Déformation Axiale Due à la Température

Déformation Axiale Due à la Température

Comprendre la Déformation Axiale Due à la Température

Un ingénieur civil doit concevoir un pylône de transmission électrique qui traverse une région soumise à des variations de température extrêmes.

Le pylône est constitué d’une série de barres en acier alignées verticalement et horizontalement, exposées à des températures variant de -20°C en hiver à 40°C en été.

L’ingénieur doit calculer la déformation axiale de ces barres pour s’assurer que la structure peut supporter ces changements sans risque de défaillance.

Comprendre le calcul du Cisaillement simple d’un axe et de le Calcul des déformations dans une poutre,cliquez sur les liens

Données de l’exercice:

  • Matériau: Acier
  • Module d’Young (E): 210 GPa (gigapascals)
  • Coefficient de dilatation thermique (\(\alpha\)): \(12 \times 10^{-6} / ^\circ C\)
  • Longueur initiale de la barre (\(L_0\)): 30 m
  • Diamètre de la barre (\(d\)): 5 cm
  • Température initiale (\(T_0\)): 20°C
  • Charge axiale appliquée (\(P\)): 50 kN (kilonewtons)
  • Température finale (\(T_1\)): 40°C
    Déformation Axiale Due à la Température

    Questions:

    1. Calcul de la déformation due à la charge axiale:

    • Déterminer la déformation axiale causée par la charge appliquée

    2. Calcul de la déformation due au changement de température:

    • Calculer la déformation axiale due au changement de température

    3. Déformation totale:

    • Déterminer la déformation totale de la barre en additionnant les déformations dues à la charge et à la dilatation thermique.

    Correction : Déformation Axiale Due à la Température

    Données et formules:

    • Module d’Young (E)}: 210 GPa = \(210 \times 10^9\) Pa
    • Coefficient de dilatation thermique (\(\alpha\)): \(12 \times 10^{-6}\) /°C
    • Longueur initiale de la barre (\(L_0\)): 30 m
    • Diamètre de la barre (d): 5 cm = 0.05 m
    • Température initiale (\(T_0\)): 20°C
    • Charge axiale appliquée (P): 50 kN = \(50 \times 10^3\) N
    • Température finale (\(T_1\)): 40°C

    Calcul de l’aire de la section transversale (A)

    L’aire de la section transversale d’une barre circulaire est donnée par:

    \[ A = \pi \frac{d^2}{4} \] \[ A = \pi \left(\frac{0.05 \, \text{m}}{2}\right)^2 \] \[ A = \pi (0.025 \, \text{m})^2 \] \[ A = 0.001963 \, \text{m}^2 \]

    1. Déformation due à la charge axiale (\(\delta_L\))

    \[ \delta_L = \frac{P \cdot L_0}{A \cdot E} \]

    Substituant les valeurs:

    \[ \delta_L = \frac{50 \times 10^3 \, \text{N} \times 30 \, \text{m}}{0.001963 \, \text{m}^2 \times 210 \times 10^9 \, \text{Pa}} \] \[ \delta_L = 0.00364 \, \text{m} \] \[ \delta_L = 3.64 \, \text{mm} \]

    2. Déformation due au changement de température (\(\delta_T\))

    \[ \delta_T = \alpha \cdot (T_1 – T_0) \cdot L_0 \]

    Substituant les valeurs:

    \[ \delta_T = 12 \times 10^{-6} /°C \times (40°C – 20°C) \times 30 \, \text{m} \] \[ \delta_T = 0.0072 \, \text{m} \] \[ \delta_T = 7.2 \, \text{mm} \]

    3. Déformation totale de la barre

    • Déformation totale:

    \[ = \delta_L + \delta_T \] \[ = 3.64 \, \text{mm} + 7.2 \, \text{mm} \] \[ = 10.84 \, \text{mm} \]

    Conclusion

    La barre en acier se déformera d’un total de 10.84 mm sous l’effet combiné de la charge axiale et du changement de température.

