Analysis of Internal Forces Diagrams

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Analysis of Internal Forces Diagrams

Mechanical Engineering · notes

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On va suivre la démarche qu’on a vu en cours pour établir les diagrammes des efforts internes.

Rappel : 1) Calcul des inconnues (application du PFS)

(Remarque (à ajouter au cours) : dans certains cas, l’application du PFS ne permet pas de calculer les inconnues, c’est les cas où le système est ‘hyperstatique’; c-à-d : le nombre d’inconnues est supérieur au nombre d’équations.)

2) Division de la poutre en tronçons 3) Fixer l’origine 4) Calcul des efforts internes (le torseur de cohésion) 5) Diagrammes des efforts internes.

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

Première étape : calcul des inconnues en appliquant le PFS :

On doit déterminer YA et YB :

Appliquons le PFS sur la poutre AB :

Les efforts excercés sur la poutre : 𝑌𝐴 = 𝑌𝐴 𝑦 , 𝑌𝐵 = 𝑌𝐵 𝑦 et 𝑃 = −70 𝑦 (en kN)

On choisit un point pour le calcul des moments : on peut choisir soit le point A soit le point B

PFS nous donne 𝐹 =0 et 𝑀𝐴 =0

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

𝐹 =0

Donc 𝑌𝐴 𝑦 +𝑌𝐵 𝑦 −70 𝑦 = 0

Donc 𝑌𝐴 +𝑌𝐵 − 70 = 0

Et

𝑀𝐴 =0

𝑀𝐴(𝑌𝐴) = 0

𝑀𝐴(𝑌𝐵) = AB* 𝑌𝐵 𝑧 (sens positif : de x vers y)

𝑀𝐴(𝑃) = - AC*70 𝑧 (sens négatif: de y vers x)

Donc AB* 𝑌𝐵+ (- AC*70 ) = 0 donc 𝑌𝐵 =

𝐴𝐶∗70 𝐴𝐵

=

5,5∗70 8

= 48,125 kN = 48125 N

Donc 𝑌𝐴 = 70 − 48,125 = 21,875 𝑘𝑁

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

𝑌𝐵

2) Division de la poutre en tronçons : on a deux tronçons : AC et CB 3)

Fixation de l’origine :

On va fixer l’origine au point A

4) Calcul des efforts internes dans chaque tronçon :

Dans le tronçon AC :

Soit G un point quelconque de AC

𝜏𝐶𝑜ℎé𝑠𝑖𝑜𝑛 = −𝜏𝑔𝑎𝑢𝑐ℎ𝑒

G

= −

= −

𝑌𝐴 𝑀𝐺(𝑌𝐴) 𝐺 21,875 𝑦 −21,875 x 𝑧 𝐺

or 𝑀𝐺(𝑌𝐴)= − AG∗𝑌𝐴 𝑧 = - x * 𝑌𝐴 𝑧

=

−21,875 𝑦 21,875 x 𝑧 𝐺

=

0 −21,875 0

0 0 21,875 x 𝐺

=

𝑁 𝑀𝑡 𝑇𝑦 𝑀𝑓𝑦 𝑇𝑧 𝑀𝑓𝑧

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

𝐷𝑜𝑛𝑐 𝑇𝑦 = −21,875 kN

𝐺

Et Mfz = 21,875𝑥

(𝑟𝑒𝑚𝑎𝑟𝑞𝑢𝑒

𝑑𝑀𝑓𝑧 𝑑𝑥

= −𝑇𝑦)

4) Calcul des efforts internes dans chaque tronçon :

Dans le tronçon CB :

Soit G un point quelconque de CB

𝜏𝐶𝑜ℎé𝑠𝑖𝑜𝑛 = 𝜏𝑑𝑟𝑜𝑖𝑡𝑒 =

𝑌𝐵 𝑀𝐺(𝑌𝐵) 𝐺

G

or 𝑀𝐺(𝑌𝐵)= BG∗𝑌𝐵 𝑧 = AB − x 𝑌𝐵 𝑧 = 48,125 8 − 𝑥 𝑧

𝜏𝐶𝑜ℎé𝑠𝑖𝑜𝑛 =

48,125 𝑦 48,125 8 − 𝑥 𝑧 𝐺

=

0 48,125 0

0 0 48,125 8 − 𝑥 𝐺

=

𝑁 𝑀𝑡 𝑇𝑦 𝑀𝑓𝑦 𝑇𝑧 𝑀𝑓𝑧

𝐺

𝐷𝑜𝑛𝑐 𝑇𝑦 = 48,125kN

Et Mfz = 48,125 8 − 𝑥

(𝑟𝑒𝑚𝑎𝑟𝑞𝑢𝑒

𝑑𝑀𝑓𝑧 𝑑𝑥

= −𝑇𝑦)

