Mécanique pour ingénieurs
Ferdinand P. Beer
E. Russell Johnston
David F. Mazurek
deboeck Supérieur
1 Introduction2
1.1. Qu'est-ce que la mécanique ?
4
1.2 Concepts et principes fondamentaux
4
1.3 Systèmes d'unités
7
1.4 Méthode de résolution de problèmes
10
1.5 Précision des valeurs
11
2 Statique des particules12
2.1 Forces coplanaires
14
2.1.1 Résultante de deux forces agissant sur la même particule14
2.1.2 Vecteurs15
2.1.3 Addition vectorielle15
2.1.4 Résultante de forces concourantes17
2.1.5 Décomposition d'un vecteur force18
2.2 Addition de forces à l'aide de composantes
24
2.2.1 Composantes rectangulaires d'une force et vecteurs unitaires24
2.2.2 Somme des forces par la méthode des composantes27
2.3 Forces et équilibre dans un plan
32
2.3.1 Équilibre d'une particule32
2.3.2 Première loi de Newton33
2.3.3 Problèmes sur l'équilibre d'une particule - Diagrammes des forces33
2.4 Forces dans l'espace (3D)
41
2.4.1 Composantes rectangulaires d'une force dans l'espace41
2.4.2 Force définie par sa grandeur et deux points sur sa ligne d'action44
2.4.3 Addition de forces concourantes dans l'espace45
2.5 Équilibre d'une particule dans l'espace (3D)
53
Résumé
60
Problèmes supplémentaires
64
3 Corps rigides - Systèmes de forces équivalents68
3.1 Forces et moment
70
3.1.1 Forces internes et externes70
3.1.2 Principe de transmissibilité - Forces équivalentes71
3.1.3 Produit vectoriel de deux vecteurs72
3.1.4 Composantes rectangulaires des produits vectoriels74
3.1.5 Moment d'une force par rapport à un point75
3.1.6 Composantes rectangulaires d'un moment d'une force77
3.2 Moment d'une force par rapport à un axe
87
3.2.1 Produit scalaire de deux vecteurs87
3.2.2 Produit mixte de trois vecteurs89
3.2.3 Moment d'une force par rapport à un axe90
Couples et systèmes force-couple
101
3.3.1 Moment d'un couple101
3.3.2 Couples équivalents102
3.3.3 Addition des couples104
3.3.4 Représentation vectorielle des couples104
3.3.5 Décomposition d'une force en une force et un couple105
3.4 Réduction de systèmes de forces
117
3.4.1 Réduction d'un système de forces à une force et un couple117
3.4.2 Systèmes de forces équivalents118
3.4.3 Réduction supplémentaire d'un système de forces119
*3.4.4 Réduction d'un système de forces à un torseur121
Résumé
141
Problèmes supplémentaires
146
4 Équilibre des corps rigides150
4.1 Équilibre dans un plan
153
4.1.1 Réactions des appuis et des liaisons de structures planes (bidimensionnelles)153
4.1.2 Équilibre d'un corps rigide bidimensionnel155
4.1.3 Réactions statiquement indéterminées - Liaisons partielles156
4.2 Deux cas particuliers
173
4.2.1 Équilibre d'un corps soumis à deux forces173
4.2.2 Équilibre d'un corps soumis à trois forces173
4.3 Équilibre dans un espace tridimensionnel
179
4.3.1 Équilibre d'un corps rigide en trois dimensions179
4.3.2 Réactions d'appui et de liaison dans l'espace180
Résumé
196
Problèmes supplémentaires
199
5 Forces réparties : centres géométriques et centres de gravité204
5.1 Surfaces et courbes
206
5.1.1 Centre de gravité d'un corps plan206
5.1.2 Centres géométriques des surfaces et des courbes207
5.1.3 Moments statiques des surfaces et des courbes209
5.1.4 Figures composées211
5.2 Considérations supplémentaires sur les centres géométriques
221
5.2.1 Détermination des centres géométriques par intégration221
5.2.2 Théorèmes de Pappus-Guldinus222
5.3 Autres applications des centres géométriques
232
*5.3.1 Charges réparties sur des poutres232
*5.3.2 Forces hydrostatiques sur des surfaces233
5.4 Volumes
242
5.4.1 Centres de gravité d'un solide - Centre géométrique d'un volume242
