Ch 17 Methode Des Deplacements

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  • CNAM Chaire de Travaux Publics et Btiment 38

    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    17. Mthode des dplacements1

    17.1. Principe de la mthode

    17.1.1. Etude du comportement dun barreau Soit un barreau de longueur L et de section S soumis une charge extrieure F.

    Sachant que L

    udxdu

    x0== et

    SF

    x = , la relation contrainte dformation peut sexprimer sous la forme : uku

    LESF

    LuE

    SFE xx ==== o L

    ESk = correspond la rigidit du barreau et la pente de droite F u dans le domaine lastique. On notera par ailleurs que la valeur de F dans la relation ukF = correspond dans ce cas leffort normal interne dans le barreau. Le dplacement u tant indpendant de x (constant tout le long du barreau), le potentiel interne (ou nergie de dformation cf. chapitre sur la mthode des forces) devient alors :

    { {2

    2

    0

    22

    21

    2221

    21 uk

    LuLSEdxdS

    EdxdSEdVW

    L

    L

    SS

    x

    vx

    vxx =

    ====

    do lexpression du potentiel interne en fonction de leffort normal F : }

    uFuukWF

    ===

    21

    21

    .

    De plus et sachant que le travail de la force P est gal uF , le potentiel total2 sera donc gal : uFukTWE == 2

    21

    Considrant le problme comme stationnaire (indpendant du temps) ce qui signifie quaprs obtention de lquilibre, le dplacement u nvolue plus, la variation du potentiel total par rapport u

    doit donc tre nulle do : FukFukdudE === 0 .

    Ltude de lquilibre du barreau revient rsoudre lquation Fuk = , F correspondant dans ce cas leffort externe appliqu au barreau. 1 La mthode des dplacements est quivalente celle des lments finis dveloppe pour les poutres droites. 2 Appel galement nergie potentielle.

    u

    F

    L

    F

    x

    k

    u

    W

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    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    17.1.2. Etude du cas gnral Considrant maintenant une structure quelconque de rigidit K (matrice carre), lapplication dun vecteur de charges extrieures F entrane un champ de dplacement U (un vecteur U) et des efforts internes regroups dans un vecteur P. Le potentiel interne et le travail des forces extrieures scrivent donc respectivement :

    FUT

    UKUPUW

    T

    TT

    ===

    21

    21

    Do lexpression du potentiel total : FUUKUTWE TT ==21

    et de sa drive par rapport

    U : FUKFUKdUdE === 0

    Ltude de lquilibre de la structure consistera donc rsoudre un systme dquations FUK = ce qui constitue la base de toute rsolution de problme en dplacement (cf. mthode des rotations par exemple).

    17.2. Calcul de la rigidit dun lment de poutre plane Soit un lment de poutre plane de longueur l, dinertie constante I et dont le matriau a un module dlasticit longitudinal E.

    Cet lment 2 nuds destin au calcul des rseaux de poutres chargs dans leur plan fait appel la thorie des poutres qui permet de ramener le problme tridimensionnel un problme unidimensionnel en condensant ses caractristiques au niveau de sa fibre moyenne. Chacun de ses

    nuds possde 3 degrs de libert u v dvdxi i

    i, et qui permettent de reconstituer les champs (les

    fonctions) de dplacements axial u(x) et transversal v(x). Ses caractristiques sont : S : section axiale I : inertie ( )zI= L : longueur E : module dlasticit longitudinal

    X

    Y

    x y

    i

    j

    vi

    vj v(x)

    u(x)

    dxdv j

    j =

    dxdvi

    i =

    E,I,S

    uj

    ui

    l

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    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    Les inconnues tant les dplacements en i et en j, la premire opration consistera exprimer ces

    champs de dplacement en fonction des valeurs u v dvdxi i

    i, et et dxdv

    vu jjj et , .

