MECANIQUE DES MILIEUX CONTINUS
R. FORTUNIER
CINEMATIQUE DEFORMATIONS
CONTRAINTES
ELASTICITE
METHODES SEMI-INVERSES METHODES ENERGETIQUES METHODES NUMERIQUES
CALCUL TENSORIEL APPLICATION AUX POUTRES
Notions de base
Loi de comportement
Méthodes de résolution
Applications
Compléments
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse
CINEMATIQUE
CINEMATIQUE
P
x u
P
X
P : point « matériel »
v
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse Cadre général
forces extérieures) = variation de la quantité de mouvement
moments) = variation du moment de quantité de mouvement Le solide est en équilibre sous l’action des forces extérieures
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse Équilibre d ’un solide
* vision macroscopique
* « masse » d’un élément de volume : dm = dv
Des forces de cohésion assurent la continuité de la matière
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse Continuité de la matière
configuration de référence : C
0: description lagrangienne C(t) : descrition eulérienne C
0C(t)
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse Configuration
P
X C
0P
x
coordonnées d'un point : x = ( X , t ) avec ( X , 0 ) = X v
vitesse d'un point : v = dx / dt = / t
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse Description lagrangienne
vitesse d'un point : v( x , t)
v P
x
C(t)
coordonnées d'un point : x = X à t=0, puis dx = v(x,t)dt P
X
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse Description eulérienne
maquette du Concorde (document ONERA)
P
ligne d'émission du point P
cargo échoué
trace produite sur la mer (ligne d'émission du cargo)
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse Ligne d’émission
tenseur gradient de la transformation
* déplacement autour du point P : grad(u) = grad(x) – I = F(X,t) - I P
x u
P
X
* déplacement du point P : u ( X, t) = x - X
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse
Tenseur gradient d’une transformation
dX dx
dx = (I + grad(u) ).dX = F.dX P
x P
X
u
x = X + u
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse
Transport d’un vecteur élémentaire
dv
dv = [dx, dy, dz] = [F.dX, F.dY, F.dZ] = J dV avec J = det(F) dV
dV = [dX, dY, dZ]
P
x P
X
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse
Transport d’un volume élémentaire
n
ds
ds = nds et dv = ds.dz = JdV, avec dz = F.dZ N
dS
dS = NdS et dV = dS.dZ
P
x P
X
ds = J(F
-1)
t.dS avec J = det(F)
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse
Transport d ’une surface élémentaire
P
x P
X
Évolution d’une grandeur physique « f ( x, t) » au cours du temps ? df / dt = f / t + f / x
i. dx
i/ dt = f / t + v.grad(f)
v
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse
Dérivées particulaires
m = dm = dv = cste d / dt + div(v) = 0 v
P
x P
X
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse Conservation de la masse
Description lagrangienne : Description eulérienne : x
1= X
1+ 2tX
2x
2= X
2x
3= X
3v
1= x
2v
2= 0 v
3= 0
a a
1 2
u X
P
x
P
CINEMATIQUE
Cadre général
Équilibre d ’un solide
Configuration
Description lagrangienne Description eulérienne Continuité de la matière
Tenseur gradient d’une transformation Transport d’un vecteur élémentaire Transport d’un volume élémentaire Transport d ’une surface élémentaire
1 - Cisaillement simple Ligne d’émission Equilibre et continuité
Description d’une transformation
Transport de quantités
Exemples
Équations de bilan Dérivées particulaires Conservation de la masse
1 - Cisaillement simple
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites
DEFORMATIONS
Il faut utiliser :
Comment décrire la transformation de ce solide ?
- une déformation
- un déplacement de corps solide - une rotation
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites Cadre général
vitesse d'un point : v( x , t)
v P
x
C(t)
P
X C
0vitesse autour du point P : dv = grad
X(v).dX = grad
X(v).F
-1.dx = F.F
-1.dx v+dv
. Tenseur gradient des vitesses de déplacement : L = F.F .
-1DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Tenseur « taux de déformation » D = ½ (L+L
t)
Tenseur « taux de rotation »
= ½ (L-L
t)
L = D+
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Comment intégrer dans le temps les tenseurs taux de déformation et de rotation ?