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

5) Diagrammes des efforts internes

𝑇𝑦 = 48,125kN

(+)

Publicité

A

(-)

C

B

𝑇𝑦 = −21,875 kN

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

Sur AC

Mfz = 21,875𝑥

Au point A :Mfz 0 = 0

Au point C : Mfz 5,5 = 21,875 ∗ 5,5

= 120.3 kN.m

Sur CB

Mfz = 48,125 8 − 𝑥

Au point C : Mfz 5,5 = 120.3 kN.m

Au point B : Mfz 8 = 0

𝑀𝑓𝑧 = 120,3kN.m

A

(+)

C

B

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

G

La démarche qu’on a vu en cours pour établir les diagrammes des efforts internes.

Rappel : 1) Calcul des inconnues (application du PFS)

Encastrement : trois inconnues : XA, YA et Me (moment d’encastrement)

2) Division de la poutre en tronçons

pas de division nécessaire ; un seul tronçon AB

3) Fixer l’origine

on peut fixer l’origine en A

4) Calcul des efforts internes (le torseur de cohésion)

lorsqu’on prends un point G de AB, on peut calculer le torseur de cohésion par la formule

𝝉𝑪𝒐𝒉é𝒔𝒊𝒐𝒏 = 𝝉𝒅𝒓𝒐𝒊𝒕𝒆

et donc on n’a pas besoin dans cet exercice de calculer les inconnues au point A.

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

4) Calcul des efforts internes entre A et B

𝝉𝑪𝒐𝒉é𝒔𝒊𝒐𝒏 = 𝝉𝒅𝒓𝒐𝒊𝒕𝒆 =

𝐹 𝑀𝐺( 𝐹) 𝐺

G

𝐹 =

𝐹𝑥 𝐹𝑦 =

| 𝐹 |cos(30) −| 𝐹 |𝑠𝑖𝑛(30)

=

4 ∗ 0,85 −4 ∗ 0,5

=

3,7 −2

(kN)

𝑀𝐺( 𝐹) =𝐺𝐵∧ 𝐹 =

𝐴𝐵 − 𝑥 0

∧

3,7 −2

=-2(AB-x) 𝑧 =-2(1-x) 𝑧

adj

opp

𝝉𝑪𝒐𝒉é𝒔𝒊𝒐𝒏 =

3,7 −2 −2(1−x) 𝑧 𝐺

=

3,7 0 −2 0 0 −2(1−x) 𝐺

=

𝑁 𝑀𝑡 𝑇𝑦 𝑀𝑓𝑦 𝑇𝑧 𝑀𝑓𝑧

𝐺

𝐷𝑜𝑛𝑐 𝑁 = 3,7 kN

Ty = -2 kN

Et Mfz = −2(1−x)

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

(𝑜𝑛 𝑣é𝑟𝑖𝑓𝑖𝑒 𝑞𝑢𝑒

𝑑𝑀𝑓𝑧 𝑑𝑥

= −𝑇𝑦)

5) Diagrammes des efforts internes

N= 3,7kN

(+)

B

N> 0 donc la poutre est soumise à une Traction

(-)

B

A

A

Ty = −2 kN

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

Publicité

Mf𝑧

-2

(-)

B

Au point A : Mfz 0 = −2 kN.m

Mfz = −2(1−x)

Au point B : Mfz 1 = 0

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

Exercice 3

𝜏𝐴 =

𝑋𝐴 0 𝑌𝐴 0 𝑍𝐴 0 𝐴

𝜏𝐵 =

0 0 𝑌𝐵 0 𝑍𝐵 0 𝐵

Remarque : ce sont les torseurs des actions mécaniques transmissibles par ces liaisons

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

Exercice 3

𝜏𝐴 =

𝑋𝐴 0 𝑌𝐴 0 𝑍𝐴 0 𝐴

𝜏𝐵 =

0 0 𝑌𝐵 0 𝑍𝐵 0 𝐵

On a cinq inconnues à calculer. On appliquera le PFS sur la poutre AB.

𝜏𝑐 =

−100 0 600 0 −50 0 𝑐

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

Première étape : calcul des inconnues

• PFS : on va faire la somme des trois torseurs

𝜏𝐴 =

𝑋𝐴 0 𝑌𝐴 0 𝑍𝐴 0 𝐴

𝜏𝐵 =

0 0 𝑌𝐵 0 𝑍𝐵 0 𝐵

𝜏𝑐 =

−100 0 600 0 −50 0 𝑐

On doit d’abord les exprimer au point A

𝑀𝐴=𝑀𝐵 + 𝐴𝐵∧𝑅𝐵

Transfert du torseur de la liaison en B, vers le point A : 𝜏𝐵 𝐴 =

0 0 𝑌𝐵 0 𝑍𝐵 0 𝐵

𝐴𝐵∧𝑅𝐵=

2 0 0

∧

0 𝑌𝐵 𝑍𝐵

=

0 −2𝑍𝐵 2𝑌𝐵

donc

𝜏𝐵 𝐴 =

0

0 𝑌𝐵 −2𝑍𝐵 𝑍𝐵

2𝑌𝐵 𝐴

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

Transfert du torseur de la liaison en C, vers le point A :

