Mécanique des structures
Serge Laroze
Cépaduès
1re Partie - Thermique des structures
Chapitre premier
Thermique
1 - Conduction de chaleur dans les solides12
1.1 - Expérience fondamentale12
1.2 - Loi de Fourrier13
1.3 - Equation de la conduction de chaleur14
1.4 - Résistance et conductance thermiques17
1.5 - Solides en contact19
2 - Transfert de chaleur par convection20
2.1 - Convection naturelle21
2.2 - Convection forcée22
3 - Rayonnement électromagnétique23
3.1 - Caractéristiques d'un faisceau cylindrique23
3.2 - Interaction avec un solide24
3.3 - Solides idéaux26
3.4 - Les lois du corps noir26
3.5 - Absorption et émission d'un corps réel28
4 - Problèmes d'illustration29
4.1 - Résistance thermique radiale d'un tube cylindrique29
4.2 - Résistance thermique radiale d'une sphère creuse30
4.3 - Température d'équilibre d'une plaque exposée au soleil31
4.4 - Température d'équilibre d'une sphère posée au soleil32
Chapitre II
Thermoélasticité
1 - Étude des déformations33
2 - Étude des contraintes34
3 - Relations entre contraintes et déformations35
3.1 - La loi de Hooke35
3.2 - La loi de la dilatation thermique35
3.3 - La loi de Hooke - Duhamel36
4 - Le problème général de thermoélasticite37
5 - Déformations plane (D.P.)42
6 - Contraintes planes (C.P.)47
7 - État axisymétrique méridien52
8 - Symétrie sphérique53
Chapitre III
Thermique des poutres
1 - Effort normal N et échauffement uniforme58
2 - Moment fléchissant Mz et gradient de température A59
3 - Moment fléchissant My et gradient de température B60
4 - Poutre circulaire à plan moyen61
5 - Flexion plane d'une poutre rectiligne à plan moyen63
6 - Sollicitations combinées65
7 - Contraintes thermiques dans les treillis66
8 - Flambement thermique68
Chapitre IV
Thermique des plaques
1 - Plaque chargée dans son plan72
1.1 - Contraintes planes72
1.2 - Contraintes quasi-planes72
2 - Plaque chargée transversalement75
3 - Flexion axisymétrique des disques et couronnes79
4 - Flexion cylindrique des plaques rectangulaires81
5 - Flambement thermique83
Chapitre V
Thermique des coques
1 - Hypothèses des coques minces85
2 - Théorie quadratique87
3 - Théorie linéaire90
4 - Théorie des membranes92
5 - Exemple de la sphère creuse94
6 - Problèmes axisymétriques méridiens96
6.1 - Théorie quadratique96
6.2 - Théorie linéaire97
6.3 - Théorie des membranes97
6.4 - Application au cylindre98
6.5 - Exemple99
2e Partie - Dynamique des structures
Chapitre VI
Structures à un degré de liberté
1 - Cinématique103
1.1 - Oscillation harmonique103
1.2 - Superposition de deux mouvements harmoniques de même fréquence104
1.3 - Mouvement périodique non harmonique104
1.4 - Battements105
2 - Structure linéaire106
3 - Structure linéaire conservative libre107
4 - Structure linéaire dissipative libre111
5 - Structure linéaire conservative excitée114
5.1 - Réponse à une excitation harmonique114
5.2 - Réponse à une excitation périodique115
5.3 - Réponse à une excitation non-périodique116
6 - Structure linéaire dissipative excitée117
6.1 - Réponse à une excitation harmonique118
6.2 - Réponse à une excitation périodique non harmonique121
6.3 - Réponse à une excitation non-périodique121
7 - Structures non-linéaires123
7.1 - Grandes amplitudes123
7.2 - Dissipation non visqueuse125
Chapitre VII
Structures à plusieurs degrés de liberté
1 - Liaisons129
1.1 - Liaisons bilatérales et liaisons unilatérales129
1.2 - Liaisons holonomes et liaisons non-holonomes130
