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Td3 Statique
Td3 Statique
Td3 Statique
Exercice 1
Une barre AB de masse négligeable supporte à son extrémité B une charge de 900 N, comme indiqué
sur la figure ci-dessous. Elle est maintenue en A par une articulation sphérique et en B par deux câbles
attachés aux points C et D. Le système est en équilibre statique.
→ →
Déterminer la réaction au point A et les tensions TBD et TBC.
Exercice2 :
Le montage d'usinage étudié permet le perçage d'une pièce. Le schéma ci-dessous a été obtenu après
une étude des liaisons.
Hypothèses:
– La liaison en L est considérée comme une
liaison linéaire annulaire.
– Les liaisons en K; I; C1; C2 sont considérées
comme des liaisons ponctuelles.
– La liaison en J est une liaison pivot.
– Les liaisons sont parfaites et sans frottements.
Données:
– Coordonnées des points: J (0; 0; 0)
K (0; -19; 70) I (0; 49; -13)
H (0; 0; -18) L (125; 41,5; -13)
C1 (65; 64; -27) C2 (65; 19; -27)
– L'action en I de S3 sur S1 est de 141 daN.
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Travail demandé:
1. Donner les torseurs des actions mécaniques transmissibles par les liaisons en K; J; I; L; C1; C2.
2. Isoler {S3}
- Faire le bilan des actions mécaniques transmissibles.
- Appliquer le principe fondamental de la statique (point de réduction en L) et déterminer complètement
les actions en L; C1 et C2.
On s’intéresse à une suspension automobile dont on donne ci-dessous un extrait de cahier des charges
fonctionnel ainsi qu’une modélisation. L'objectif est de vérifier si la suspension satisfait le niveau du
critère d'affaissement statique maximal du cahier des charges, c'est à dire vérifier si la voiture, soumise
à son propre poids, s'affaisse de moins ou de plus de 12 cm, suite à l'écrasement des amortisseurs.
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Pour les différentes liaisons, on a alors grâce à l’hypothèse de problème plan toujours : 𝒁𝒊→𝒋 =0 et
𝑳𝑲, 𝒊→𝒋 = 𝑴𝑲, 𝒊→𝒋 = 𝟎. Les torseurs des actions mécaniques de liaisons ont donc trois composantes :
deux en résultante et une en moment.
→ → → → → → → → → → → → → → → →
Données : 𝐵𝐴 = 𝑎.𝑦 ; 𝐵𝐶= 𝑏.𝑥 ; 𝐴𝐷 = 𝑑.𝑥 ; 𝐴𝐻= l.𝑥 + ℎ.𝑦 ; 𝐷𝐶= 𝑐.𝑥 − 𝑎.𝑦 ; 𝐶𝐿 = 𝑒. 𝑥 − 𝜇.𝑦 ; 𝐻𝐽 est
→
toujours parallèle à 𝑦.
𝑎, b, c, d, e, h, l et 𝜇 sont des constantes.
La figure ci-dessous représente le graphe d’analyse du mécanisme.
1. Faire le bilan des actions mécaniques obtenues lorsque l’on isole 3 (écrire les différents torseurs
considérés).
2. A partir d’équations du principe fondamentale de la statique (PFS) exprimées en différents points,
montrer que 𝑌4→3 = 0 et que 𝑌1→3 = 0.
3. Déterminer les équations obtenues en appliquant le PFS à l’ensemble {4+6} au point D.
4. Déterminer les équations obtenues en appliquant le PFS au solide 2 au point A.
5. A partir des équations des questions 3 et 4, déterminer toutes les inconnues d'effort en fonction de
𝐹06.
6. Sachant que la masse de la voiture est de 2200 kg, déterminer 𝐹06.
Données : a = 16 cm, b = 33 cm, c = 8 cm, d = 25 cm, h = 3 cm, l = 15 cm, e = 9 cm, μ = 18 cm. La
raideur du ressort est k = 100 000 N/m.
7. A partir des données ci-dessus, déterminer l’affaissement du ressort.
8. Conclure quant à la capacité de la suspension à satisfaire l’exigence d’affaissement statique du cahier
des charges.