    17.2.1. Etude du dplacement axial associ la traction - compression

    Considrant la dformation axiale de la poutre, la fonction de dplacement u(x) dpend donc uniquement des dplacements des ui et uj . De plus, la dformation tant constante sur la hauteur de la section, la fonction de dplacement u(x) est de fait forcment linaire1. On a donc :

    xaaxudxaduadxdu

    x 1011 )( +====

    Comme ( )( )

    =+==

    ==

    luu

    aulau

    au

    uluuu

    ijij

    i

    j

    i

    11

    00, on obtient pour la fonction de dplacement :

    jiij

    i ulxu

    lxx

    luu

    uxu .).1()( +=

    +=

    17.2.2. Etude du dplacement transversal associ la flexion

    Cette fonction de dplacement qui caractrise la flexion de la poutre, doit donc tre au minimum

    cubique du fait de la loi moment - courbure 2 )()(22

    xMdx

    xvdEI = . Il a donc pour expression :

    { }

    =+++=3

    2

    1

    0

    3233

    2210 1)(

    bbbb

    xxxxbxbxbbxv

    A partir de v(x) et des conditions aux limites, le vecteur des dplacements nodaux s'crit :

    ( )

    ( )

    [ ] [ ]

    =

    =

    =

    ++=+++=

    ==

    ====

    j

    j

    i

    i

    j

    j

    i

    i

    j

    j

    i

    i

    j

    j

    i

    i

    v

    v

    R

    bbbb

    bbbb

    R

    bbbb

    lllllv

    v

    lblbblblblbbv

    bbv

    ldxdv

    vlvdxdv

    vv

    1

    3

    2

    1

    0

    3

    2

    1

    0

    3

    2

    1

    0

    2

    32

    2321

    33

    2210

    1

    0

    32101

    00100001

    32

    )(

    0

    )0(

    1 Equation dune droite. 2 Cf. chapitre 12.2.2. Nous avons vu au chapitre 12 que le moment flchissant tait linaire avec des charges ponctuelles et parabolique pour les charges uniformment rparties. Lquation du moment est donc au minimum une droite. De ce fait, la ligne lastique )(xv est aprs une double intgration forcment cubique.

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    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    d'o { }[ ] { }

    =

    =

    j

    j

    i

    i

    j

    j

    i

    i

    v

    v

    llllllll

    xxxv

    v

    Rxxxxv

    2323

    2232132

    /1/2/1/2/1/3/2/3

    00100001

    11)(

    +++=

    j

    j

    i

    i

    v

    v

    lx

    lx

    lx

    lx

    lx

    lxx

    lx

    lxxv

    2

    32

    3

    3

    2

    2

    2

    32

    3

    3

    2

    2 232231)(

    17.2.3. Dformation associe aux fonctions de dplacement u(x) et v(x)

    Le champ de dplacement final { }

    =

    )()(xvxu

    U de l'lment i-j s'crivant sous forme matricielle :

    [ ]{ }e

    j

    j

    j

    i

    i

    i

    qN

    vu

    vu

    lx

    lx

    lx

    lx

    lx

    lxx

    lx

    lx

    lx

    lx

    xvxu =

    +++

    =

    2

    32

    3

    3

    2

    2

    2

    32

    3

    3

    2

    2 23022310

    00001

    )()(

    Et sachant que la dformation dfinie par la thorie des poutres a pour expression 2

    2

    dxvdy

    dxdu

    x = 1 (dformation axiale + dformation de flexion), le champ de dformation s'crit alors :

    [ ]{ }e

    j

    j

    j

    i

    i

    i

    x qB

    vu

    vu

    ylx

    ly

    lx

    lly

    lx

    ly

    lx

    ll=

    +

    =

    232232 621261641261

    avec { }eq : vecteur des dplacements nodaux de llment de poutre plane e.

    17.2.4. Matrice de rigidit de llment de poutre plane

    Reprenant lexpression du potentiel interne dVW xv

    x = 21 , la matrice de rigidit [ ]ek de llment de poutre plane e peut tre dduite en identifiant son expression celle fonction des

    dplacements

    = UKUW T21

    .

    1 dxdu

    correspond la dformation associe la traction compression alors que 2

    2

    dxvdy est lie celle de

    flexion. En effet, nous avons vu au chapitre 9.2.2 que y

    x = et en 12.2.2 que 221

    dxvd= . On rappelle

    galement que y varie entre les ordonnes des fibres extrmes de la section qui peut tre quelconque.

