RESISTANCE DES MATERIAUX
COMPLEMENTS

Tableau de synthèse

Poutre en ...RésistanceDéformation
Traction-compression

σ = FSo        Rpe = Res

σRpe

σ = E.ε

ε = ΔLLo

Cisaillement

τ = FS        Rpg = Regs        RegRe2

τRpg

-

Flexion

σ = Mf IGz . v        Rpe = Res

σRpe

y" = Mf E.IGz

Torsion

τ = Mt IGx . v        Rpg = Regs        RegRe2

τRpg

α = θ.L

θ = Mt G.IGx

Sollicitations composées

Tresca : σe = σ 2 + 4.τ 2

Von Mises : σe = σ 2 + 3.τ 2

Principe de superposition

Programme en Python

L'exemple de programme en Python ci-dessous permet d'obtenir la déformée d'une poutre posée sur deux appuis et chargée en son centre.

Programme

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

P=200     # Force exercée sur la poutre (N)
L=500     # Longueur de la poutre (mm)
E=200000  # Module d'Young (MPa)
I=70000   # Moment quadradratique (mm⁴)

def y(x):
  return (x<=L/2)*P*(4*x**3-3*x*L**2)/(48*E*I)+(x>L/2)*P*(4*(L-x)**3-3*(L-x)*L**2)/(48*E*I)
x=np.linspace(0,L,200)

plt.figure("Poutre en flexion sur deux appuis")
plt.title("Flèche maximale : "+str(round(-1*np.min(y(x)),3))+" mm")
plt.xlabel("Poutre (mm)")
plt.ylabel("Flèche (mm)")
plt.grid(True)
plt.plot(x, y(x), color='#ff0000')
plt.show()

Résultat

Calcul d'un engrenage

Formule

Le module d’un engrenage se calcule classiquement avec la formule :

m = 2,34 . Ft / ( k . Rpe )

Avec   Ft = F . cos(α)    et   k = b / m

m : Module, en mm
Ft : Force tangentielle, en N
k : Coefficient de largeur de denture
Rpe : Résistance pratique à l'extension du matériau, en MPa
F : Force sur une dent, en N
α : Angle de pression (20° pour une denture normalisée)
b : Largeur de denture, en mm

Démonstration

Une dent est assimilée à une poutre :

Les sollicitations de compression et de cisaillement sont négligées.

Mf = 2,25 . m . Ft

IGz v = b . (0,5 . π . m)2 6 = k . π2 . m3 24

σmax = Rpe = Mf IGz . v = 2,25 . m . Ft . 24 k . π2 . m3 = 2,25 . Ft . 24 k . π2 . m2 = 5,47 . Ft k . m2

m2 = 5,47 . Ft k . Rpe

m = 5,47 . Ft / ( k . Rpe ) = 2,34 . Ft / ( k . Rpe )

Calcul d'un ressort

Formule

La raideur d’un ressort se calcule classiquement avec la formule :

k = G . d 4 8 . D 3 . n

k : Raideur du ressort, en N/mm
G : Module d’élasticité transversal du matériau, en MPa
d : Diamètre du fil, en mm
D : Diamètre moyen du ressort, en mm
n : Nombre de spires utiles du ressort

Démonstration

Le fil constituant le ressort agit essentiellement en torsion. La flexion et le cisaillement sont négligés. On considère un ressort :

L'approche énergétique facilite la résolution du problème. Exprimé simplement :

W = F . x = Mt . α

F . x = Mt . θ . L

Pour une spire complète :  L = π . D

F . x = Mt . Mt G . IGx . π . D = Mt2 . π . D G . IGx

La charge F agissant sur l'axe du ressort :   Mt = F . D2

F . x = F2 . D2 . π . D 4 . G . IGx

x = F . D3 . π 4 . G . IGx

k = Fx = 4 . G . IGx D3 . π = 4 . G . π . d4 D3 . π . 32 = G . d4 8 . D3

Cette raideur k correspond à une seule spire. Pour n spires, la longueur L est multipliée par n. On retrouve ainsi la formule de départ.