Calcul de la Déflexion Totale

Calcul de la Déflexion Totale

Comprendre le calcul de la Déflexion Totale

Contexte et Données :

Une poutre horizontale uniforme de longueur L = 6 mètres, de module d’élasticité E = 200 GPa et de moment d’inertie \(I = 300 \times 10^{-6}\) m\(^4\).

La poutre est simplement appuyée à ses deux extrémités. Elle subit une charge uniformément répartie \(q = 5\) kN/m sur toute sa longueur.

Pour comprendre le Calcul de flèche d’une poutre, cliquez sur le lien.

Questions :

1. Calcul de la Réaction aux Appuis :
Déterminer les réactions aux appuis en A et B.

2. Détermination de l’Équation de la Ligne Élastique :
Établir l’équation différentielle de la ligne élastique de la poutre. Résoudre cette équation pour obtenir la forme de la courbe de déflexion de la poutre.

3. Calcul de la Déflexion Maximale :
Calculer la déflexion maximale de la poutre. Identifier sa position le long de la poutre.

4. Analyse de l’Effet d’une Charge Ponctuelle :
Supposer maintenant qu’une charge ponctuelle \(P = 10\) kN est appliquée au milieu de la poutre. Recalculer la déflexion maximale. Comparer cette déflexion à celle obtenue avec la charge uniformément répartie.

Correction : calcul de la Déflexion Totale

1. Calcul des Réactions aux Appuis

Pour une poutre simplement appuyée aux deux extrémités et soumise à une charge uniformément répartie \( q \), les réactions aux appuis sont égales et chacune vaut la moitié de la charge totale. La charge totale \( Q \) est donnée par \( Q = q \times L \).

\[ Q = 5 \, \text{kN/m} \times 6 \, \text{m} = 30 \, \text{kN} \]

Ainsi, chaque réaction aux appuis, \( R_A \) et \( R_B \), est de \( 15 \, \text{kN} \).

2. Équation de la Ligne Élastique

L’équation différentielle de la ligne élastique pour une poutre sous charge uniformément répartie est :

\[ \frac{d^2y}{dx^2} = \frac{-q}{EI} \]

Pour une charge uniforme, cette équation se simplifie en :

\[ \frac{d^2y}{dx^2} = \frac{-5 \times 6}{200 \times 10^9 \times 300 \times 10^{-6}} \]

Après avoir intégré l’équation différentielle deux fois, nous obtenons les expressions suivantes pour la pente \( y'(x) \) et la déflexion \( y(x) \) de la poutre :

  • Expression de la pente \( y'(x) \) :

\[ y'(x) = C1 – 5.0 \times 10^{-7} \, x \]

  • Expression de la déflexion \( y(x) \) :

\( y(x) = C1 \times x + C2 – 2.5 \times 10^{-7} \, x^2 \)

Où \( C1 \) et \( C2 \) sont des constantes d’intégration. Pour déterminer ces constantes, il faut utiliser les conditions aux limites de la poutre.

Par exemple, pour une poutre simplement appuyée, les conditions aux limites sont généralement que la déflexion est nulle aux appuis (en \( x = 0 \) et \( x = L \)).

Utilisons ces conditions pour trouver les valeurs de \( C1 \) et \( C2 \).

Expression de la déflexion y(x) avant application des conditions aux limites

\[ y(x) = -2.5 \times 10^{-7} \, x^2 + C1 \, x + C2 \]

Application des conditions aux limites

Pour une poutre simplement appuyée, la déflexion est nulle aux appuis, donc :

\( \text{À } x = 0, \, y(0) = 0 \)
\( \text{À } x = L \, (\text{où } L = 6 \text{ mètres}), \, y(L) = 0 \)

Établissement et résolution des équations

  • y(0) = 0

\[ -2.5 \times 10^{-7} \times 0^2 + C1 \times 0 + C2 = 0 \]

  • y(L) = 0

\[ -2.5 \times 10^{-7} \times 6^2 + C1 \times 6 + C2 = 0 \]

En résolvant ces équations, on obtient :

\begin{align*}
&C1 = 1.5 \times 10^{-6} \\
&C2 = 0
\end{align*}

Ainsi, l’équation de la courbe de déflexion \( y(x) \) de la poutre devient :

\[ y(x) = -2.5 \times 10^{-7} \, x^2 + 1.5 \times 10^{-6} \, x \]

Cette équation décrit la forme de la courbe de déflexion de la poutre sous une charge uniformément répartie, en tenant compte des conditions aux limites d’une poutre simplement appuyée.

Elle permet de calculer la déflexion à n’importe quel point le long de la poutre.

3. Déflexion Maximale

La déflexion maximale pour une charge uniformément répartie se produit au milieu de la poutre et est donnée par la formule :

\[ y_{\text{max}} = \frac{5qL^4}{384EI} \]

En substituant les valeurs, on obtient :

\[ y_{\text{max}} = \frac{5 \times 5 \times 6^4}{384 \times 200 \times 10^9 \times 300 \times 10^{-6}} \]

\[y_{\text{max, uniform}} = 1.406 \times 10^{-6} \, \text{m} \, (\text{ou} \, 1.406 \, \mu\text{m})\]

4. Effet d’une Charge Ponctuelle

Si une charge ponctuelle \( P = 10 \, \text{kN} \) est appliquée au milieu, la déflexion maximale due à cette charge est :

\[ y_{\text{max, P}} = \frac{PL^3}{48EI} \]

En substituant les valeurs :

\[y_{\text{max, P}} = \frac{10 \times 6^3}{48 \times 200 \times 10^9 \times 300 \times 10^{-6}}\]

\[y_{\text{max, point}} = 0.750 \times 10^{-6} \, \text{m} \, (\text{ou} \, 0.750 \, \mu\text{m})\]

  • Déflexion totale :

\[ y_{\text{total}} = y_{\text{max, uniform}} + y_{\text{max, point}} \] \[ y_{\text{total}} = 2.156 \times 10^{-6} \, \text{m} \, (\text{ou} \, 2.156 \, \mu\text{m}) \]

Calcul de la Déflexion Totale

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 *

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...

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...

Contrainte et Raccourcissement dans une Poutre

Contrainte et Raccourcissement dans une Poutre Comprendre la Contrainte et Raccourcissement dans une Poutre Vous êtes ingénieur dans une entreprise de construction et vous devez analyser l'intégrité structurelle d'une poutre utilisée dans la construction d'un pont. La...