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    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    On a donc : [ ]{ }( ) [ ]{ } { } [ ] [ ][ ]

    { }ek

    v

    TTeee

    v

    Teex

    vxe qdVBBEqdVqBqBEdVW

    e 444 8444 76

    === 212121

    do

    [ ] [ ] [ ] 621261641261

    62

    126

    1

    64

    126

    1

    0 232232

    2

    32

    2

    32

    +

    +

    == LSe

    T

    ve dxdSyl

    xl

    ylx

    lly

    lx

    ly

    lx

    ll

    ylx

    l

    ylx

    l

    l

    ylx

    l

    ylx

    l

    l

    EdVBBEke

    e

    1

    [ ]

    ===

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lES

    lES

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lES

    lES

    kIdSySdSc eSS ee

    4626

    612612

    2646

    612612

    ,

    22

    2323

    22

    2323

    2

    00

    00

    0000

    00

    00

    0000

    et omme

    2

    1 La matrice [ ]ek est le rsultat du produit dun vecteur colonne (6,1) par un vecteur ligne (1,6). Il est donc normal que cette matrice comprenne 6 x 6 = 36 termes. Par ailleurs, lintgrale de volume est dcompose en

    une intgrale sur la longueur l de la poutre et sa section Se. On a =e eV

    l

    oS

    .De plus et quand le produit

    matriciel (cf. 2.7.2.2) fait apparatre des termes en dSyeS 2 ou dSyeS , il sagit bien sr respectivement de

    linertie I de la section de la poutre et de son moment statique qui dans ce dernier cas est forcment nul puisque son calcul seffectue par rapport la fibre moyenne (do les zros de cette matrice). 2 Chacune des lignes et colonnes de la matrice [ ]ek (prises dans lordre croissant) pouvant tre associes aux degrs de libert du vecteur dplacements jjjiii vuvu ,,,,, , les deux sous matrices 3x3 repres en rouge correspondent respectivement aux rigidits des nuds i et j alors que celles en bleu sont assimilables aux facteurs de transmission tablis lors de ltude de la mthode des rotations (cf. chapitre 16.2.1). En dautres termes, les deux sous matrices 3x3 repres en bleu caractrisent le fait quun effort appliqu en i engendre non seulement des dplacements en i mais galement en j.

    Couplage du nud i sur lui mme

    Couplage du nud j sur lui mme

    Couplage du nud i vers j

    Couplage du nud j vers i

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    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    17.3. Calcul du vecteur charges associ un lment de poutre plane

    Considrant une poutre plane charge uniformment, le travail des forces extrieures exprim sur llment e nous permet dcrire que :

    [ ]{ }( ) ( )( ) { } [ ] ( ) { } [ ] ( ) dxxqNfdxxqNqdxxqxq

    qNfUTl

    Te

    lTT

    ey

    xl

    Tee

    Te

    =

    =

    == 00

    000

    1

    Do pour une charge uniformment rpartie q2: { }

    +

    =

    +

    ++

    =

    =

    =

    =

    12

    2

    012

    2

    0

    230

    2

    231

    0

    0

    0

    2

    2

    0

    3

    32

    3

    3

    2

    2

    2

    32

    3

    3

    2

    2

    ql

    ql

    ql

    ql

    dxq

    lx

    lx

    lx

    lx

    lx

    lxx

    lx

    lx

    MF

    FMF

    F

    fl

    jz

    jy

    jx

    iz

    iy

    ix

    e

    Dune manire gnrale, le vecteur charges dun lment de poutre plane soumis un systme de charges transversales est gal linverse3 des ractions et moments dencastrement de la poutre bi encastre quivalente.

    1 { }ef est un vecteur 6 lignes. Ceci tant et du fait que ( ) 0=xqx , ixF et jxF sont nuls. 2 On notera que q est pris ngativement dans le sens des y ngatifs. Cest contraire aux conventions utilises jusqu maintenant. Ceci sexplique par le fait que la mthode des dplacements est destine tre informatise do la ncessit de suivre les conventions lies aux axes. 3 Ceci est normal puisque les efforts gnrs correspondent des actions.

