

Type d'essais	Exemples
Essais mécaniques	traction, dureté, résilience, fatigue, fluage ...
Essais pour la productique	emboutissage, pliage, usinabilité ...
Essais sur les surfaces	abrasion, rayures, rugosité, adhérence ...
Essais sur les fluides	viscosité, écoulement ...

Hypothèses et définitions pour les essais

Poutre

Une poutre est un solide engendré par une surface plane S (ou section droite de la poutre) dont le centre de gravité décrit une courbe C, appelée ligne moyenne.

Les solides idéaux sont des poutres présentant:

des sections droites constantes ou peu variables en dimensions et en forme,
des dimensions longitudinales importantes par rapport aux dimensions transversales (L > 4 ou 5 D_S),
un plan de symétrie longitudinal ou transverse.

Résistance des matériaux

Théorie des poutres
- Formulaire des poutres simples - Efforts de cohésion
- Formulaire des poutres simples - Déformée

Homogénéité et isotropie

Pour simplifier les essais on admet que les matériaux ont les mêmes propriétés mécaniques en tous points (homogènes) et dans toutes les directions (isotropes). L'isotropie n'est pas vérifiée pour les aciers laminés et forgés ainsi que pour les matériaux fibrés (bois, matériaux composites ...).

Déformation, élasticité et plasticité

Les déformations résultent des charges appliquées sur les objets et varient avec elles. Elles sont mises en évidence par la variation des dimensions ; elles peuvent être élastiques ou plastiques. L’élasticité caractérise l'aptitude qu'a un matériau à reprendre sa forme et ses dimensions initiales après avoir été déformé. Un ressort chargé normalement est élastique. Par contre, la plasticité caractérise un matériau qui ne reprend pas sa forme et ses dimensions initiales après avoir subi une déformation. La pâte à modeler a un comportement plastique.

Actions mécaniques

Les actions mécaniques, appliquées en un point, peuvent être représentées des vecteurs glissants. On admet que le chargement de la poutre se fait lentement et régulièrement dans le plan de symétrie de celle-ci.

Il n'existe que deux types de chargements, soit une action mécanique :

localisée (ou concentrée) représentée par un vecteur glissant.
répartie représentée par sa densité linéique en N/m ou surfacique en N/m²

Les contraintes (unité : Pa, mais on utilise plus couramment le MPa) caractérisent les actions mécaniques de cohésion qui existent entre les grains de matière d'un matériau.

Hypothèses sur l'influence des déformations

Les calculs de résistance des matériaux effectués dans le cadre de la théorie des poutres ne sont valables que dans un domaine défini par les hypothèses suivantes :

Hypothèse des solides indéformables. Dans le domaine élastique, les déformations sont très faibles, elles ne modifient pas les actions mécaniques calculées par la statique.
Hypothèse de Navier-Bernoulli. Les sections planes et droites (normales à la ligne moyenne) avant déformation, restent planes et droites après déformation (normales à la ligne moyenne déformée).
Hypothèse de Barré de Saint-Venant. Dans une section droite S éloignée de la zone où les charges sont appliquées, la répartition des déformations et des contraintes ne dépend que des éléments de réduction du torseur des actions mécaniques appliquées. Par contre, dans une section droite S proche de la zone où les charges sont appliquées, la répartition des déformations et des contraintes dépend de la répartition des charges appliquées.
Principe de superposition. La déformation/contrainte en un point M de la poutre due à plusieurs actions mécaniques est égale à la somme des déformations/contraintes dues à chaque action mécanique agissant isolément.

Définition des appuis

En technologie, il existe quatre principaux types de liaison poutre/bâti.

Tableau 2.5.2. Principaux appuis

Type d'appui	Résultante	Moment	Symbole
Simple d'axe ${\vec {X}}$ ou ${\vec {Z}}$	Perpendiculaire ${\vec {X}}$	Nul	Image:Simple_app.png
Pivot d'axe ${\vec {X}}$ ou ${\vec {Z}}$	Appartenant à $({\vec {X}},{\vec {Y}})$ ou $({\vec {X}},{\vec {Z}})$	Sur ${\vec {X}}$ ou nul	Image:Pivot_app.png
Rotule	Appartenant à $({\vec {X}},{\vec {Y}})$ ou $({\vec {X}},{\vec {Z}})$	Nul	Image:Rotule_app.png
Encastrement	Quelconque	Quelconque	Image:Encast_app.png