Forces, propriétés mécaniques et structures - Matériaux

Forces et unités

Une force est capable de produire une action ou de modifier l'état de repos ou de mouvement d'un corps ou des sources productrices. L'unité de force dans le Système international d'unités est le newton (N).

Propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques déterminent le comportement des matériaux lorsqu'une ou plusieurs forces agissent. On distingue notamment :

• Résistance : capacité d'un matériau à résister à des forces sans être excessivement déformé ou cassé (ex. acier, bois, plastique).
• Ténacité : aptitude à résister aux chocs et aux efforts répétés sans rupture (ex. métal, bois, certains plastiques). Propriété opposée : fragilité (ex. verre).
• Élasticité : capacité à reprendre sa forme initiale après déformation (ex. caoutchouc).
• Plasticité : capacité à se déformer de façon permanente sans se rompre (ex. argile).
• Ductilité : propriété de certains matériaux à se déformer plastiquement en formant un fil fin sans se rompre (ex. certains métaux).
• Malléabilité : aptitude d'un matériau à se déformer en feuilles minces sans se fissurer (ex. métaux malléables).
• Dureté : propriété indiquant la résistance d'un matériau aux rayures ou à la pénétration.

Types d'efforts

La résistance d'un objet à un effort donné dépend de trois facteurs : la taille, la forme et la façon dont les forces agissent sur l'objet.

• Traction (tension) : deux forces opposées agissant sur un corps tendant à l'étirer.
• Compression : forces agissant en sens inverse et se faisant face, tendant à écraser ou raccourcir l'objet.
• Flexion (ou flexion) : forces appliquées contre l'axe longitudinal d'une pièce, tendant à la courber.
• Torsion : forces qui font tourner le corps autour de son axe.
• Cisaillement (ou tranchage) : forces parallèles en sens opposé provoquant le glissement ou la rupture par coulissement.

Structures

Une structure est un ensemble d'éléments assemblés ayant pour fonction principale de supporter des forces. Il existe plusieurs types et principes de conception :

Types de structures

• Ossature (armature) : ensemble solide d'éléments liés entre eux constituant le « squelette » d'un objet.
• Coque (boîtier) : constituée de feuilles ou de panneaux assemblés qui entourent et supportent l'objet.

Conception des structures

Pour concevoir des structures, les éléments les plus importants sont le matériau et la forme. Le matériau doit être adapté et résistant ; la forme doit assurer la stabilité et empêcher l'effondrement ou le basculement.

Structures métalliques

La forme la plus simple offrant une grande rigidité et résistance est la structure triangulée. Les structures métalliques utilisent souvent des profils laminés pour assurer rigidité et résistance.

Ouvrages d'art

Les ouvrages d'art sont essentiellement construits avec des profilés en acier laminés structurels. Parmi les profils courants : IPN, U, HEB, profils angulaires, et profils en T.