    X

    Y

    x y

    i

    j

    vi

    vj v(x)

    u(x)

    dxdv j

    j =

    dxdvi

    i =

    E,I,S

    uj

    ui

    l q(x) = -q

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    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    17.4. Assemblage et changement de repre

    17.4.1. Etude dun systme de ressorts

    17.4.2. Changement de repre

    Cependant, les lments nayant pas forcment le mme rfrentiel (le mme repre local), la sommation des nergies de dformation et des travaux des forces extrieures ne peut tre directement algbrique. Il est donc ncessaire denvisager leur expression dans un repre unique appel repre global. Pour ce faire, un changement de base doit tre effectu entre le repre local de chacun des lments et ce repre global not gnralement XY. ( ) ( )

    ( ) ( )( ) ( )( ) ( )

    cossin

    sincoscossin

    sincos

    iii

    iii

    VUvVUu

    YXyYXx

    +=+=+=

    +=

    ( ) ( )( ) ( )

    ( ) ( )( ) ( )

    cossinsincos

    cossinsincos

    iii

    iii

    vuVvuU

    yxYyxX

    +==+=

    =

    Llment de poutre plane possdant 3 degrs de libert par nud et 2 nuds, la matrice de changement de base peut scrire sous la forme : ( ) ( )

    ( ) ( )( ) ( )( ) ( )

    { } [ ]{ }eee

    j

    j

    j

    i

    i

    i

    j

    j

    j

    i

    i

    i

    QRq

    VU

    VU

    vu

    vu

    =

    =

    1000000cossin0000sincos0000001000000cossin0000sincos

    avec { }eQ : vecteur dplacements en repre global. Remarques :

    Le 1 vient du fait que les axes z et Z sont colinaires (plan), Le signe de est donn par la rotation de X vers x (repre global vers repre local).

    k3 k1 k2

    Considrant un systme de 3 ressorts de rigidits respectives k1, k2 et k3, le potentiel interne est gal :

    ( ) 32123212 21

    21 WWWukkkukW eqT ++=++==

    Le potentiel interne de lensemble est donc gal la somme de celui de chacun des ressorts. Il en va de mme pour les lments poutres planes c'est--dire que lnergie de dformation totale de la structure est gale la somme des nergies de chacun des lments pris un un (idem pour le travail des forces extrieures). On a donc pour m lments:

    ==

    ==m

    ii

    m

    ii TTWW

    11;

    P

    u

    X

    Y

    x

    y

    Ui

    ui Vi vi

    i

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    17.4.3. Rigidit et vecteur charges en repre global

    La rigidit lmentaire tant obtenue par la relation { } [ ] [ ][ ]

    { }ek

    v

    TTee qdVBBEqW

    e 444 8444 76

    = 21 et sachant

    que { } [ ]{ }eee QRq = , on obtient pour la matrice de rigidit en repre global [ ]eK :

    { } [ ]{ } [ ]{ }( ) [ ][ ]{ } { } [ ] [ ][ ][ ]

    { }{ } [ ]{ } [ ] [ ] [ ][ ]eeTeeeeTee

    e

    K

    eeT

    eT

    eeeeT

    eeeeT

    ee

    RkRKQKQW

    QRkRQQRkQRqkqWe

    ==

    ===

    21

    21

    21

    21 4484476

    De la mme faon, on trouve pour le vecteur charges en repre global { }eF :

    { } { } [ ]{ }( ) { } { } [ ] { }{ }

    { } [ ] { }eTeeF

    eT

    eT

    eeT

    eeeT

    ee fRFfRQfQRfqTe

    ====48476

    17.4.4. Assemblage des matrices de rigidit et vecteurs charges

    17.4.4.1. Assemblage de la matrice K

    x termes de rigidit de la poutre 1 allant de i vers j. y termes de rigidit de la poutre 2 allant de j vers k.