C0 C(t) C(2t)
etc…
La configuration est actualisée à la fin de chaque incrément de temps Configuration « lagrangienne réactualisée »
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites Intégration dans le temps
C : tenseur des dilatations P
C
0P C(t) dy dx
dX dY
dx . dy = dX . F
t.F . dY
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites Tenseur des dilatations
P C
0P C(t)
dx
dX N
X(N
X) = dx / dX = N
X.C.N
XDilatation (ou changement de longueur) dans la direction N
X:
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites Dilatation dans une direction
P C
0P C(t) dy dx
dX dY
N
XN
YGlissement (ou changement d’angle ) entre les directions N
Xet N
Y: cos((N
X,N
y)) = dx . dy / dx dy = N
X.C.N
Y/ (N
X) (N
Y)
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites Angle entre deux directions
tenseur de Green-Lagrange : E = ½ (C-I) = ½ (F
tF-I) P
C
0P C(t) dy dx
dX dY
dx . dy = dX . C . dY = dX . dY + 2dX . E . dY
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites
Tenseur des déformations de Green-Lagrange
tenseur d’Euler-Almansi : e = ½ (I-C
-1) = ½ (I-F
-tF
-1) P
C
0P C(t) dy dx
dX dY
dx . dy = dX . C . dY = dX . dY + 2dx . e . dy
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi
évolution de la composante u
idu déplacement le long de la direction x
jde l ’espace
a
1a
2état initial
d = grad
X(u) ou d
ij= u
i,jL = grad
X(v)
identification de C
0et C(t) : F grad .
X(v) F = I + grad(u)
état courant
d
11= 0 d
12> 0 d
21= 0 d
22= 0
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites
Tenseur gradient des déplacements
- symétrique - diagonal
dans le repère
- antisymétrique - « rotation » des axes
a
1a
2état initial
état courant d + avec
= ½ (d-d
t) : tenseur des rotations
Tenseur des déformations
Tenseur des rotations
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites
Déformation et rotation de corps solide
F = I+d
dv = det(F)dV = det(I+d)dV (1+tr( ))dV
En tout point du solide, la variation de volume est donnée par la trace du tenseur des déformation
dv P
x
C(t)
P dV
X C
0d = grad( u )
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites Dilatation volumique
(symétrique) donné est-il toujours le tenseur
de déformation d’une ou de plusieurs transformations ?
d = +
un tenseur gradient des déplacements d =
ki,jl + jl,ik = kj,il + il,kj
6 équations de compatibilité doit être tel que : d.dX = du où du est une différentielle totale
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites Équations de compatibilité
0° 45°
90°
différents points de mesure
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites Mesure des déformations
tous les déplacements sont imposés nuls sur cette ligne
le vecteur déplacement est imposé ici (chargement de la structure)
uDEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites Conditions aux limites
Déformations
Hypothèse des petites perturbations
équations de compatibilité :
ki,jl+
lj,ik=
kj,il+
li;jkvecteur déplacement : u( X ,t)
conditions aux limites : u = U sur
utenseur des déformations :
= ½ (grad(u) + grad(u)
t)
DEFORMATIONS
Cadre général
Tenseur gradient des vitesses de déplacement
Intégration dans le temps
Tenseur des dilatations Dilatation dans une direction
Tenseurs taux de déformation et de rotation
Tenseur des déformations de Green-Lagrange Formulation eulérienne en vitesses
Formulation en déplacements
Hypothèse des petites perturbations Tenseur gradient des déplacements Déformation et rotation de corps solide Dilatation volumique
Équations de compatibilité Mesure des déformations
Résumé Bilan
Tenseur des déformations d’Euler-Almansi Angle entre deux directions
Conditions aux limites
Résumé
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
CONTRAINTES
CONTRAINTES
Il faut utiliser le tenseur des contraintes
Comment décrire les efforts auxquels est soumis ce solide ?
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé Cadre général
Efforts de cohésion dans
A(dus à la déformation)
Efforts de sur
A(provoquant la déformation)
ADensité surfacique de forces t t
Densité volumique de forces F
F
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Hypothèses de base
Vecteur contrainte
Tenseur des contraintes
Le tenseur des contraintes est symétrique
F dv = t ds
A
AP
x
C(t)
F
At
F = div( )
t = .n
Fx dv = t x ds
A
A =
tCONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Théorème de l’action et de la réaction
Le vecteur contrainte n ’est pas forcément porté par la normale à cette surface.