1.3 - Liaisons stationnaires et liaisons instationnaires132
1.4 - Liaisons passives et liaisons actives132
1.5 - Liaison conservatrice et liaison dissipative132
2 - Équations de Lagrange133
2.1 - Le théorème des travaux virtuels en dynamique133
2.2 - Equations de Lagrange : cas général134
2.3 - Lagrangien d'une structure136
2.4 - Fonction de dissipation de Rayleigh136
2.5 - Utilisation d'un repère non-Galilien137
3 - Applications des équations de Lagrange137
3.1 - Particule libre137
3.2 - Pendule simple dans un wagon138
3.3 - Chariots couples par un amortisseur visqueux139
3.4 - Le pendule de Foucault140
4 - Structures linéaires à N D.D.L144
5 - Structure linéaire, conservatrice, libre145
5.1 - Changement de base147
5.2 - Vecteurs propres et valeurs propres147
5.3 - Formes propres et modes propres147
5.4 - Solution générale de l'équation (21)148
5.5 - Energie mécanique de la structure148
6 - Structure linéaire, dissipative, libre150
6.1 - Cas particulier de Basile150
6.2 - Cas général151
7 - Structure linéaire conservatrice excitée152
8 - Structure linéaire dissipative excitée153
8.1 - Le cas de Basile153
8.2 - Le cas général154
Chapitre VIII
Dynamique des milieux continus solides
1 - Déplacement et déformation d'un domaine élémentaire155
2 - Contraintes et forces de volume156
3 - Équations du mouvement élastique157
4 - Ondes élastiques158
4.1 - Champ irrotationnel (ou lamellaire)158
4.2 - Champ sans divergence (ou solénoïdal)159
5 - Ondes élastiques planes160
6 - Ondes cylindriques (de révolution)163
6.1 - Les ondes cylindriques radiales164
6.2 - Les ondes cylindriques circonférentielles164
6.3 - Les ondes cylindriques axiales165
7 - Ondes sphériques165
8 - Fonction de Bessel166
9 - Visco-élasticité linéaire169
9.1 - Traction-compression dynamique d'un barreau169
9.2 - Torsion dynamique d'un tube mince circulaire170
10 - Ondes visco-élastiques171
11 - Puissance dissipée par amortissement visqueux173
Chapitre IX
Dynamique des poutres
1 - Vibrations longitudinales d'une poutre prismatique175
1.1 - Vibrations naturelles non amorties175
1.2 - Vibrations naturelles amorties177
2 - Vibrations de torsion d'une poutre prismatique178
2.1 - Vibrations naturelles non amorties178
2.2 - Vibrations naturelles amorties180
3 - Vibrations de flexion d'une poutre prismatique181
3.1 - Vibrations naturelles non amorties181
3.2 - Vibrations naturelles amorties183
4 - Vibrations d'une poutre de forme quelconque185
4.1 - Translations, rotations, déformations185
4.2 - Equations de l'équilibre local187
4.3 - Méthode générale d'analyse dynamique189
5 - Première application : cordes vibrantes192
6 - Deuxième application : vitesses critiques de rotation193
7 - Troisième application : vibrations planes d'un anneau196
8 - Formule de rayleigh et méthode de ritz198
8.1 - Formule de Rayleigh198
8.2 - Méthode de Ritz200
Chapitre X
Dynamique des plaques
1 - Vibrations d'une plaque « Dans son plan »202
2 - Vibrations transversales des plaques207
3 - Flexion cylindrique des plaques rectangulaires210
4 - Vibrations axisymétriques des disques et couronnes circulaires213
5 - Méthode de Rayleigh - Ritz217
Chapitre XI
Dynamique des coques
1 - Théorie linéaire223
2 - Théorie des membranes225
3 - Problèmes axisymétriques méridiens226
4 - 1re application : vibrations transversales d'une membrane rectangulaire plane tendue227
5 - 2e application : réponse d'une membrane sphérique à un choc230