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Sciences de l'ingénieur · Écoles d'ingénieurs — ENSA — cycle préparatoire

Résistance des matériaux (RDM) : Sollicitations simples

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

La RDM étudie le comportement des solides déformables sous l'action de forces extérieures.

  • Traction/Compression : $\sigma = \frac{N}{S} \leq R_{pe}$
  • Cisaillement : $\tau = \frac{T}{S} \leq R_{pg}$
  • Torsion : $\tau_{max} = \frac{M_t}{I_0} \cdot v \leq R_{pg}$
  • Flexion simple : $\sigma_{max} = \frac{M_{fz}}{I_G} \cdot v \leq R_{pe}$ Loi de Hooke : $\sigma = E \cdot \varepsilon$ avec $\varepsilon = \frac{\Delta L}{L_0}$.

Méthodes à maîtriser

  1. Isoler le solide et tracer le diagramme des efforts extérieurs.
  2. Déterminer les torseurs de cohésion par la méthode des coupures.
  3. Identifier la sollicitation dominante (ou composée).
  4. Vérifier la condition de résistance : Contrainte calculée $\leq$ Contrainte admissible.

Exemples corrigés

Exemple : Traction simple. Une barre de section $S = 200 , mm^2$ subit un effort $N = 10 , kN$. Calcul : $\sigma = \frac{10 \cdot 10^3}{200} = 50 , MPa$. Si $R_{pe} = 100 , MPa$, la condition $50 \leq 100$ est vérifiée.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir les unités (ex: $kN$ en $N$, $mm^2$ en $m^2$).
  • Confondre le moment quadratique $I_G$ avec le moment polaire $I_0$.
  • Négliger le coefficient de sécurité dans le calcul de $R_{pe} = \frac{R_e}{s}$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Résistance des matériaux (RDM) : Sollicitations simples

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Quelle est l'unité de la contrainte dans le système international ?

❓ Questions fréquentes

Kifach n3ref wach l'pièce ghadi t'herres ola la?
  1. Calcule la contrainte maximale ($\sigma$ ou $\tau$) dans la pièce.
  2. Compare cette valeur avec la résistance pratique ($R_{pe}$ ou $R_{pg}$) donnée dans l'énoncé.
  3. Si la contrainte calculée est inférieure à la résistance pratique, la pièce tient.

💡 À retenir : La condition de résistance est toujours : Contrainte réelle $\leq$ Contrainte admissible.

Chno l'far9 bin traction o cisaillement?
  1. La traction est un effort normal (perpendiculaire à la section) qui tend à allonger la pièce.
  2. Le cisaillement est un effort tranchant (parallèle à la section) qui tend à faire glisser deux parties de la pièce l'une sur l'autre.

💡 À retenir : Traction = étirement, Cisaillement = découpage.

Wach IG katbeddel ila tbeddel l'chkel d'l'pièce?

Oui, le moment quadratique $I_G$ dépend uniquement de la géométrie de la section droite. Pour un rectangle, $I_G = \frac{b \cdot h^3}{12}$. Pour un cercle, $I_G = \frac{\pi \cdot D^4}{64}$.

💡 À retenir : La forme de la section change la résistance à la flexion.

Quelle est la différence entre Re et R{pe} ?

$R_e$ est la limite élastique intrinsèque du matériau (donnée constructeur). $R_{pe}$ est la résistance pratique à l'extension, calculée en divisant $R_e$ par un coefficient de sécurité $s$ ($R_{pe} = R_e / s$).

💡 À retenir : $R_{pe}$ est la valeur sécurisée pour le calcul.

Comment calculer l'allongement d'une barre en traction ?

On utilise la loi de Hooke : $\Delta L = \frac{N \cdot L_0}{E \cdot S}$.

  1. $N$ : effort normal.
  2. $L_0$ : longueur initiale.
  3. $E$ : module de Young.
  4. $S$ : section.

💡 À retenir : Plus $E$ est grand, moins la pièce s'allonge.

Est-ce que la torsion dépend de la longueur de la pièce ?

Non, la contrainte de torsion maximale $\tau_{max} = \frac{M_t}{I_0} \cdot v$ ne dépend pas de la longueur, mais du moment de torsion et de la géométrie de la section.

💡 À retenir : La longueur intervient seulement pour calculer l'angle de torsion.

Kifach n7seb l'contrainte f'flexion?
  1. Détermine le moment fléchissant maximal $M_{fz}$ par le diagramme des efforts.
  2. Identifie la distance $v$ (distance de la fibre la plus éloignée à la fibre neutre).
  3. Applique $\sigma = \frac{M_{fz}}{I_G} \cdot v$.

💡 À retenir : La contrainte est maximale là où le moment est maximal.

Le coefficient de sécurité s est-il toujours égal à 1 ?

Non, $s > 1$ est toujours utilisé pour garantir la sécurité. Il dépend du matériau et des conditions d'utilisation (chocs, environnement).

💡 À retenir : Plus $s$ est élevé, plus la pièce est surdimensionnée.

Qu'est-ce qu'une section droite ?

C'est une section obtenue par une coupe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la pièce. C'est sur cette surface que les contraintes sont calculées.

💡 À retenir : La section droite est la surface "utile" pour la résistance.

Pourquoi utilise-t-on des profilés en I (IPN) en construction ?

Parce qu'ils concentrent la matière loin de l'axe neutre, ce qui augmente le moment quadratique $I_G$ sans trop augmenter le poids.

💡 À retenir : Optimisation du rapport poids/rigidité.

La loi de Hooke est-elle valable pour tous les matériaux ?

Non, elle n'est valable que dans le domaine élastique linéaire. Si la contrainte dépasse $R_e$, le matériau subit des déformations plastiques (permanentes).

💡 À retenir : $\sigma = E \cdot \varepsilon$ est une approximation linéaire.

Comment identifier le torseur de cohésion ?

On effectue une coupure imaginaire dans la pièce, on isole une partie et on écrit l'équilibre statique de cette partie en tenant compte des forces extérieures.

💡 À retenir : Le torseur de cohésion représente les efforts internes.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une tige cylindrique en acier de diamètre $d = 20 , mm$ et de longueur $L = 500 , mm$ est soumise à une force de traction $F = 15 , kN$. $E = 210 , GPa$ et $R_e = 240 , MPa$.

  1. Calculer la contrainte normale $\sigma$.
  2. Vérifier la condition de résistance avec $s = 2$.
  3. Calculer l'allongement $\Delta L$.
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Exercice 2

Une poutre sur deux appuis de longueur $L = 2 , m$ supporte une charge ponctuelle $P = 5 , kN$ en son milieu. La section est rectangulaire ($b = 50 , mm$, $h = 100 , mm$). Calculer la contrainte normale maximale de flexion.

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Exercice 3

Un arbre de transmission transmet un couple $M_t = 500 , N \cdot m$. Le diamètre est $d = 40 , mm$. Calculer la contrainte de cisaillement maximale.

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