n
df t
t = lim
ds -> 0
df ds
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Signification physique du vecteur contrainte
surface contraintes
vecteur
C(t) C(t)
C 0 C 0
C(t) C 0
Cauchy (eulérien, symétrique)
Piola-Kirchhoff (lagrangien, symétrique)
Piola-Lagrange df = .ds
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Différents tenseurs des contraintes
n
ds
t Contrainte normale
nContrainte tangentielle
tb
n= t . n =
ijn
in
j
t= t . b =
ijb
in
jou
tb = t -
nn
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Contraintes normale et tangentielle
Vecteur contrainte T connu
sur la partie
Tde t = T .n = T
n
TT
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Conditions aux limites en pression
Dans un repère orthonormé (Oxyz) :
=
xx
xy
xz
yx
yy
yz
zx
zy
zzn 0 t 0 1
xz
yz
zz
xy
yy
zy
xx
yx
zxCONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Contraintes dans un repère orthonormé
actions sur
Apar le milieu extérieur
- vecteur contrainte t - forces de volume f
v
ACONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Forces extérieures agissant sur un volume
=
A
dv +
A
f v dv
A tds
A
(div() + )dv = f v
A
dv div() + = f v
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Équilibre des forces
A t ds
x
=
A
dv x +
A
f v dv
x
A
(div() + - ) dv f v x ( - dv = 0 t
A +
équilibre des forces symétrie du tenseur des contraintes
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Équilibre des moments
=
tDans le repère « principal » :
Contraintes principales
III =
I
II0 0
0 0
0 0
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Contraintes principales
symétrique de trace nulle contrainte moyenne :
=
11
12
13
21
22
23
31
32
33 m = 1 tr () 3
déviateur des contraintes :
S =
11-
m
12
13
21
23
31
32
22-
m
33-
mCONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Contrainte moyenne et déviateur
contrainte équivalente de von Mises :
= Sup(|
I-
II|, |
II-
III|, |
I-
III|)
contrainte équivalente de Tresca :
= S 3
ijS
ij2
CONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé
Contraintes équivalentes
Contraintes
Hypothèse des petites perturbations
vecteur contrainte : t ( X, n, t) tenseur des contraintes : t = . n avec = ( X, t)
équations d’équilibre :
ij,j+ f
vi=
iconditions aux limites :
. n = T sur
TCONTRAINTES
Cadre général
Hypothèses de base
Signification physique du vecteur contrainte
Contraintes normale et tangentielle Conditions aux limites en pression Théorème de l’action et de la réaction
Contraintes dans un repère orthonormé Tenseur des contraintes
Signification physique des contraintes
Équations d’équilibre
Forces extérieures agissant sur un volume Équilibre des forces
Équilibre des moments
Contraintes principales
Contrainte moyenne et déviateur Contraintes équivalentes
Différents tenseurs des contraintes
Utilisation du tenseur des contraintes
Bilan Résumé Résumé
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope
Loi de comportement du matériau
Contraintes Déformations
Hypothèse des petites perturbations
Hypothèse des petites perturbations
vecteur déplacement : u( X ,t) vecteur contrainte : t ( X, n, t) tenseur des déformations :
= ½ (grad(u) + grad(u)
t)
tenseur des contraintes : t = . n avec = ( X, t)
équations de compatibilité :
ki,jl+
lj,ik=
kj,il+
li;jkéquations d’équilibre :
ij,j+ f
vi=
iconditions aux limites : u = U sur
uconditions aux limites :
. n = T sur
TELASTICITE
Cadre général
traction flexion
Discorsi e Demonstrazioni matematiche Galilée (1638) :
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Résistance des solides
Hooke (1660) :
Mariotte (1680) :
notion de module d ’élasticité Relation
entre déformations
et
contraintes en
élasticité
même loi, appliquée aux expériences de Galilé (fibres tendues et conprimées en flexion)
Young (1807) :
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Relation contrainte-
déformation
partie utile
él as tic ité P la st ic ité ho m og èn e lo ca lis at io n
élasticité
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Courbe force-allongement
Pour passer de F à , il faut connaître la section courante S de la partie utile de l ’éprouvette
=
0 0 0
0 0 0
0 0 section S F/S
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Tenseur des contraintes
x = X
2(1- t) X
3(1+ t)
v = - x
2/(1- t)
x
3/(1+ t)
=
ln (1- t)
ln (1- t)
ln (1+ t)
0 0
0 0
0 0
lagrangien (Green-Lagrange) : E =
- t + ½
2t
2- t + ½
2t
2 t + ½
2t
20 0
0 0
0 0
eulérien (Euler-Almansi) : cinématique :
E =
0 0
0 0
0 0
1 - 1 (1- t)
21 - 1
1 - 1 (1- t)
2(1+ t)
2En pratique, intégration du champ de vitesses
de déformation
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Tenseur des déformations
33= ln(1+ t)=ln(l/l
0)
33=F/S
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Courbe contrainte-déformation
=
330 0 0
0 0 0
0 0 1
33= E
33E Module d ’Young
=
33-
0 0
0 -
0 0 0 1
Coefficient de Poisson
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Domaine d’élasticité
= C:
= S:
Tenseur des rigidités
Tenseur des complaisances
36 coefficients !!!!
