Tpe RDM 3-2
Tpe RDM 3-2
Tpe RDM 3-2
Réalisée par :
Mouna CHATMEN
Wassim BOUZNIF
1er année génie mécanique
groupe1
2019-2020
Partie I: Étude d’un système hyperstatique : Portique
1-
a) Puisque le problème est plan on considère seulement les efforts sur le plan (X ,Y)
et les moments sur Z .
-Les inconnues des liaisons sont :
En A : 𝑋𝐴 , 𝑌𝐴 , 𝑀𝐴
En B : 𝑋𝐵 , 𝑌𝐵 , 𝑀𝐵
En C : 𝑋𝐶 =𝑌𝐶
-Si on applique le PFS sur la poutre ABC et sur la poutre BD on obtient 6 équations
scalaires donc ce système de 6 équation à 8 inconnus est hyperstatique,
d’hyperstaticité 2.
𝑋𝐴 + 𝑋𝐵 + 𝑋𝐶 = 0
b) PFS sur AC :{ 𝑌𝐴 + 𝑌𝐵 + 𝑌𝐶 = 0
∑ 𝑀/𝐶 = 0 = 𝑀𝐴 + 𝑀𝐵 + l ∗ 𝑋𝐵 + 2 ∗ 𝑙 ∗ 𝑋𝐴 = 0
𝑋𝐴 + 𝑋𝐶 = 0
{ 𝑋𝐴 + 𝑌𝐶 − 𝐹 = 0
𝑀𝐴 − 𝐹𝑙 + 2𝑙 ∗ 𝑋𝐴 = 0
−𝑋𝐵 = 0 𝑋𝐵 = 0
PFS sur BD : { −𝑋𝐵 − 𝐹 = 0 { 𝑋𝐵 = −𝐹
−𝑀𝐵 − 𝐹𝑙 = 0 𝑀𝐵 = −𝐹𝑙
c) On divise la portique en 3 zones : AB ;BC ;BD :
- zone AB 0≤ y ≤ l :
𝑁𝑦 = 𝑌𝐴 = -𝑌𝐵 − 𝑌𝐶
𝑇𝑋 = 𝑋𝐴 =−𝑋𝐶
𝑀𝑓𝑥 =𝑀𝐴 +y*𝑋𝐴 = 𝑀𝐵 +(2*l-y)𝑋𝐶
- zone BC 0≤ y ≤ l :
𝑁𝑦 =- 𝑌𝐶 = 𝑌𝐵 + 𝑌𝐴
𝑇𝑋 = −𝑋𝐶 =𝑋𝐴
𝑀𝑓𝑧 = (2*l-y)𝑋𝐶 = 𝑀𝐴 +𝑀𝐵 +y*𝑋𝐴
-zone BD :
𝑁𝑥 =0
𝑇𝑦 =F
𝑀𝑓𝑧 =F*(l-x)
2-
a) En négligent les efforts tranchant:
On récapitule tout d’abord que pour la partie ABC on a :
Zone AB Zone BC
N =F - 𝑌𝐶 N = -𝑌𝐶
𝑀𝑓𝑧 = Fl +(2l –y)*𝑋𝐶 𝑀𝑓𝑧 = -(2l –y)*𝑋𝐶
La méthode énergétique donne :
𝑙 (𝐹−𝑌𝐶 )2 (𝐹∗𝑙+(2∗𝑙−𝑦)∗𝑋𝐶 )2 2𝑙 ( −𝑌 )2 (−(2l –y)∗𝑋𝐶) 2
2*E*W =∫0 (
𝑆
+
𝐼𝐺𝑧
)dy + ∫𝑙 ( 𝑆𝐶 +
𝐼𝐺 𝑧
)dy
Détermination de 𝑌𝐶 :
∂W 𝑙 2𝑙
= 0 ∫0 2 𝑌𝐶 − 2𝐹 𝑑𝑦 + ∫𝑙 2𝑌𝐶 𝑑𝑦 =0
