Mécanique des Matériaux Chapitre 2

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Questions and Answers

Quels modèles prennent en compte l'écrouissage dans le comportement en traction-compression ?

  • Modèles avec écrouissage (correct)
  • Modèles idéaux sans plasticité
  • Modèles avec déformation élastique uniquement
  • Modèles parfaits

Quel est l'outil principal pour la résolution numérique des problèmes élasto-plastiques ?

  • Modèles de déformation pure
  • Graphiques de déformation
  • Méthode des différences finies
  • Projection sur le critère de plasticité (correct)

Dans un essai de traction, que représente l'effort de traction F appliqué à l'éprouvette ?

  • La pression atmosphérique exercée sur l'éprouvette
  • La résistance du matériau
  • La force d'extensibilité (correct)
  • La force interne de compression

Quelles sont les caractéristiques des contraintes et des déformations vraies par rapport aux contraintes nominales ?

<p>Elles sont plus représentatives des conditions réelles (C)</p> Signup and view all the answers

Quel type de solution est principalement utilisé pour des calculs complexes dans le chapitre sur l'élasto-plasticité ?

<p>Solution éléments finis (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la relation entre la déformation nominale et la déformation vraie?

<p>$ ext{ε_v} = ext{ln}(1 + ext{ε})$ (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le facteur qui transforme la contrainte nominale en contrainte vraie sous volume constant?

<p>$ ext{l}_0$ (A)</p> Signup and view all the answers

Quel phénomène est observé lors des chargements consécutifs mentionnés?

<p>Augmentation de la limite d'élasticité en traction (C)</p> Signup and view all the answers

Que peut-on dire sur l'écoulement plastique lors des chargements selon le contenu fourni?

<p>Ne modifie pas le module d'élasticité (A)</p> Signup and view all the answers

Comment la déformation plastique est-elle définie dans le cas de la figure mentionnée?

<p>Par la différence entre O et O' (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le défi majeur dans le domaine de la plasticité selon le contenu?

<p>L'évolution du domaine d'élasticité (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la forme de la courbe observée lors des chargements-décharges consécutifs?

<p>Cyclic (B)</p> Signup and view all the answers

Quel paramètre est considéré constant durant cette analyse?

<p>Le volume (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la principale caractéristique des modèles multi-linéaires et bi-linéaires en matière d'élasticité?

<p>Ils présentent une limite d'élasticité identique en traction et en compression. (C)</p> Signup and view all the answers

Que représente l'énergie de dissipation plastique dans la courbe OABC?

<p>La perte d'énergie lors de l'écoulement du matériau. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel modèle est utilisé pour les problèmes de calcul des charges limites?

<p>Le modèle rigide plastique parfait. (C)</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce que l'écrouissage isotrope représente par rapport au domaine d'élasticité?

<p>Une dilatation homothétique du domaine d'élasticité. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel effet est respecté par le modèle cinématique concernant l'écrouissage?

<p>Le durcissement et l'adoucissement de même amplitude. (A)</p> Signup and view all the answers

Lors de l'écrouissage, quelle caractéristique est true pour la limite d'élasticité en traction?

<p>Elle augmente avec celle de compression. (B)</p> Signup and view all the answers

Dans le modèle élasto-plastique parfait, quel aspect du matériau est négligé?

<p>L'écrouissage du matériau. (A)</p> Signup and view all the answers

Qu'indique le module tangent ET dans le contexte de l'écrouissage isotrope?

<p>Le coefficient de dilatation lors de l'écrouissage linéaire. (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le principe de base de la résolution d'un problème élasto-plastique selon le modèle éléments finis explicite ?

<p>Effectuer des incréments de charge et tester chaque élément. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rôle de la matrice des relations déformations–déplacements dans un élément fini ?

<p>Déterminer l'incrément de déformation pour chaque élément. (A)</p> Signup and view all the answers

Que signifie un résidu nul lors de la résolution d'un problème élasto-plastique ?

<p>La solution est satisfaisante pour l'incrément de charge. (B)</p> Signup and view all the answers

Quel coût est associé à l'utilisation de la matrice raideur « tangente » lors des itérations ?

<p>Coût en temps CPU. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel algorithme est utilisé pour déterminer l'état de contrainte dans le processus de calcul ?

<p>L'algorithme de projection sur le critère de plasticité. (B)</p> Signup and view all the answers

Lors de la décharge élastique, quel type de matrice raideur offre de meilleurs résultats ?

<p>Matrice raideur initiale de la structure. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle méthode est utilisée pour résoudre numériquement un problème élasto-plastique ?

<p>Méthode de minimisation d'un résidu d'équilibre. (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est un des défis particuliers liés à la résolution d'un problème élasto-plastique numérique ?

