Comprendre les efforts mécaniques et la résistance des matériaux

Les efforts internes et la résistance des matériaux

La force interne, ou effort, provient d'un élément résistif et est transmise par une section plate de celui-ci :

• Traction : Résistance à la contrainte normale ou perpendiculaire à la section transversale du corps qui tend à allonger les fibres.
• Compression : Tension négative, puisque le sens de la charge tend à raccourcir les fibres de la pièce.
• Flexion : Agit sur un corps qui tend à se courber, provoquant l'étirement de certaines fibres et la compression d'autres.
• Cisaillement : Effort contenu dans la section qui a tendance à couper la pièce en faisant glisser les sections concernées.
• Torsion (Couple) : Se produit lorsque les forces tendent à tordre la pièce sur son axe.
• Effort composé : Association de plusieurs efforts agissant sur les solides.
• Flambement : Effort combiné de flexion et de compression.
• Tension : Effort par unité de surface.

Diagramme contrainte-déformation

Sur un cylindre d'acier, on exerce une force de traction progressive. Les déformations et les tensions qui surgissent sont :

• Limite de proportionnalité : Période d'allongement proportionnelle à la charge.
• Limite d'élasticité (Point E) : La zone OE est élastique ; lorsque la charge cesse, l'éprouvette revient à sa forme normale. Au-delà de E, une déformation permanente se produit.
• Limite d'écoulement : La section EF est légèrement courbée, marquant le début de la zone plastique à partir de F.

Analyse des poutres

Une poutre est une barre structurelle longue par rapport à ses dimensions transversales, soumise à des forces provoquant une flexion dans le plan axial. Les éléments de base sont :

• Les réactions au niveau des points d'appui.
• Les efforts présents dans toute section de la poutre.
• Les dimensions permettant à la pièce de supporter les efforts.

Règles pour le tracé des diagrammes :

• Calculer les réactions de la poutre.
• Sectionner la poutre et analyser les zones de charge constante.
• Déterminer les efforts dans ces sections.
• Une charge concentrée provoque un saut dans le diagramme de cisaillement.
• Une charge concentrée provoque un changement de pente dans le diagramme des moments de flexion.
• Lorsque la contrainte de cisaillement est nulle, le moment fléchissant (MF) est maximal.
• Tracer le diagramme des efforts tranchants avant celui du moment de flexion.