Ordre 4 81 termes !!
11=
22
33
23
13
12
11
22
332
232
132
12C
1111C
1122C
1133C
1123C
1113C
1112C
2211C
2222C
2233C
2223C
2213C
2212C
3311C
3322C
3333C
3323C
3313C
3312C
2311C
2322C
2333C
2323C
2313C
2312C
1311C
1322C
1333C
1323C
1313C
1312C
1211C
1222C
1233C
1223C
1213C
1212ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Loi de Hooke généralisée
Le tenseur des rigidités a 6x7/2 = 21 composantes indépendantes !!!
de = w + q
Par unité de volume en cours de transformation :
Travail mécanique fourni : .d Taux de chaleur reçu : Tds
ij= w
ij= C
ijkl
klC
ijkl=
2w
kl
ijC
ijkl= C
klijELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Énergie de déformation élastique
11=
22
33
23
13
12
11
22
332
232
132
12C
11C
12C
120 0 0
C
12C
11C
120 0 0
C
12C
12C
110 0 0
0 0 0 C
440 0
0 0 0 0 C
440
0 0 0 0 0 C
44même comportement dans trois directions orthogonales
Le tenseur des rigidités a trois composantes indépendantes (C
11C
1111, C
12C
1122, C
44C
1212)
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Symétrie cubique
11=
22
33
23
13
12
11
22
332
232
132
12même comportement dans toutes les directions
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0
+2
+2
+2
Le tenseur des rigidités a deux composantes
indépendantes ( = C
11, = C
44) : les coefficients de Lamé
Quel est le lien entre les coefficients de Lamé ( , ) et les paramètres (E, ) ?
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope Comportement élastique linéaire isotrope
ij= 2
ij+ tr ()
ijContraintes Déformations
Hypothèse des petites perturbations
Hypothèse des petites perturbations
vecteur déplacement : u( X ,t) vecteur contrainte : t ( X, n, t) tenseur des déformations :
= ½ (grad(u) + grad(u)
t)
tenseur des contraintes : t = . n avec = ( X, t)
équations de compatibilité :
ki,jl+
lj,ik=
kj,il+
li;jkéquations d’équilibre :
ij,j+ f
vi=
iconditions aux limites : u = U sur
uconditions aux limites :
. n = T sur
TComportement élastique linéaire isotrope
ELASTICITE
Cadre général
Résistance des solides
Courbe force-allongement
Courbe contrainte-déformation Relation contrainte-déformation
Domaine d’élasticité Historique
L’essai de traction
Loi de comportement élastique linéaire Loi de Hooke généralisée
Énergie de déformation élastique Symétrie cubique
Bilan Résumé
Tenseur des contraintes Tenseur des déformations
Comportement élastique linéaire isotrope
Résumé
METHODES SEMI-INVERSES
Inconnues et équations
Résolution en déplacements
Géométrie et cinématique Résolution en contraintes Équations de base
Le tube sous pression
Résolution en déplacements Résolution en contraintes Conditions aux limites Résultats
Contraintes et déformations
Approches en déplacements et en contraintes Résumé
METHODES
SEMI-INVERSES
Contraintes Déformations
Hypothèse des petites perturbations
Hypothèse des petites perturbations
équations de compatibilité :
ki,jl+
lj,ik=
kj,il+
li;jkvecteur déplacement : u( X ,t)
conditions aux limites : u = U sur
utenseur des déformations :
= ½ (grad(u) + grad(u)
t)
vecteur contrainte : t ( X, n, t) tenseur des contraintes : t = . n avec = ( X, t)
équations d’équilibre :
ij,j+ f
vi=
iconditions aux limites :
. n = T sur
TLoi de comportement :
= 2 + tr() ij ij ij
METHODES SEMI-INVERSES
Inconnues et équations
Résolution en déplacements
Géométrie et cinématique Résolution en contraintes Équations de base
Le tube sous pression
Résolution en déplacements Résolution en contraintes Conditions aux limites Résultats
Contraintes et déformations
Approches en déplacements et en contraintes Résumé
Résumé