Propriétés mécaniques des matériaux

Propriétés Mécaniques des Matériaux

Contexte sur les propriétés mécaniques des matériaux

Vous êtes un ingénieur travaillant sur la conception d’une poutre pour un petit pont. La poutre est faite d’un acier standard, et elle doit supporter une charge uniformément répartie, incluant le poids du pont et une charge supplémentaire due au trafic.

Pour comprendre l’Analyse d’une Poutre en Acier, cliquez sur le lien.

Données :

  • Matériau de la poutre : Acier
  • Module de Young de l’acier : 210 GPa
  • Limite élastique de l’acier : 250 MPa
  • Longueur de la poutre : 10 m
  • Largeur de la poutre : 0.3 m
  • Hauteur de la poutre : 0.6 m
  • Charge uniformément répartie (y compris le poids du pont) : 30 kN/m

Questions :

  1. Calculez le moment d’inertie de la section de la poutre.
  2. Déterminez la charge maximale supplémentaire que la poutre peut supporter sans dépasser la limite élastique de l’acier.
  3. Calculez la flèche maximale de la poutre sous cette charge supplémentaire, en supposant un comportement élastique linéaire.

Correction : propriétés mécaniques des matériaux

1. Calcul du Moment d’Inertie de la Section de la Poutre

La formule pour calculer le moment d’inertie \(I\) d’une section rectangulaire autour de son axe central est:

\[I = \frac{1}{12} \times b \times h^3\]

où \(b\) est la largeur de la poutre et \(h\) est sa hauteur.

  • Largeur de la poutre, \(b\): 0.3 m
  • Hauteur de la poutre, \(h\): 0.6 m

Substitution des valeurs:

\[I = \frac{1}{12} \times 0.3 \times (0.6)^3 \] \[I = 0.0054 \, m^4\]

Le moment d’inertie de la section de la poutre est donc \(0.0054 \, m^4\).

2. Charge Maximale Supplémentaire Supportable

Pour déterminer la charge maximale supplémentaire que la poutre peut supporter sans dépasser la limite élastique de l’acier, nous utilisons la formule de la contrainte de flexion en un point le plus éloigné de l’axe neutre:

\[\sigma = \frac{M \times y}{I}\]

où:

  • \(\sigma\) est la contrainte de flexion,
  • \(M\) est le moment de flexion,
  • \(y\) est la distance du centre neutre (dans ce cas, \(y = \frac{h}{2}\)),
  • \(I\) est le moment d’inertie de la section.

Le moment de flexion maximal supportable sans dépasser la limite élastique, \(M\), peut être exprimé en fonction de la charge uniformément répartie totale, \(q_{\text{total}}\), comme suit:

\[M = \frac{q_{\text{total}} \times L^2}{8}\]

En réarrangeant pour trouver la charge additionnelle supportable, \(q_{\text{add}}\), nous avons:

\[q_{\text{add}} = \left(\frac{\sigma_{\text{max}} \times 8 \times I}{L^2 \times y}\right) – q_{\text{existante}}\]

  • Limite élastique de l’acier, \(\sigma_{\text{max}}: 250\, MPa = 250\times10^6 \, Pa\)
  • Longueur de la poutre, \(L : 10\, m\)
  • Charge existante, \(q_{\text{existante}}: 30\, kN/m = 30\times10^3 \, N/m\)

Substitution des valeurs:

\[q_{\text{add}} = \left(\frac{250 \times 10^6 \times 8 \times 0.0054}{10^2 \times 0.3}\right) – 30 \times 10^3 \] \[q_{\text{add}} = 330 \, kN/m\]

La poutre peut supporter une charge maximale supplémentaire de \(330 \, kN/m\) sans dépasser la limite élastique de l’acier.

3. Calcul de la Flèche Maximale de la Poutre

La flèche maximale, \(\delta\), sous une charge uniformément répartie est donnée par la formule:

\[\delta = \frac{5 \times q \times L^4}{384 \times E \times I}\]

  • Charge totale, \(q\): 30 kN/m (existante) + 330 kN/m (supplémentaire) = 360 kN/m
  • Module de Young de l’acier, \(E\): 210 GPa = \(210\times10^9 \, Pa\)
  • Moment d’inertie, \(I\): \(0.0054 m^4\)

Substitution des valeurs:

\[\delta = \frac{5 \times 360 \times 10^3 \times 10^4}{384 \times 210 \times 10^9 \times 0.0054} \] \[ \delta =\frac{18000000}{453.312} \] \[ \delta \approx 39.72 \]

La flèche maximale de la poutre sous la charge totale est d’environ 39.72 mm.

Propriétés mécaniques des matériaux

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 de l’axe neutre en RDM

CALCUL DE L’AXE NEUTRE EN RDM Comprendre le calcul de l'axe neutre en rdm Vous êtes un ingénieur en structure chargé de concevoir un pont en poutre. Pour garantir la sécurité et l'efficacité de la structure, il est crucial de déterminer la position de l'axe neutre de...

Calcul des réactions d’appui

Calcul des réactions d'appui Comprendre le calcul des réactions d'appui Vous êtes un ingénieur chargé de concevoir un pont pour une nouvelle route. Le pont doit être capable de supporter une charge uniformément répartie ainsi que des charges concentrées dues à des...

Module d’Élasticité et de Résistance sous Charge

Module d'Élasticité et de Résistance sous Charge Comprendre le calcul module d'Élasticité et de Résistance sous Charge Vous êtes un ingénieur travaillant sur la conception d'une passerelle piétonne. Cette passerelle doit être construite en acier et être capable de...

Calcul de la contrainte tangentielle

Calcul de la contrainte tangentielle Comprendre le calcul de la contrainte tangentielle Une poutre en acier, encastrée à une extrémité, est soumise à un chargement uniformément réparti le long de sa longueur. Longueur de la poutre (L) : 6 mètres. Largeur de la poutre...

Contraintes en fibres extrêmes et intermédiaires

Contraintes en fibres extrêmes et intermédiaires Comprendre la contraintes en fibres extrêmes et intermédiaires Vous êtes ingénieur en structure et devez analyser une poutre en acier soumise à une charge uniformément répartie. La poutre a une section transversale...

Calcul des Contraintes Principales

Calcul des Contraintes Principales Comprendre le calcul des Contraintes Principales Dans un projet de construction d'un pont, les ingénieurs doivent évaluer la sécurité de la structure sous différentes charges. Un élément structurel clé, une poutre en acier, est...

Cisaillement dans une poutre

Cisaillement dans une poutre Comprendre le cisaillement dans une poutre Vous êtes ingénieur en structure et vous devez analyser une poutre en acier simplement appuyée qui supporte une charge uniformément répartie ainsi que des charges concentrées. L'objectif est de...

Comportement plastique et la rupture

Comportement plastique et la rupture Comprendre le comportement plastique et la rupture Un ingénieur conçoit une poutre en acier pour supporter une charge dans une construction industrielle. L'acier a un comportement élastoplastique et l'ingénieur doit s'assurer que...

La loi de Hooke calcul

La loi de Hooke Exercice corrigé Comprendre le calcul selon la loi de Hooke Dans un laboratoire de mécanique, un ingénieur teste la résilience d'un ressort en acier. Il souhaite comprendre comment le ressort réagit sous différentes charges et jusqu'à quel point il...

Comportement d’un Matériau sous Charge

Comportement d'un Matériau sous Charge Comprendre le comportement d'un Matériau sous Charge Un barreau en acier (considéré comme un matériau isotrope et homogène) de longueur initiale \(L_0\) et de diamètre \(d_0\) est soumis à une charge de traction axiale. Pour...