∂𝑌𝐶
l(2𝑌𝐶 − 2𝐹)+2lc=0
𝑌𝐶 = 𝐹/2
Détermination de 𝑋𝐶 :
∂W 𝑙 2𝑙
= 0 ∫0 (2(2𝑙 − 𝑦) ∗ (𝐹𝑙 + (2𝑙 − 𝑦) 𝑋𝐶 ) 𝑑𝑦 + ∫𝑙 (2(2𝑙 − 𝑦) ∗ ((2𝑙 − 𝑦)𝑋𝐶 )) 𝑑𝑦 =0
∂𝑋𝐶
𝑙 2𝑙
∫0 (2𝐹𝑙 2 + 4𝑙 2 ∗ 𝑋𝐶 − 2𝑙𝑦𝑋𝐶 − 𝐹𝑙𝑦 − 2𝑙𝑋𝐶 ∗ 𝑦 + 𝑋𝐶 𝑦 2 ) 𝑑𝑦 +∫𝑙 (−4𝑙𝑦 𝑋𝐶 + 4𝑙 2 𝑋𝐶 + 𝑦 2 𝑋𝐶 ) 𝑑𝑦 =0
𝑙 2𝑙
𝐹𝑙𝑦 2 𝑋𝐶 𝑦 3 𝑦 3 𝑋𝐶
[2𝐹𝑙 2 𝑦 + 4𝑙 2 𝑋𝐶 𝑦 − 𝑙𝑋𝐶 𝑦 2 − 2
− 𝑙𝑋𝐶 𝑦 2 +
3
] +[−2 ∗ l ∗ y 2 𝑋𝐶 + 4𝑙 2 𝑋𝐶 𝑦 +
3
] =0
0 𝑙
𝐹𝑙 3 𝑙 3 𝑋𝐶 7𝑙 3 𝑋𝐶
2F𝑙 3 +4𝑙 3 𝑋𝐶 -2𝑙 3 𝑋𝐶 - + -2 𝑙 3 𝑋𝐶 + =0
2 3 3
−3 8 −9
*F𝑙 3 =𝑋𝐶 (4𝑙 3 -2𝑙 3 -2𝑙 3 + 𝑙 3 ) 𝑋𝐶 = F
2 3 16
−9 1
𝑋𝐶 = F 𝑌𝐶 = F
16 2
𝑇𝑦(𝐵𝐷) = F
* moments fléchissant :
Zone AB :
−1 3
𝑀𝑓𝑧 = Fl +(2l –y)*𝑋𝐶 = Fl + *Fy
8 16
Zone BC :
3 9
𝑀𝑓𝑧 = -(2l –y)*𝑋𝐶 = Fl + *Fy
8 16
Zone BD :
𝑀𝑓𝑧 =F(l-X) = Fl -FX
3- Flèche δ du point D :
𝜕𝑊def(𝐵𝐷)
On a 𝛿1 = (d’après la méthode énergétique )
𝜕𝐹
𝑙 𝑀𝑓𝑧 2
1
𝜕𝑊def(𝐵𝐷) = ∫0 dx ( On néglige les effets de effort tranchant )
2 𝐸𝐼𝐺𝑧
𝑙
1𝑙 (𝐹(𝑙−𝑥))2 𝐹2 1 (𝑙−𝑥)3 𝐹2 𝑙3
= ∫0 dx = [ ] =
2 𝐸𝐼𝐺𝑧 2𝐸𝐼𝐺𝑧 3 −1 0 6𝐸𝐼𝐺𝑧
𝜕𝑊def(𝐵𝐷) 𝐹2 𝑙3
𝛿1 =
𝜕𝐹
=
3𝐸𝐼𝐺𝑧
Autre méthode :
𝑀𝑓𝑧 = −𝐸𝐼𝐺𝑧 *𝑦 ′′ (𝑥 )
𝑀𝑓𝑧 𝐹(𝑙−𝑥)
𝑦 ′′ (𝑥 ) = - =-
𝐸𝐼𝐺𝑧 𝐸𝐼𝐺𝑧
𝐹 𝑥2
𝑦 ′ (𝑥 ) =- *(lx - + C1 ) ; ( Or C1= 0 car 𝑦 ′ (0) =0)
𝐸𝐼𝐺𝑧 2
𝐹 𝑙𝑥 𝑥3
y(𝑙 ) =− *( - + C2 ) ; ( Or C2= 0 car y(0) =0)
𝐸𝐼𝐺𝑧 2 6
𝐹𝑙 3
y(𝑙) = - ( le signe (-) traduit le sens)
3𝐸𝐼𝐺𝑧
𝐹𝑙 3 𝐹𝑙
Donc δ =𝛿1 +𝛿2 = +
3𝐸𝐼𝐺𝑧 2𝐸𝑆
4-
Zone AB :
D’après l’hypothèse de Navier Bernouille :
𝑑𝑈2
𝑤3 =
𝑑𝑠
′′ 1 9 1
𝜒3(𝐴𝐵) = 𝑤𝐴𝐵 ′ =𝑈𝐴𝐵 Or 𝜒3(𝐴𝐵) =-(- Fl + F.y).
