Critère de Rupture de Von Mises

Critère de Rupture de Von Mises

Comprendre le critère de Rupture de Von Mises

Vous êtes ingénieur en génie civil et travaillez sur la conception d’une poutre en acier qui fera partie d’une structure de pont.

Cette poutre sera soumise à divers types de charges et contraintes en service. Pour garantir la sécurité et la durabilité de la structure, vous devez vérifier que la poutre respecte le critère de rupture de Von Mises.

Pour comprendre le Calcul des déformations dans une poutre, cliquez sur le lien.

Données :

  • Matériau de la poutre: Acier avec une limite d’élasticité de 250 MPa.
  • La poutre est soumise à un état de contrainte triaxial avec les contraintes principales suivantes :
    • σ1 = 60 MPa (tension)
    • σ2 = -30 MPa (compression)
    • σ3 = 40 MPa (tension)
  • La poutre subit également une contrainte de cisaillement τxy = 20 MPa.
critère de Rupture de Von Mises

Question :

1. Calculez la contrainte équivalente de Von Mises pour la poutre.

2. Déterminez si la poutre répond aux critères de sécurité selon le critère de rupture de Von Mises.

3. Commentez sur la marge de sécurité de la conception.

Correction : critère de Rupture de Von Mises

1. Calcul de la Contrainte de Von Mises

La contrainte de Von Mises (\(\sigma_{\text{vM}}\)) est calculée en utilisant l’expression:

\( \sigma_{\text{vM}} = \sqrt{\frac{1}{2} \left[ (\sigma_1 – \sigma_2)^2 + (\sigma_2 – \sigma_3)^2 + (\sigma_1 – \sigma_3)^2 \right] + 3\tau_{xy}^2 } \)

En insérant les valeurs données :

\( \sigma_{\text{vM}} = \sqrt{\frac{1}{2} \left[ (60 – (-30))^2 + ((-30) – 40)^2 + (60 – 40)^2 \right] + 3(20)^2 } \)

\( \sigma_{\text{vM}} = \sqrt{\frac{1}{2} \left[ 90^2 + (-70)^2 + 20^2 \right] + 3(400) } \) \[ \sigma_{\text{vM}} = \sqrt{7900} \] \[ \sigma_{\text{vM}} \approx 88.88 \, \text{MPa} \]

2. Vérification du Critère de Sécurité

Le critère de Von Mises stipule que la structure est sûre tant que la contrainte équivalente est inférieure à la limite d’élasticité du matériau.

Comparons \(\sigma_{\text{vM}}\) à la limite d’élasticité :

\[ 88.88 \, \text{MPa} < 250 \, \text{MPa} \]

La contrainte équivalente de Von Mises est bien inférieure à la limite d’élasticité de l’acier, donc la poutre respecte le critère de rupture de Von Mises.

3. Marge de Sécurité

La marge de sécurité est le rapport entre la limite d’élasticité et la contrainte équivalente :

  • Marge de sécurité

\[ = \frac{250 \, \text{MPa}}{88.88 \, \text{MPa}}
\]
\[
\text{Marge de sécurité} \approx 2.81
\]

Une marge de sécurité de 2.81 signifie que la poutre peut supporter des contraintes environ 2.81 fois supérieures aux contraintes actuelles avant d’atteindre la limite d’élasticité.

Cette marge indique une conception sûre sous les conditions données.

Conclusion

La poutre en acier, sous les contraintes données, respecte le critère de rupture de Von Mises et possède une marge de sécurité suffisante, ce qui indique une conception adéquate pour les conditions de charge spécifiées.

Cette analyse est cruciale pour garantir la sécurité et la durabilité de la structure dans le cadre du génie civil.

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 *

Contrainte en un Point Spécifique d’une Poutre

Contrainte en un Point Spécifique d'une Poutre Comprendre la Contrainte en un Point Spécifique d'une Poutre Un ingénieur en génie civil est chargé de concevoir une poutre en acier qui doit supporter des charges spécifiques dans un bâtiment commercial. La poutre est...

Application de la Méthode des Trois Moments

Application de la Méthode des Trois Moments Comprendre l'Application de la Méthode des Trois Moments On considère une poutre continue en béton armé reposant sur trois appuis simples (A, B, C). Cette poutre supporte à la fois des charges uniformément réparties et des...

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...