<p>L'impossibilité d'utiliser des techniques analytiques. (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle est l'équation qui exprime l'équilibre des efforts ?

<p>N1 + N2 = F (B)</p> Signup and view all the answers

Quand l'effort normal plastique est-il atteint ?

<p>Lorsque les deux matériaux atteignent leur limite d'élasticité (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la relation entre la raideur k2 et les autres variables ?

<p>k2 = ETS / h (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la condition de validité de la solution dans la phase élastique ?

<p>N1 - σ0S ≤ 0 (C)</p> Signup and view all the answers

Quel type de modèle est utilisé pour résoudre le problème élasto-plastique ?

<p>Modèle éléments finis (B)</p> Signup and view all the answers

Quelles barres plastifient lorsque F > F'2 ?

<p>Toutes les barres (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la caractéristique des relations entre N et F lors de la résolution analytique ?

<p>Elles sont explicites (A)</p> Signup and view all the answers

Quels éléments du modèle ont été mentionnés ?

<p>3 éléments et 4 nœuds (A)</p> Signup and view all the answers

Quelles sont les propriétés des contraintes résiduelles dans un système mécanique déchargé ?

<p>Elles ne vérifient pas les conditions de compatibilité. (C)</p> Signup and view all the answers

Dans quel état peut-on affirmer que l'évolution est complètement plastique ?

<p>Lorsque $F$ est supérieur à $F'2$. (B)</p> Signup and view all the answers

Quelles sont les implications de l'écrouissage cinématique sur la limite élastique des barres ?

<p>Elle dépend de l'état de déformation au cas par cas. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est le résultat de la décharge élastique sur la limite élastique des barres non plastifiées ?

<p>La limite élastique reste inchangée. (B)</p> Signup and view all the answers

Comment se décrit la phase 3 du comportement d'un matériau lors du chargement ?

<p>Elle engage l'écrouissage et des déformations plastiques. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel effectue-t-on lorsque l'on considère un cycle de chargement pour des barres non plastifiées en écrouissage isotrope ?

<p>Les barres restent entièrement élastiques. (C)</p> Signup and view all the answers

Que représente le diagramme d'efforts après décharge dans un système mécanique ?

<p>Il montre l'évolution des efforts au cours de la décharge. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rôle de l'étude dans le plan des contraintes pour le chargement cyclique ?

<p>Faciliter le calcul des efforts normaux au sein du système. (D)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Essai de traction

Test pour analyser le comportement d'une éprouvette soumise à une force de traction.

Contraintes nominales

Contraintes calculées à partir de la force appliquée et de la section initiale de l'éprouvette.

Contraintes vraies

Contraintes qui tiennent compte de la variation de la section lors de la déformation.

Déformations nominales

Déformations calculées à partir de la variation de la longueur de l'éprouvette par rapport à sa longueur initiale.

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Déformations vraies

Déformations qui tiennent compte de la variation de la longueur lors de la déformation.

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Élasto-plasticité

Comportement d'un matériau qui présente à la fois des propriétés élastiques et plastiques.

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Modèles parfaits

Modèles de comportement matériaux où le matériau ne se déforme pas de façon permanente avant une certaine contrainte de seuil.

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Modèles avec écrouissage

Modèles de comportement matériau qui prennent en compte le durcissement du matériau lors de la déformation.

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Critère de plasticité

Condition qui détermine si un matériau commence à se déformer de façon permanente.

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Déformation vraie

La déformation vraie est une mesure de la déformation qui tient compte du changement de longueur lors de la déformation. Elle est calculée à partir de l'intégration du changement de longueur divisé par la longueur initiale.

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Relation déformation vraie/nominale

La déformation vraie (εv) est reliée à la déformation nominale (ε) par la formule : εv = ln(1 + ε).

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Contraintes vraies

La contrainte vraie est la force appliquée divisée par la surface actuelle de la section. Elle décrit la contrainte réelle en tenant compte du changement de forme du matériau.

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Courbe d'écrouissage

Courbe qui décrit comment la limite d'élasticité d'un matériau change en fonction des charges successives et des déformations. Elle montre l'augmentation de la résistance à la déformation du matériau lors d'un chargement cyclique.

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Déformation plastique

La déformation plastique est une déformation permanente d'un matériau qui ne revient pas à sa forme d'origine après la suppression de la charge externe. Elle correspond à la déformation au-delà du seuil de plasticité.

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Chargement cyclique

Application et retrait de charges répétées sur un matériau. On peut étudier l'évolution de ses propriétés mécaniques, comme l'évolution de ses propriétés d'écoulement plastique.

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Domaine d'élasticité

L'ensemble des contraintes et déformations pour lesquelles le comportement du matériau est élastique et réversible. Au-delà de ce domaine, le matériau subit une déformation plastique.

