Exemple 1

Le poteau à deux niveaux est fixé de manière permanente à l'extrémité A et est chargé par les forces P et 2P, comme indiqué sur le schéma. Calculer le diamètre des deux poteaux, connaissant les contraintes admissibles en compression et en traction. Dessiner les graphiques des forces internes, des contraintes normales et des allongements et déplacements du poteau. Données: \(P=10 kN, E=2,1\cdot 10^{5} MPa, a=1 m, k_{r}=60 MPa, k_{c}=80 MPa\)

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Solution


Calcul de la réaction
\begin{aligned} &\sum X=0 \\ &R_{A}+2 P-P=0 \\ &R_{A}=-P \\ \end{aligned} Écriture des forces normales sur les intervalles caractéristiques
\begin{aligned} &N_{1}=-P=-10 kN \\ &N_{2}=-P=-10 kN \\ &N_{3}=-P+2 P=P=10 kN \\ \end{aligned} Condition de résistance
\begin{aligned} &\sigma=\left|\frac{N}{A}\right| \leq k_{r}, k_{c} \end{aligned} Compression \begin{aligned} &\frac{10 \cdot 10^{3}}{A} \leq 80 \cdot 10^{6} \\ &A \geq \frac{10 \cdot 10^{3}}{80 \cdot 10^{6}} \\ &A \geq 1,25 \cdot 10^{-4}\left[\mathrm{~m}^{2}\right] \end{aligned}

Extension

\begin{aligned} &\frac{10 \cdot 10^3}{2 A} \leq 60 \cdot 10^{6} \\ &2 A \geq \frac{10 \cdot 10^{3}}{60 \cdot 10^{6}} \\ &A \geq 8,33 \cdot 10^{-5}=0,833 \cdot 10^{-4}\left[\mathrm{~m}^{2}\right] \end{aligned} La condition d'extension est décisive. Dimensionnement du diamètre : \begin{aligned} &A \geq 1,25 \cdot 10^{-4} \\ &\frac{\pi d^{2}}{4} \geq 1,25 \cdot 10^{-4} \\ &d \geq \sqrt{\frac{4 \cdot 1,25 \cdot 10^{-4}}{\pi}} \\ &d \geq 0,0126 \\ &d=0,013 \ [m]\\ \end{aligned} Section transversale sur le diamètre dimensionné : \begin{aligned} &A=\frac{\pi \cdot 0,013^{2}}{4}=1,327 \cdot 10^{-4} \end{aligned} Contraintes sur les intervalles caractéristiques : \begin{aligned} \sigma_{1} &=\frac{N_{1}}{A}=-\frac{10 \cdot 10^{3}}{1,327 \cdot 10^{-4}}=-75,36 \mathrm{MPa} \\ \sigma_{2} &=\frac{N_{2}}{2 A}=-\frac{10 \cdot 10^{3}}{2 \cdot 1,327 \cdot 10^{-4}}=-37,68 \mathrm{MPa} \\ \sigma_{3} &=\frac{N_{3}}{2 A}=\frac{10 \cdot 10^{3}}{2 \cdot 1,327 \cdot 10^{-4}}=37,68 \mathrm{MPa} \end{aligned} Allongements \begin{aligned} &\Delta l=\frac{N \cdot l}{E \cdot A} \\ &\Delta l_{1}=\frac{N_{1} \cdot l_{1}}{E \cdot A}=\frac{-10 \cdot 10^{3} \cdot 2 \cdot 1}{2,1 \cdot 10^{11} \cdot 1,327 \cdot 10^{-4}}=-7,18 \cdot 10^{-4}[\mathrm{~m}]=-7,18 \cdot 10^{-4}[\mathrm{~mm}]=-0,718[\mathrm{~mm}] \\ &\Delta l_{1}=\frac{N_{1} \cdot l_{1}}{E \cdot 2 A}=\frac{-10 \cdot 10^{3} \cdot 1 \cdot 1}{2,1 \cdot 10^{11} \cdot 2 \cdot 1,327 \cdot 10^{-4}}=-1,79 \cdot 10^{-4}[\mathrm{~m}]=-0,179[\mathrm{~mm}] \\ &\Delta l_{1}=\frac{N_{1} \cdot l_{1}}{E \cdot 2 A}=\frac{10 \cdot 10^{3} \cdot 2 \cdot 1}{2,1 \cdot 10^{11} \cdot 2 \cdot 1,327 \cdot 10^{-4}}=1,79 \cdot 10^{-4}[\mathrm{~m}]=0,179[\mathrm{~mm}] \end{aligned} Récapitulatif : \begin{aligned} &N_{1}=10 kN \\ &N_{2}=-10 kN \\ &N_{3}=10 kN \\ &\sigma_{1}=-75,36 \mathrm{MPa} \\ &\sigma_{2}=-37,68 \mathrm{MPa} \\ &\sigma_{3}=37,68 \mathrm{MPa} \\ &\Delta l_{3}=0,179 \mathrm{~mm} \\ &\Delta l_{2}=-0,179 \mathrm{~mm} \\ &\Delta l_{1}=-0,718 \mathrm{~mm} \\ \end{aligned} Déplacements \begin{aligned} &u_{III}=\Delta l_{3}=0,179 \mathrm{~mm} \\ &u_{II}=\Delta l_{3}+\Delta l_{2}=0,179-0,179=0 \mathrm{~mm} \\ &u_{I}=\Delta l_{3}+\Delta l_{2}+\Delta l_{1}=-0,718 \mathrm{~mm} \end{aligned} Graphiques