    Cela permet à l’ingénieur de comprendre que la structure peut subir des déformations significatives dues à des forces mécaniques et des variations thermiques, et que ces facteurs doivent être pris en compte lors de la conception de structures résistantes et sécuritaires.

    Déformation Axiale Due à la Température

    D’autres exercices de Rdm: 

    Chers passionnés de génie civil,

    Nous nous efforçons constamment d’améliorer la qualité et l’exactitude de nos exercices sur notre site. Si vous remarquez une erreur mathématique, ou si vous avez des retours à partager, n’hésitez pas à nous en informer. Votre aide est précieuse pour perfectionner nos ressources. Merci de contribuer à notre communauté !

    Cordialement, EGC – Génie Civil

    0 commentaires

    Soumettre un commentaire

    Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

    Étude des Forces dans les Barres d’une Structure

    Étude des Forces dans les Barres d'une Structure Comprendre l'Étude des Forces dans les Barres d'une Structure Dans le cadre d'une mission d'ingénierie civile, vous êtes chargé de vérifier la stabilité d'une structure temporaire utilisée lors d'un événement en plein...

    Calcul du Degré d’Hyperstaticité

    Calcul du Degré d’Hyperstaticité Comprendre le Calcul du Degré d’Hyperstaticité Un ingénieur civil est chargé de concevoir un pont en poutre simplement supporté, mais décide d'ajouter des appuis supplémentaires pour augmenter la stabilité du pont. Le pont est...

    Calcul du Moment Quadratique d’une Poutre

    Calcul du Moment Quadratique d'une Poutre Comprendre le Calcul du Moment Quadratique d'une Poutre Une entreprise de construction doit installer une poutre en acier pour soutenir une partie du toit d'un petit entrepôt. La poutre, de forme rectangulaire, est positionnée...

    Calcul du Rayon de Giration

    Calcul du Rayon de Giration Comprendre le Calcul du Rayon de Giration Dans le cadre de la conception d'un pont piétonnier, il est essentiel d'analyser la stabilité des piliers en acier qui soutiendront le tablier. Le calcul du rayon de giration des sections...

    Caractéristiques Géométriques de Sections

    Caractéristiques Géométriques de Sections Comprendre le calcul des Caractéristiques Géométriques de Sections Dans le cadre de la conception d'une poutre pour un pont piétonnier, il est nécessaire de déterminer les caractéristiques géométriques de la section...

    Calcul du Centre de Gravité d’une Poutre

    Calcul du Centre de Gravité d'une Poutre Comprendre le Calcul du Centre de Gravité d'une Poutre Dans le cadre de la conception d'une structure métallique légère pour une nouvelle installation sportive, un ingénieur doit déterminer le centre de gravité d'une poutre en...

    Calcul de la Flèche en Mi-Travée d’une Poutre

    Calcul de la Flèche en Mi-Travée d'une Poutre Comprendre le Calcul de la Flèche en Mi-Travée d'une Poutre Une poutre en acier, simplement appuyée aux deux extrémités, est soumise à une charge uniformément répartie. L'objectif est de calculer la flèche maximale à...

    Calcul de l’effort tranchant dans une poutre

    Calcul de l'effort tranchant dans une poutre Comprendre le Calcul de l'effort tranchant dans une poutre Vous êtes un ingénieur en charge de la conception d'un pont destiné à un trafic léger dans une zone urbaine. Vous devez vérifier la capacité d'une poutre du pont à...

    Calcul du Moment Fléchissant Maximal

    Calcul du Moment Fléchissant Maximal Comprendre le Calcul du Moment Fléchissant Maximal Considérez une poutre en acier de longueur \(L = 6\) mètres, avec une extrémité encastrée et l'autre extrémité libre. Cette poutre est soumise à une charge uniformément répartie de...

    Calcul du Facteur de Sécurité

    Calcul du Facteur de Sécurité d’une Poutre Comprendre le calcul du facteur de sécurité d'une poutre Vous êtes ingénieur en structure et devez vérifier la sécurité d'une poutre en acier dans une construction. Le but de cet exercice est de déterminer le facteur de...