5.4.2 Solides composés243
5.4.3 Détermination du centre géométrique d'un volume par intégration245
Résumé
256
Problèmes supplémentaires
260
6 Étude des structures264
6.1 Analyse des treillis
267
6.1.1 Treillis simples267
6.1.2 Analyse d'un treillis par la méthode des noeuds269
*6.1.3 Noeuds sous conditions particulières de charges272
*6.1.4 Treillis tridimensionnels (triangulation spatiale)273
6.2 Autres analyses de treillis
283
6.2.1 Méthode des sections283
6.2.2 Treillis composés284
6.3 Charpentes
295
6.3.1 Analyse des structures295
6.3.2 Charpentes cessant d'être rigides lorsque détachées de leurs supports296
6.4 Mécanismes
310
Résumé
323
Problèmes supplémentaires
326
7 Poutres et câbles330
*7.1. Forces internes dans un élément de structure
332
7.2 Poutres
339
*7.2.1 Types de charges et d'appuis339
*7.2.2 Effort tranchant et moment fléchissant340
*7.2.3 Diagrammes de l'effort tranchant et du moment fléchissant342
*7.3 Relation entre la charge, l'effort tranchant et le moment fléchissant
350
7.4 Câbles
360
*7.4.1 Câbles avec charges concentrées360
*7.4.2 Câbles avec charges réparties362
*7.4.3 Câble parabolique362
*7.5 Chaînettes
371
Résumé
378
Problèmes supplémentaires
381
8 Frottement384
8.1 Lois du frottement sec
386
8.1.1 Coefficients de frottement387
8.1.2 Angles de frottement388
8.1.3 Problèmes impliquant le frottement sec389
8.2 Coins et vis
404
8.2.1 Coins404
8.2.2 Vis à filetage carré405
*8.3 Frottement sur les paliers, butées et roues
413
8.3.1 Paliers lisses radiaux et frottement413
*8.3.2 Butées414
*8.3.3 Roues et résistance au roulement415
*8.4 Courroies
422
Résumé
433
Problèmes supplémentaires
436
9. Forces réparties : moments d'inertie440
9.1 Moments d'inertie des surfaces
442
9.1.1 Deuxième moment ou moment d'inertie d'une surface443
9.1.2 Détermination du moment d'inertie d'une surface par intégration444
9.1.3 Moment d'inertie polaire445
9.1.4 Rayon de giration de surfaces446
9.2 Théorème des axes parallèles et surfaces composées
452
9.2.1 Théorème des axes parallèles452
9.2.2 Moments d'inertie des surfaces composées454
9.3 Transformation des moments d'inertie
465
*9.3.1 Produit d'inertie465
*9.3.2 Axes principaux et moments principaux d'inertie465
*9.4 Cercle de Mohr
472
9.5 Moments d'inertie des masses
479
9.5.1 Moment d'inertie d'une masse479
9.5.2 Théorème des axes parallèles480
9.5.3 Moments d'inertie de plaques minces481
9.5.4 Détermination du moment d'inertie d'un solide par intégration482
9.5.5 Moments d'inertie de solides composés482
9.6 Autres concepts d'un solide
497
9.6.1 Produit d'inertie d'une masse497
*9.6.2 Ellipsoïde d'inertie - Axes principaux d'inertie498
*9.6.3 Axes principaux et moments principaux d'inertie d'un solide de forme quelconque499
Résumé
510
Problèmes supplémentaires
516
10 Méthode du travail virtuel520
10.1 Méthode de base
522
*10.1.1 Travail produit par une force522
*10.1.2 Principe du travail virtuel525
*10.1.3 Application du principe du travail virtuel525
*10.1.4 Machines et rendement mécanique527
*10.2 Travail, énergie potentielle et équilibre
539
*10.2.1 Travail d'une force lors d'un déplacement fini539
*10.2.2 Énergie potentielle540
*10.2.3 Énergie potentielle et équilibre541
*10.2.4 États d'équilibre542
Résumé
553
Problèmes supplémentaires
556
Annexe560
A.1 Système de mesures impériales560
A.2 Conversion des poids et mesures561
A.3 Propriétés des profilés à charpente en acier laminé563
Lexique anglais-français564
Réponses aux problèmes566
Sources iconographiques586
Index587
Tableaux et figures utiles591
Liste des symboles594