8 16 𝐸𝐼𝐺𝑧
1 1 9
𝑤𝐴𝐵 =𝐸𝐼 .(8 Fl.y -32 F.𝑦 2 +C1) Or (C1=0 car 𝑤𝐴𝐵 (0)=0)
𝐺𝑧
1 1 9
𝑈𝐴𝐵 =𝐸𝐼 .(16 Fl.𝑦 2 -96 F.𝑦 3 +C2) Or (C2=0 car 𝑈𝐴𝐵 (0)=0)
𝐺𝑧
1
𝑉𝐴𝐵 =- F.y
2𝐸𝑆
Zone BD :
D’après l’hypothèse de Navier Bernouille :
𝑑𝑈2
𝑤3 =
𝑑𝑠
′′ −1
𝜒3(𝐵𝐷) = 𝑤𝐵𝐷 ′ =𝑈𝐵𝐷 Or 𝜒3(𝐵𝐷) =( Fl - F.x).
𝐸𝐼𝐺𝑧
1 1
𝑤𝐴𝐵 =𝐸𝐼 .(- Fl.x +2 F.𝑥 2 +C3) Or (C3=0 car 𝑤𝐵𝐷 (0)=0)
𝐺𝑧
1 1 1
𝑉𝐴𝐵 =𝐸𝐼 .(− 2 Fl.𝑥 2 + 6 F.𝑥 3 +C4) Or (C4=0 car 𝑉𝐵𝐷 (0)=0)
𝐺𝑧
𝐹𝑙 3 𝐹𝑙
D’après 3) δ = + ; On Remarque que 𝑉𝐷 = - δ
3𝐸𝐼𝐺𝑧 2𝐸𝑆
Partie II: Étude d’une station de service
1)
Soit λ la charge linéique totale de la toiture :
Avec P : poids propres (Surfacique)
λ =(P + 𝑄𝑠 ).l
𝑄𝑠 : charge surfacique de service
λ=(30+150).4,5 = 810daN/m
l :longueur de la toiture
Cette charge linéique λ se devise sur 3 parties situé entre les 4 pannes :
ure
λ
𝜆𝑟𝑖𝑣 = = 135daN/m Avec 𝜆𝑟𝑖𝑣 la charge linéique sur les pannes
6
de rives .
PFS :
∑ 𝐹/𝑋 = 0
𝑋𝐴 = 0 Remarque : les mouvements de
BC % AD et de BC % CD sont
∑ 𝐹/𝑌 = 0 bloqué donc on peut appliquer le
𝑌𝐴 -2.𝐹1 -2.𝐹2 = 0 PFS sur la totalité du système.