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Domaine d'élasticité

Intervalle de contraintes dans lequel le matériau se déforme de façon élastique et retrouve sa forme initiale après la décharge.

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Loi incrémentale

La limite d'élasticité change à chaque étape de chargement, et n'est pas constante.

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Modèles multi-linéaires

Modèles de comportement mécanique qui décrivent le matériau avec plusieurs segments linéaires.

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Modèles bi-linéaires

Modèles mécaniques comportant deux segments linéaires, avec la même limite d'élasticité initiale en traction et compression.

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Écrouissage

Modification du comportement d'un matériau par déformation plastique répétitive. La limite d'élasticité évolue.

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Écrouissage isotrope

Modèle où le domaine d'élasticité s'agrandit de façon symétrique (homothétique).

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Écrouissage cinématique

Modèle où le domaine d'élasticité se déplace sans changement de forme.

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Effet Bauschinger

Phénomène où la limite d'élasticité est plus basse dans une direction opposée à une déformation plastique antérieure.

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Modèles parfaits

Modèles qui négligent l'écrouissage du matériau, simplifiant l'analyse.

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Modèle élasto-plastique parfait

Modèle simplifié utilisé pour résoudre des problèmes analytiques en mécanique.

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Modèle rigide-plastique parfait

Modèle utilisé dans l'analyse des charges limites (cas où le matériau évolue vers un état non-équilibré).

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Validité de la solution

L'état d'une structure lorsqu'elle n'est soumise à aucune force (F=0).

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Contraintes résiduelles

Contraintes provenant des déformations plastiques qui ne respectent pas les conditions de compatibilité.

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Chargement cyclique

Analyse du comportement d'une structure sous des forces répétées.

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Écrouissage

Augmentation de la résistance d'un matériau lors d'une déformation plastique.

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Décharge élastique

Retour d'une structure à son état initial après une déformation élastique.

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Écrouissage isotrope

Augmentation uniforme de la résistance à la déformation du matériau dans toutes les directions.

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Écrouissage cinématique

Changement de la forme du matériau sous contrainte.

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Phase 1 (élasticité)

Phase où la structure suit les lois de l'élasticité.

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Phase 3 (plasticité)

Phase de déformation plastique ; la structure ne revient pas à sa forme initiale.

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Phase 4 (décharge élastique)

Phase de retour à l'élasticité après déformation plastique, mais avec une limite élastique modifiée.

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Effort normal élastique

L'effort appliqué à un matériau qui se déforme de manière élastique, sans changement permanent.

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Effort normal plastique

L'effort appliqué à un matériau lorsqu'il déforme de manière permanente.

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Equilibre des efforts

La somme des efforts sur un système est égale à zéro.

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Compatibilité géométrique

Les déformations dans un matériau doivent être cohérentes.

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Hypothèse de plastification

Une supposition concernant l'ordre dans lequel les matériaux plastifient.

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Phase élasto-plastique

Étape du comportement d'un matériau dans laquel celui-ci présente un comportement à la fois élastique et plastique.

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Solution éléments finis

Méthode pour calculer les déplacements et les contraintes dans un système.

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Matrice raideur

Représente la rigidité d'un élément structural.

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Validité de la solution

Conditions pour que la solution calculée soit correcte et réaliste.

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Loi de comportement

Relation entre les efforts et la déformation pour un matériau.

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Phase plastique

Étape dans laquelle tous les éléments structuraux sont plastifiés.

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Résolution numérique d'un problème élasto-plastique

Méthodes itératives basées sur la minimisation d'un résidu d'équilibre pour déterminer le comportement élasto-plastique d'une structure.

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Algorithme d'incrémentation

Procédure itérative utilisant la matrice de raideur élastique pour calculer les incréments de déformation, puis les contraintes associées, afin de déterminer la nouvelle solution.

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Matrice raideur élastique

Matrice qui relie les forces et les déplacements dans le comportement élastique d'une structure.

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Critère de plasticité

Condition qui détermine si un matériau commence à se déformer de manière permanente (plastiquement).

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Résidu d'équilibre

Différence entre les forces calculées et les forces appliquées à chaque itération ; sert à évaluer la précision de la solution.

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Matrice raideur tangente

Matrice qui tient compte des éléments plastifiés pour calculer le nouvel état de la structure lors d'une itération.

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Domaine d'élasticité

Ensemble des états de contrainte et déformation où le comportement du matériau est élastique et réversible.

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Méthode itérative

Procédé de résolution d'un problème qui calcule de nouvelles valeurs à chaque étape, afin d'approcher la solution désirée.