𝜏𝑐 =

−100 0 600 0 −50 0 𝑐

𝜏𝐶 𝐴 =

−100 0 0 600 0 𝐶 −50

𝑀𝐴=𝑀𝐶 + 𝐴𝐶∧𝑅𝐶

𝐴𝐶∧𝑅𝐶

=

0,8 0 0

∧

−100 600 −50

=

0 40 480

𝜏𝐶 𝐴 =

−100 600 −50

0 40 480 𝐴

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

Somme des torseurs

𝜏𝐴 =

𝑋𝐴 0 𝑌𝐴 0 𝑍𝐴 0 𝐴

𝜏𝐵 𝐴 =

0

0 𝑌𝐵 −2𝑍𝐵 𝑍𝐵

2𝑌𝐵 𝐴

𝑋𝐴-100 =0

𝑌𝐴 + 𝑌𝐵 + 600 = 0

−2𝑍𝐵 + 40 = 0

𝑍𝐴+ 𝑍𝐵-50 = 0

2𝑌𝐵 + 480 = 0

𝑌𝐵 = −240

Publicité

𝑍𝐵 = 20

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

𝜏𝐶 𝐴 =

−100 600 −50

0 40 480 𝐴

𝑋𝐴= 100

𝑌𝐴 = - 𝑌𝐵 - 600 = - 360

𝑍𝐴=- 𝑍𝐵+50 = -20+50=30

Pour le calcul du torseur de cohésion ; attention au transfert du moment (on doit calculer le moment au point G)

𝑀𝐺=𝑀𝐴 + 𝐺𝐴∧𝑅𝐴

𝐺𝐴 =−xx

G

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

Transfert du Torseur de la liaison A vers le point G

𝐺𝐴

G

𝜏𝐴 𝐺 = −

𝑋𝐴 0 𝑌𝐴 0 𝑍𝐴 0 𝐴

𝑀𝐺=𝑀𝐴 + 𝐺𝐴∧𝑅𝐴 =

0 0 0

+

−𝑥 0 0

∧

100 −360 30

𝜏𝐴 𝐺 = −

100 −360 30

0 30𝑥 360𝑥 𝐺

=

0 −30𝑥

−100 360 −30 −360𝑥 𝐺

=

𝑁 𝑀𝑡 𝑇𝑦 𝑀𝑓𝑦 𝑇𝑧 𝑀𝑓𝑧

𝐺

𝑁 = −100, 𝑇𝑦 = 360

𝑇𝑧 = −30

𝑀𝑓𝑦 = −30𝑥

𝑀𝑓𝑧 = −360𝑥

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

(𝑜𝑛 𝑣é𝑟𝑖𝑓𝑖𝑒 𝑞𝑢𝑒

𝑑𝑀𝑓𝑧 𝑑𝑥

= −𝑇𝑦)

(𝑒𝑡

𝑑𝑀𝑓𝑦 𝑑𝑥

= 𝑇𝑧)

Transfert du Torseur de la liaison B vers le point G

𝜏𝐵 𝐺 =

0 0 𝑌𝐵 0 𝑍𝐵 0 𝐵

𝑀𝐺=𝑀𝐵 + 𝐺𝐵∧𝑅𝐵 =

0 0 0

+

𝑙 − 𝑥 0 0

∧

0 −240 20

𝜏𝐵 𝐺 =

0

0

−240 −20(𝑙 − 𝑥) −240(𝑙 − 𝑥)

20

𝑁 𝑀𝑡 𝑇𝑦 𝑀𝑓𝑦 𝑇𝑧 𝑀𝑓𝑧

𝐺

=

𝐺

G

𝐺𝐵

𝑇𝑦 = −240

𝑇𝑧 = 20

𝑀𝑓𝑦 = −20(𝑙 − 𝑥)

𝑀𝑓𝑧 = −240(𝑙 − 𝑥)

3ème année Génie Industriel - Yassine Ferchichi – ULT – 2020-2021 –

(𝑜𝑛 𝑣é𝑟𝑖𝑓𝑖𝑒 𝑞𝑢𝑒

𝑑𝑀𝑓𝑧 𝑑𝑥

= −𝑇𝑦)

(𝑒𝑡

𝑑𝑀𝑓𝑦 𝑑𝑥

= 𝑇𝑧)