3
Cette pompe hydraulique à pistons axiaux du fabricant
HYDRO LEDUC est destinée à être installée sur les camions
afin d’alimenter en énergie hydraulique (fluide comprimé) ses
différents actionneurs hydrauliques (vérins de bennes, hayons
élévateurs, bras de manutention, etc…). Les images ci-dessous
permettent d’observer les éléments qui constituent cette
pompe. Un arbre 1, portant un plateau incliné, tourne par
rapport au bâti 4 et provoque ainsi le mouvement alternatif des pistons 3 rappelés par des
ressorts. Chaque piston 3 s'appuie sur le plateau incliné 1 par l'intermédiaire d'un plot 2 en
bronze. Le plot 2 possède une face plane en contact avec le plan incliné 1 et une face sphérique
en contact avec le piston 3. L’arbre 1 est guidé en rotation par les roulements A et B. Ci-dessous
des images CAO du système :
Les ensembles indéformables ont été repérés sur le dessin d’ensemble ci-dessous et sont numérotés de
1 à 4. Des points particuliers et des repères locaux ont été ajoutés afin de pouvoir décrire le mécanisme.
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1. Réaliser le graphe des liaisons de la pompe.
2. Ecrire le torseur cinématique et le torseur des actions mécaniques transmissibles de la liaison entre 1
et 2 au point B.
3. Ecrire le torseur cinématique et le torseur des actions mécaniques transmissibles de la liaison entre 2
et 3 au point A.
→ →
4. Réaliser le schéma cinématique 2D de la pompe dans le plan (𝐶, 𝑥0, 𝑦0).
Exercice 5 :
L’ensemble proposé représente, en coupe et sous forme schématique, l’une des roulettes d’un patin à
roulettes en ligne (Roller blade). Le guidage en rotation entre la roulette (1) et le patin (2) est réalisé par
deux roulements à billes à contact radial, étanches des deux côtés. La liaison entre (1) et (2) est une
→
liaison pivot d’axe x, les poids des pièces sont négligés. Le glisseur B0/1(100 N) schématise l’action
exercée par le sol (0) sur la roulette (1). Déterminer le torseur des actions exercées entre (1) et (2).
Exercice 6 :
Le système étudié est un manège à sensations fortes. Ce manège permet aux utilisateurs installés sur des
chaises de monter et de tourner autour d’un mât (voir photos page suivante). Ce système est constitué
de quatre ensembles de solides :
→ →
- Mât 0, de repère associé 𝑅0 = (𝑂, 𝑥0, 𝑦0, 𝑧→0), que l’on représentera en noir ;
- Coulisseau 1, que l’on représentera en vert ;
- Rotor 2, que l’on représentera en rouge ;
→ →
- Chaise 3, de repère associé 𝑅3 = (𝐵, 𝑥3, 𝑦3, 𝑧→3), que l’on représentera en bleu ;
5
→
Puis la mise en rotation du rotor 2 par rapport au coulisseau 1 (autour de l’axe (𝑂, 𝑧0) permet à
l’utilisateur :
- d’observer la ville d’Edinbourg dans toutes les directions ;
→
- d’avoir une inclinaison de la chaise par rapport au rotor 2 autour de l’axe (𝐵, 𝑦3), grâce à la force
centrifuge. Cette mise en rotation est réalisée par un moteur placé entre 1 et 2 délivrant un couple 𝐶𝑚.
Le schéma cinématique 2D du manège dans un plan adapté avec une seule chaise et un seul bras du
rotor (respectant les couleurs du sujet) est donné ci-dessous :
(2)
X
(3)
(1)
(0)
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1. Réaliser le graphe des liaisons du manège en considérant qu’une seule chaise 3.
2. Ecrire le torseur cinématique et le torseur des actions mécaniques transmissibles de la liaison entre 0
et 1 au point O.
3. Ecrire le torseur cinématique et le torseur des actions mécaniques transmissibles de la liaison entre 3
et 2 au point B.
Afin de faire monter en altitude l’ensemble {coulisseau 1+rotor 2+chaises 3}, un vérin est placé entre 0
→ →
et 1. Ce vérin délivre une force 𝐹𝑣 = 𝐹01. 𝑧0 suivant l’axe (𝑂, 𝑧→0). Le cahier des charges indique que le
manège doit permettre de maintenir statique une masse allant jusqu’à 10 Tonnes. L’objectif de cette
partie est de vérifier que le vérin permet de satisfaire cette exigence du cahier des charges. On considère
dans cette étude que le coulisseau 1 pèse une masse 𝑚1, que le rotor 2 pèse une masse 𝑚2 et que
l’ensemble des chaises 3 pèse une masse 𝑚3.