    xxxxxxxxx

    Ui

    xxxxxxxxx

    Vi Bi

    [ ] =K

    xxxxxxxxx

    Uj

    yxyxyxyxyxyxyxyxyx

    +++++++++

    Vj Bj

    yyyyyyyyy

    Uk Vk Bk

    yyyyyyyyy

    yyyyyyyyy

    Ui

    Vi

    Bi

    Uj

    Vj

    Bj

    Uk

    Vk

    Bk

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    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    Considrant une structure n nuds, le vecteur global des dplacements{ }TQ (dimension 1 x n) sera de la forme : { }nnnkkkjjjiii VUVUVUVUVU 111 Lassemblage de la matrice [ ]K (dimension n x n) consistera donc positionner chacune des matrices de rigidit lmentaires [ ]eK en fonction des degrs de libert de dpart et darrive. Si par exemple, on considre un lment m allant de i vers j, le terme (1,1) de sa matrice [ ]mK se positionnera dans [ ]K suivant la ligne et la colonne correspondant Ui. Si la connectivit de llment m fait que i et j ne sont pas des nombres qui se suivent ( )1+ ij , le positionnement de la matrice [ ]mK reviendra diviser celle-ci en 4 sous matrices 3x3 et les placer suivant les bons degrs de libert. Si un nud est commun plusieurs lments, la connexion sera ralise grce laddition des sous matrices 3x3 correspondant aux degrs de libert concerns.

    17.4.4.2. Assemblage du vecteur de charges F Comme pour le vecteur global des dplacements, le vecteur global des charges { }F (dimension n) est obtenu en positionnant chacune des charges lmentaires suivant les degrs de libert des nuds de dpart et darrive de llment concern. On a donc : { } =TF { }ZnYnXnZkYkXkZjYjXjZiYiXiZYX MFFMFFMFFMFFMFF 111

    On peut ajouter par ailleurs des charges dites nodales exprimes en repre global (FX, FY ou MZ) qui sappliquent directement sur les nuds et dans la direction concerne.

    17.5. Rsolution Le chapitre prcdent nous a permis dtablir que la rigidit globale de la structure pouvait tre reprsente par la matrice [ ]K , que les charges extrieures et dplacements inconnus taient regroups respectivement dans des vecteurs { }F et { }Q . Le problme en dplacements rsoudre se rsume donc au systme dquations [ ] { } { }FQK = . Cependant, cette matrice [ ]K reste singulire du fait de labsence de conditions dappui. Les conditions de blocages de la structure tant reprsentes par le vecteur { }BQ 1, la relation de rigidit peut donc s'crire :

    [ ]{ } { } [ ] [ ][ ] [ ]{ }{ }

    { }{ }

    { }{ } connus tsdplacemen :

    inconnus tsdplacemen : avec

    B

    F

    ext

    B

    F

    BBBF

    FBFF

    QQ

    RF

    QQ

    KKKK

    FQK

    =

    =

    1 Ce vecteur peut dans certains cas correspondre des dplacements imposs (des dnivellations dappuis par exemple). Cependant et dans le cas gnral, les dplacements associs ce vecteur sont nuls (appuis infiniment rigides). Quand les dplacements sur appuis sont pris gaux zro, l'introduction des conditions aux limites revient barrer dans la matrice [ ]K , la ligne et la colonne du degr de libert considr.

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  • CNAM Chaire de Travaux Publics et Btiment 47

    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    Les dplacements { }FQ peuvent donc tre dtermins en rsolvant le systme linaire : [ ]{ } { } [ ]{ } { }FBFBextFFF QQKFQK = et les ractions dappui par :{ } [ ]{ } [ ]{ }BBBFBF QKQKR +=

    17.6. Calcul des efforts internes en repre local Une fois les dplacements en repre global connus, il suffit de calculer pour chacun des lments, les dplacements associs en repre local et de les injecter dans la relation de rigidit lmentaire pour obtenir les efforts aux nuds correspondants. On a donc :

    [ ]{ } { } { }e

    j

    j

    j

    i

    i

    i

    eee

    j

    j

    j

    i

    i

    i

    f

    vu

    vu

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lES

    lES

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lEI

    lES

    lES

    fqk

    MTNMTN

    ==

    460260

    61206120

    0000

    260460

    61206120

    0000

    22

    2323

    22

    2323

    1

    avec { } [ ]{ }eee QRq = .

    1 { }ef correspond au vecteur des charges nodales associes aux charges (extrieures) appliques sur la poutre.