𝑌𝐴 = 2430daN
∑ 𝑀/𝐴 = 0
𝑀𝐴 + 1,75𝐹1 + 0,25𝐹2 -1,25𝐹2 -2 ,75𝐹1 =0 𝑀𝐴 = 1215daN.m
Le PFS donne :
−2𝐹1 − 2𝐹2 + 𝑌𝐶 + 𝑌𝐷 = 0
{ 𝑋𝐶 + 𝑋𝐷 = 0
𝐹1 (1.75 − 2.75) + 𝐹2 (0.25 − 1.25) + 1.25𝑌𝐶 = 0
Récapitulation :
𝑋𝐴 = 0 𝑌𝐴 = 2430daN 𝑀𝐴 = 1215daN.m
𝑋𝐵 =1215daN 𝑌𝐵 =972daN
𝑋𝐶 =1215daN 𝑌𝐶 = 972daN
𝑋𝐷 =1215daN 𝑌𝐷 =3402daN
5) Les effort intérieurs :
Zone AB :
𝑁𝐴𝐵 = 𝑌𝐴 = 2430daN
𝑇𝐴𝐵 =0
𝑀𝑓𝑧𝐴𝐵 = 𝑀𝐴 = 1215daN.m
Zone BD :
y=0 y=3.5
N𝐵𝐷 = 𝑌𝐴 +𝑌𝐵 N𝐵𝐷 =3402daN N𝐵𝐷 =3402daN
Zone CB :
T𝐶𝐵 =0
𝑀𝑓𝑧𝐶𝐵 =0
Zone 𝑷𝟏 𝑪 :
x=0 x=0.5
N𝑃1 𝐶 = 0
0 202.5daN. m
𝑀𝑓𝑧𝑃 = 𝐹1 . 𝑥
1𝐶
Zone 𝑪𝑷𝟐 :
x=0.5 x=1.5
N𝐶𝑃2 = 𝑋𝐶 1215daN 1215daN
202.5daN.m 1579.5daN. m
𝑀𝑓𝑧𝐶𝑃 = 𝐹1 . 𝑥+𝑌𝐶 .(x-0.5)
2
Zone 𝑷𝟐 𝑫 :
x=1.5 x=1.75
N𝑃2 𝐷 = 𝑋𝐶 1215daN 1215daN
1579.5daN.m 2126.25daN. m
𝑀𝑓𝑧𝑃 = 𝐹1 . 𝑥+𝑌𝐶 .(x-0.5)+ 𝐹2 . (𝑥-1.5)
2𝐷
Zone D𝑷𝟑 :
x=1.75 x=3
ND𝑃3 = 0
2126.5daN 607.5daN
𝑀𝑓𝑧D𝑃 = 𝐹2 .(3 –x)+𝐹1 .(4.5 -x)
3
Zone 𝑷𝟑 𝑷𝟒 :
x=3 x=4.5
N𝑃3 𝑃4 = 0
607.5daN 0
𝑀𝑓𝑧𝑃 = 𝐹1 .(4.5 -x)
3 𝑃4
6) Les diagrammes des effort intérieurs :
Effort normale :
Effort tranchant :
Moment fléchissant :
Zone LM :
𝑄
𝑀𝑓𝑧 = .x ( (LM)=3m))
2
3
𝑀𝑓𝑧 𝑚𝑎𝑥 = Q
(𝑒𝑛 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡 𝑀) 2
1
103 𝑀𝑓𝑧 𝑚𝑎𝑥 .2 .ℎ
𝑏.ℎ3
≤ 110MPa
12
9.103 𝑄
≤ 110
𝑏.ℎ2
Prennent l’exemple d’une section rectangulaire :
On isole BD,
On obtient un élément soumis à 2 forces qui
sont : ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐹𝐵 = 𝐹 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗
𝐵𝐷→𝐴𝐶𝐷 (𝐹𝐴𝐶𝐷→𝐵𝐷 =-𝐹𝐵 ) et
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐹𝑠𝑜𝑙→𝐵𝐷 . Donc BD un corps soumis à 2
forces ces deux forces sont de même
direction et de sens opposées leur direction
est celle de BD avec un angle α tel que
90
tan(α)= .
125
On isole ACD
Le PFS nous donne
* ∑ 𝐹 /𝑜𝑦 =0
𝐹𝐴 (y)+ 𝐹𝐵 (y) -P=0
* =0
- (x)+ (x) =0
* ∑ 𝑀 /𝐴 =0
P*120 -𝐹𝐵 (y)*0.75 =0
. 𝐹𝐵 (y)=3200daN
90
On sait que la direction de de ⃗⃗⃗⃗
𝐹𝐵 est incliné d’un angle α tel que tan(α)= .