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Study Notes

Chapitre 2 - Plasticité des Barres

  •  Ce chapitre introduit les notions d'élasto-plasticité via l'analyse d'éprouvettes soumises à des essais de traction-compression.
  •  La modélisation de ces essais permet de présenter des schématisations utilisées pour analyser l'évolution élasto-plastique des structures.
  •  Les modèles sont appliqués au calcul analytique puis numérique de structures treillis composées de barres.

2.1 Essai de traction

  • Une éprouvette de traction (cylindre homogène droit) est soumise à un effort de traction F.
  • Pour de petites déformations, l'état de contrainte est uniforme et uni-axial.
  • Les contraintes et déformations nominales sont données.
  • La relation entre déformation nominale et déformation vraie est donnée par ε₁ = ln(1+ε).
  • La contrainte vraie est donnée par σv = F/S.
  • Sous l'hypothèse d'un volume constant, la relation entre contrainte nominale et contrainte vraie est donnée.

2.2 Modélisation du comportement en traction-compression

  • Modèles multi-linéaires et bi-linéaires: Ces modèles considèrent la même limite d'élasticité initiale en traction et en compression.

  • Modèles parfaits:

    • Négligent l'écrouissage du matériau.
    • Le modèle élasto-plastique parfait simplifie la résolution des problèmes posés.
    • L'interprétation énergétique de la courbe OABD : énergie totale ; OABC : énergie de dissipation plastique ; BCD : énergie de déformation élastique.
    • Le modèle rigide plastique parfait est appliqué aux problèmes de calcul de charges limites. Pour ces deux modèles, au-delà d'une limite du chargement, il y a écoulement libre du matériau.
  • Modèles avec écrouissage:

    • L'écrouissage isotrope suppose une dilatation homothétique du domaine d'élasticité.

    • Le module tangent Et définit la dilatation dans le cas d'écrouissage linéaire.

    • La limite d'élasticité en compression augmente comme celle en traction.

    • L'énergie de déformation élastique est plus importante en traction et compression.

    • L'écrouissage cinématique suppose une translation sans déformation du domaine d'élasticité initial.

    • Le modèle respecte l'effet Bauschinger(durcissement dans un sens et adoucissement dans le sens contraire).

    • L'amplitude du domaine d'élasticité reste constante.

    • L'énergie élastique absorbée et restituée diffère entre les sens.

2.2.3 Critère de plasticité

  • Définition du seuil de plasticité (σ) et son évolution en fonction des paramètres d'écrouissage (σs(h)).
  • La fonction f(σ,h) détermine si l'état actuel est à l'intérieur ou sur la frontière du domaine d'élasticité.
  • Pour essai de traction-compression, le domaine d'élasticité est défini par σ-σs(h) ≤ 0.

2.2.4 Lois d'écoulement plastique

  • Décrit comment les déformations se produisent pour un incrément de charge do à partir d'un état actuel (σ, h).
  • Si f(σ + do, ε) ≤ 0, l'incrément est purement élastique.
  • La condition peut aussi signifier que l'état actuel est à l'intérieur du domaine d'élasticité et que la charge ou décharge est élastique.
  • L'autre possibilité est que l'état actuel soit sur la frontière du domaine d'élasticité et qu'il y ait une décharge élastique.

2.3 Résolution explicite d'un problème d'élasto-plasticité

  • Application des concepts aux structures composées de barres travaillant uniquement en traction-compression.
  • Illustration des méthodes de résolution explicites pour un treillis simple en utilisant :
    • La méthode analytique.
    • Et la méthode des éléments finis. Les barres ont un même matériau et une section S identique.

2.3.1 Solution Analytique

  • Le matériau est parfaitement plastique avec un module d'élasticité E et une limite de traction σ₀.
  • Équations d'équilibre pour un système hyperstatique (résolution par la méthode des forces (RDM))

2.3.2 Solution éléments finis

  •  Le modèle comporte 3 éléments finis (1), (2), (3) pour 4 nœuds (soit 8 variables de déplacement).
  •  Equations sur les déplacements inconnus.
  •  Matrice raideur [Kred].
  •  Résolution des équations.

2.4 Résolution numérique d'un problème élasto-plastique

  • Description des méthodes itératives pour minimiser le résidu d'équilibre.
  • L'algorithme utilise la matrice incrémentale [K] et projette sur le critère de plasticité pour déterminer l'état de contrainte.

2.5 Exercices

  • Série d'exercices No2 est proposée, impliquant des structures treillis et des cas d'applications des concepts étudiés.

Application

  • Utilisation du modèle pour des sections composées de deux matériaux différents avec des propriétés spécifiques (différentes limites élastiques, modules élastiques différents).
  • Description des cas applicatifs :
    • Limites élastiques identiques avec modules élastiques différents.
    • Limites élastiques différentes avec modules élastiques différents.

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