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  • CNAM Chaire de Travaux Publics et Btiment 48

    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    17.7. Organigramme gnral de rsolution

    Structure n nuds et m lments de poutre plane

    Construction de la matrice de rigidit [ ]ek (repre local)

    e = 1

    Construction du vecteur de charges [ ]ef (repre local)

    Calcul de la matrice de passage [ ]eR liant repres global et local

    e = 1

    Calcul de la matrice de rigidit exprime en repre global [ ] [ ] [ ][ ]eeTee RkRK =

    Calcul du vecteur charges exprim en repre global { } [ ] { }eTee fRF =

    Assemblage de [ ]K (n x n)

    Assemblage de { }F (n x 1) en prenant en compte les ventuelles charges nodales

    Rsolution du systme [ ] { } { }FQK = aprs introduction des conditions dappui

    e = 1

    Calcul des efforts internes par la relation [ ]{ } { }ee fq ek

    m

    lm

    ents

    m

    l

    men

    ts

    FIN

    m

    lm

    ents

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  • CNAM Chaire de Travaux Publics et Btiment 49

    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    17.8. Exemples

    17.8.1. Calcul dune poutre console

    Les repres local et global tant colinaires ( [ ] [ ]IR =1 ), la matrice [ ]K se rduit la matrice de rigidit lmentaire [ ]1K . Le systme linaire s'crit donc :

    [ ]

    +

    +

    =

    =

    000

    0

    0000

    12

    2

    012

    2

    0

    460260

    61206120

    0000

    260460

    61206120

    0000

    1

    1

    1

    2

    2

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    22

    2323

    22

    2323

    1

    MRH

    P

    qL

    qL

    qL

    qL

    vu

    vu

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LES

    LES

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LES

    LES

    K

    Comme u1 = u2 = 01, on obtient :

    =

    =

    =

    EIPL

    EIqL

    EIPL

    EIqLv

    qL

    PqLvLLL

    LEI

    26

    38

    12

    246

    61223

    2

    34

    2

    22

    223

    Ce qui permet dobtenir :

    Pour les ractions :

    +=+=

    ++

    =

    PLqLM

    PqLR

    MqL

    RqLvLLL

    LEI

    212

    226612

    2

    1

    1

    1

    2

    1

    2

    223

    1 Envisageant une charge P trs importante, le nud 2 en se dplaant, devrait peu peu se rapprocher du nud 1. Cependant, ceci narrivera pas dans une hypothse de petits dplacements ce qui est notre cas. On

    vrifie bien dailleurs 00ES 22 == uuL (4me ligne de la matrice de rigidit).

    Y

    -P q(x)= -q

    1 2 L

    x X

    y

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  • CNAM Chaire de Travaux Publics et Btiment 50

    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    Pour les efforts :

    ++

    =

    =

    0

    02

    0

    12

    2

    012

    2

    0

    460260

    61206120

    0000

    260460

    61206120

    0000

    2

    2

    2

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    22

    2323

    22

    2323

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    P

    PLqLPqL

    qL

    qL

    qL

    qL

    vu

    vu

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LES

    LES

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LES

    LES

    MTNMTN

    17.8.2. Calcul dun shed symtrique

    Elment Nud i Nud j Longueur L (m)

    Section S (m2)

    Inertie I (m4)

    1 (poutre) 1 2 14.142 1 10-3 1 10-5 2 (poutre) 2 3 14.142 1 10-3 1 10-5

    Application numrique : E = 2.1 1011 N/m2 = 0.3 P = 100000 N H = 10 m L = 14.142 m

    X

    Y

    P

    1

    H H

    2

    3

    H

    c LISE ,,,

    d LISE ,,,

    L

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  • CNAM Chaire de Travaux Publics et Btiment 51

    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    Les conditions de symtrie permettent dtablir que :

    U2=0, 2 = 0.