125
𝐹𝐵 (y) 90
tan(α)= =
𝐹𝐵 (x) 125
𝐹𝐵 (x) =4444.4daN
On a (x)= (x)
𝐹𝐴 (x) =4444.4daN
Et 𝐹𝐴 (y) =2000-𝐹𝐵 (y)=-1200daN
𝐹𝐴 (y) =1200daN Mais de sens opposé au sens représenté sur la
figure précédente
2. Déterminer les efforts intérieurs :
Tranche AC :
𝑁𝑦(𝐴𝐶) = −𝐹𝐴 (𝑦)
𝑇𝑥(𝐴𝐶) = 𝐹𝐴 (x)
𝑀𝑓𝑍(𝐴𝐶) = 𝐹𝐴 (x)*y
Tranche CD : zone CP
𝑁𝑥(𝐶𝑃) = −𝐹𝐵 (𝑥)
𝑇𝑦(𝐶𝑃) = 𝐹𝐵 (y) - P
𝑀𝑓𝑍(𝐶𝑃) = −𝐹𝐵 (y)*x + P(x-0.8)
Tranche CD : zone PD
𝑁𝑥(𝑃𝐷) = −𝐹𝐵 (𝑥)
𝑇𝑦(𝑃𝐷) = 𝐹𝐵 (y)
𝑀𝑓𝑍(𝑃𝐷) = −𝐹𝐵 (y)*x
Tranche BD :
𝑁(𝐵𝐷) = 𝐹𝐵
𝑇(𝐵𝐷) = 0
𝑀𝑓𝑍(𝐵𝐷) = 0
3. Traçage les diagrammes des efforts sur ACD et BD :
Les efforts tranchants :
Zone AC 𝑇𝑥(𝐴𝐶) = 𝐹𝐴 (x)=4444.4 daN
Zone CP 𝑇𝑦(𝐶𝑃) = 𝐹𝐵 (y) – P =3200-2000 =1200 daN
Zone PD 𝑇𝑦(𝑃𝐷) = 𝐹𝐵 (y) =3200daN
(Chaque partie du graphe a son propre repère)
Et Ainsi 𝐹𝐴 (y)=5063.3daN
𝐹𝐴 (x)=2527.47daN
Et de plus on a, ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝐹𝐴𝐶𝐷→𝐵𝐷 = −𝐹 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
𝑠𝑜𝑙→𝐵𝐷
⃗⃗⃗⃗𝐷 = −𝐹
−𝐹 ⃗⃗⃗⃗𝐵
⃗⃗⃗⃗
𝐹𝐵 = ⃗⃗⃗⃗
𝐹𝐷
2. Détermination des efforts intérieurs
Tranche AC :
𝑁𝑥(𝐴𝐶) = 𝐹𝐴 (𝑥)
𝑇(𝐴𝐶) = 𝐹𝐴 (y)
𝑀𝑓𝑍(𝐴𝐶) = −𝐹𝐴 (y)*𝑥1
Tranche CP
𝑁𝑥(𝐶𝑃) = 0
𝑇𝑦(𝐶𝑃) = P
𝑀𝑓𝑍(𝐶𝑃) = P(0.25 − 𝑥2 )
Tranche PE
𝑁𝑥(𝑃𝐸) = 0
𝑇𝑦(𝑃𝐸) = 0
𝑀𝑓𝑍(𝑃𝐸) = 0
Tranche CD :
𝑁(𝐶𝐷) = 𝐹𝐷 (𝑦)
𝑇(𝐶𝐷) = 𝐹𝐴 (𝑥)
𝑀𝑓𝑍(𝐶𝐷) = 𝐹𝐷 (𝑥 ) ∗ (2 − 𝑦)
Tranche BD :
𝑁(𝐵𝐷) = 𝐹𝐵
𝑇(𝐵𝐷) = 0
𝑀𝑓𝑍(𝐵𝐷) = 0
𝑀𝑓𝑍(𝐶𝐷) = 𝐹𝐴 (𝑥 ) ∗ 𝑦 =2527.47*(2-y)
Pour y=0 , 𝑀𝑓𝑍(𝐶𝐷) =5054.94daNm Pour y=2 , 𝑀𝑓𝑍(𝐶𝐷) =0
4. Conclusion : Dans les deux cas, le point D est le plus sollicité en flexion