Exercice 7 :
Cet exercice concerne la modélisation du comportement d’un véhicule à l’arrêt sur une pente, et la
détermination des couples de freinage exercés sur les roues.
→→ → → →
R(0, x,y, z) sera considéré comme galiléen et l’étude est faite dans le plan (0, x, y ) : plan de symétrie
du véhicule.
Le véhicule est modélisé par trois solides (voir figure) :
- solide 1 : ensemble des deux roues avant avec leurs disques de frein.
De masse m, de rayon R et de centre de gravité C1.
En liaison pivot sans frottement d’axe (C1 →z) avec le châssis 3.
En contact ponctuel en I1 avec le sol 0 tel que l’action mécanique de 0 sur 1 est modélisée
par le torseur :
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→
R(0→1)
→ → →
[AM(0 → 1)]𝐼1 = avec R(0→1) = N01y + T01 x
→
0
fr : coefficient de frottement roue/sol.
→
Rf 1
[𝐴𝑀(3 → 1)𝑓𝑟𝑒𝑖𝑛 ]𝐶1 = Cf 1 : algébrique
Cf 1→
z
- Solide 2 : ensemble des deux roues arrière avec leurs disques de frein.
→ → →
- Châssis 3 : de masse M, de centre de gravité G de coordonnées (x, 2R, 0) dans le repère R(0, x,y, z ).
On demande :
→
Ecrire le TMS au point I2 en projection sur z.
2. On se place à la limite du glissement du véhicule par rapport au sol, écrire deux équations liant les T0i
et les N0i et fr.
3. Déduire T01 et T02 en fonction de M, m, g, α et fr.
→
4. Isoler 1 et écrire le TMS en C1, en projection sur z.
En déduire l’expression de Cf1 en fonction de M,m,g,α, fr et R.
5. Déterminer Cf2 en fonction des mêmes paramètres que Cf1. ( Expliciter clairement toutes les étapes de
votre réponse)
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Exercice 8 : table élévatrice
On considère la table élévatrice présentée sur la photo ci-dessous :
Paramétrage :
→ → → → →
Le châssis 1 est supposé fixe et associé à la base B1(x1, y1, z1). On pose OC = Lx1.
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→ → →
Le bras 2 en liaison pivot d’axe O z1 avec le châssis 1 auquel lui est associé la base B2(x2, y2,
→ → → → → → →
z2). On pose OA= Rx2, α = (x1, x2), z2 = z1.
→
La plateforme 3, sur laquelle est posée la charge Ch, est en liaison pivot d’axe Az2 avec le bras
→
2. On pose AB = Lx →
1.
→
La jambe 4 de même longueur que le bras 2, en liaison pivot d’axe Cz1 avec le châssis 1, est en
→
liaison sphère-cylindre (liaison linéaire annulaire) de centre B et d’axe Bz1 avec la plateforme3.
Hypothèses :
→
On pose AH = λx1
→
TRAVAIL DEMANDE
Objectif : mettre en place la relation liant le couple moteur Cm à la masse M de la charge posée sur la
plateforme afin de pouvoir dimensionner le vérin hydraulique.
1. Ecrire, au point B et dans la base B2, la forme générale du torseur d’action mécanique de 3 sur 4 relatif
→
à la liaison sphère-cylindre d’axe (Bz1) :
Ecrire ensuite la forme de ce torseur dans le cadre de l’hypothèse d’un problème plan.
2. Isoler le bras 2 afin de connaître la ligne d’action de l’action mécanique de 3 sur 2 agissant au point
A.
3. Arrive-t-on au même genre de conclusion lors de l’isolement de la jambe 4 quant à la ligne d’action
de l’action mécanique de 3 sur 4 agissant au point B ?
4. Isoler la jambe 4 et écrire le théorème du moment statique (TMS) au point C et en projection sur (z→1)
→
pour obtenir une première équation liant le couple moteur Cm avec la composante X34 sur x2 de l’effort
en B issu de la plateforme (liaison sphère-cylindre).
→
5. Isoler la plateforme 3 et écrire le TMS au point A et en projection → sur z1 pour obtenir une deuxième
équation liant notamment les composantes X34 et Y34 de l’effort en B issu de la plateforme
au niveau de la liaison sphère-cylindre.
6. Isoler l’ensemble {2+3} afin d’obtenir la troisième équation suivante grâce à l’équation des moments
→
(TMS) écrite au point O et en projection sur z1 :
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