    Matrice de rigidit de llment 1 en repre local

    A partir de la matrice de rigidit dun lment poutre plane, on obtient pour llment 1 :

    [ ] [ ]

    ==

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LES

    LES

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LES

    LES

    kkz

    460260

    61206120

    0000

    260460

    61206120

    0000

    22

    2323

    22

    2323

    21

    Matrices de passage de llment 1 (= +45)

    [ ]

    =

    =

    100000

    022

    22000

    022

    22000

    000100

    000022

    22

    000022

    22

    1000000cossin0000sincos0000001000000cossin0000sincos

    1

    R

    Matrices de rigidit en repre global de llment 1

    [ ] [ ] [ ][ ]

    ++

    ++

    ++

    ++

    ==

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LLEI

    LLEI

    LEI

    LLEI

    LLEI

    LEI

    LLEI

    LLEI

    LEI

    LLEI

    LLEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LLEI

    LLEI

    LEI

    LLEI

    LLEI

    LEI

    LLEI

    LLEI

    LEI

    LLEI

    LLEI

    RkRK T

    4232322323

    232ES6

    2ES623

    2ES6

    2ES6

    232ES6

    2ES623

    2ES6

    2ES6

    2232342323

    232ES6

    2ES623

    2ES6

    2ES6

    232ES6

    2ES623

    2ES6

    2ES6

    2222

    233233

    233233

    2222

    233233

    233233

    1111

    B1

    B1

    V2

    V2

    Source: www.almohandiss.com

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  • CNAM Chaire de Travaux Publics et Btiment 52

    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    Vecteur charge en repre global

    { }

    =

    02

    00

    1

    1

    P

    VH

    F

    Rsolution du systme [ ]{ } { }FQK =

    Les seuls DDL libres tant 1 et V2 et sachant que 2 et U2 sont nuls, on obtient le systme suivant :

    ( )( )

    =+=

    =+=

    =

    +

    mSLIE

    PLV

    radSLIE

    PL

    PV

    LLEI

    LEI

    LEI

    LEI

    00673.03

    000505.0322

    3

    2

    0

    2ES623

    234

    2

    3

    2

    2

    2

    1

    2

    1

    22

    2

    Effel2002 - Structure - 11.1 Ech=1/97

    DEPLACEMENTSD:\GRAITEC\PROJECTS\CNAM\exam2003-session11 06/05/04 16 h 21

    - Date 18/11/01 - Fichier exam2003-session11 -

    1

    2

    3

    X

    Y

    Z X

    Y

    Z

    0.00

    -6.73

    0.00

    Noeud DX DY RZ (mm) (mm) (Rad) 1 0.000000 0.000000 -0.000505 2 0.000000 -6.733340 0.000000 3 0.000000 0.000000 0.000505

    On prend en compte uniquement la moiti de la charge ponctuelle en raison de la symtrie.

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  • CNAM Chaire de Travaux Publics et Btiment 53

    Rsistance des Matriaux 4 Anne : 2007/2008

    Ractions

    NVLL

    EILEIV

    NVLL

    EILEIH

    500004.500205.222ES623

    2.499857.499625.222ES623

    23121

    23121

    +=

    +=

    =+=

    +=

    Efforts dans llment 1 :

    { } [ ]{ } { }}

    =

    ==

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    22

    2323

    22

    2323

    0

    1111

    460260

    61206120

    0000

    260460

    61206120

    0000

    MTNMTN

    vu

    vu

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LES

    LES

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LEI

    LES

    LES

    fqkfz

    i

    [ ]( )( )( )

    =+=

    =+=

    =+=

    =

    =

    mSLIE

    PLv

    mSLIE

    PLu

    radSLIE

    PL

    VU

    VU

    VU

    VU

    R

    vu

    vu

    004761.032

    2

    004761.032

    2

    000505.0322

    3

    100000

    022

    22000

    022

    22000

    000100

    000022

    22

    000022

    22

    2

    3

    2

    2

    3

    2

    2

    2

    1

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    1

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    do :

    =

    98.14961.10

    70700061.10

    70700

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    MTNMTN

    Effel2002 - Structure - 11.1 Ech=1/78EFFORT NORMAL

    D:\GRAITEC\PROJECTS\CNAM\exam2003-session11 06/05/04 17 h 09- Date 18/11/01 - Fichier exam2003-session11 -

    X

    Y

    Z X

    Y

    Z

    -70700.07

    -70700.07-70700.07

    -70700.07

    N1

    N2

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