Mécanique des solides et des matériaux

Mécanique des solides et des matériaux

Jean-Claude Charmet, Denis Vallet, Pascal Kurowski

Enseignement de mécanique en 1ère Année

Les travaux pratiques de mécanique sont précédés d’une journée d’introduction en Résistance des Matériaux et de présentation du travail sur Machines-Outils (MO).
En RdM, sont abordées les notions de contraintes et déformations, les sollicitations simples : traction, flexion, torsion. Les techniques d’Analyse des Contraintes (AC) telles que l’extensiométrie et la photélasticimétrie sont présentées sous forme d’exemples simples.
En MO, nous présentons les principales machines utilisées couramment dans l’industrie et dans les laboratoires : tour, fraiseuse, perceuse. Sont abordées également la mécanique de formation et de rupture du copeau, les différents outils et leur utilisation, ainsi que les choix de conditions de coupe. Les travaux pratiques illustrent ces différentes notions et techniques dans la proportion de 1/3 AC , 2/3 MO.

- Analyse des Contraintes : Détermination de constantes élastiques (Module d’Young, module de cisaillement, coefficient de Poisson) par extensiométrie sur des éprouvettes en traction, flexion ou torsion.
Détermination de champ de contraintes par méthode photoélastique (réseaux d’isoclines, d’isochromes et d’isostatiques ) sur des modèles simples en compression ou traction
- Machines-Outils : Réalisation de pièces de tournage et de fraisage, combinées avec des techniques courantes complémentaires comme le perçage, le taraudage ou le filetage.
Notions élémentaires de métrologie (mesure et contrôle).

Enseignement du Bureau d’Etudes en 1ère Année

Le Bureau d’Etudes consiste en une aide à la conception de système mécanique, basée d’une part sur les calculs de dimensionnement et d’autre part sur des notions générales de liaisons entre pièces.

A partir d’ensembles fonctionnels, le dimensionnement de certains éléments se fait par RdM après les notions élémentaires de statique pour la détermination des efforts appliqués. Différentes méthodes de calcul (algébrique ou graphique) de structures sont présentées, ainsi que quelques méthodes pour lever l’hyperstaticité.
L’autre aspect de la conception consiste en l’étude et la mise en application des fonctions mécaniques courantes : positionnement, assemblage, guidage, transmission et/ou transformation de mouvement, liaisons entre pièces. La mise en forme de pièces mécaniques est abordée à partir des notions de réalisation par usinage données en Travaux Pratiques de Mécanique.

Cours de mécanique des solides et des matériaux (seconde année)

Objectif
Ce cours est orienté vers l’aspect propriétés mécaniques des matériaux. Après introduction des concepts fondamentaux : Contrainte, Déformation, Energie de déformation, il développe les principaux types de comportement en dégageant leur origine physique. Les caractéristiques mécaniques : Viscoélasticité, Plasticité, Rupture des grandes classes de matériaux sont abordées en parallèle à l’étude des lois comportements correspondantes. Une étude des sollicitations simples dégage des idées directrices guidant le choix d’un matériau.

Contenu

1. GENERALITES
# La résistance des matériaux : Structure et Sollicitations.
# L’histoire de la Science des matériaux, Matériaux : l’émergence des concepts modernes.
# Elément de calcul tensoriel, propriétés et représentations des tenseurs du second ordre.

2. CONTRAINTES ET DEFORMATIONS
# Tenseur des contraintes, Equation fondamentale de l’équilibre
# Tenseur des déformations : définition, propriétés, représentations graphiques.
# Energie de déformation, Principes de la méthode des éléments finis.

3. COMPORTEMENTS FONDAMENTAUX
# Elasticité - Fluage
# Elasticité linéaire : Hooke, Young, Poisson et Lamé. Matériaux pour ressorts
# Viscoélasticité : Maxwell et Voigt, fluage et relaxation.
# Fluage et température : céramiques, métaux et polymères

# Résistance au cisaillement et Plasticité

# Résistance théorique au cisaillement , Critères de Plasticité.
# Plasticité parfaite, Ecrouissage.
# Ductilité des métaux : dislocations

# Résistance à la traction et Rupture

# Le paradoxe de la résistance théorique à la rupture.
# Critère local :le facteur d’intensité des contraintes (Irwin).
# Critère énergétique : la longueur de Griffith et le travail de fracture.
# Propagation et blocage d’une fissure : matériaux fragiles.

4. MATERIAUX ET STRUCTURES
# Flambement : coefficient de charge (structure), d’efficacité (matériaux).
# Matériaux hétérogènes : Inclusions, composites.
# Eléments de Mécanique vibratoire : modes propres, choc.
# Mécanique du contact, Adhésion et Mécanique de la rupture : caoutchouc

Les travaux pratiques associés portent sur les sollicitations simples : traction, flexion et torsion ; l’analyse expérimentale des contraintes : extensomètrie à jauges et photoélasticimétrie ; la mécanique vibratoire : modes propres.

Les projets de 3ème année portent sur l’étude du comportement mécanique de matériaux fragiles (fragmentation et broyage) et de matériaux adhésifs (tribologie, instabilités de stick-slip) en relation directe avec les travaux de l’équipe de recherche.

Archives : vous pouvez consulter ici les archives de l’enseignement de mécanique des solides (textes d’examen).