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Sciences de l'Ingénieur · Prépa concours post-bac — ENSA & ENSAM

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 permet de vérifier la résistance d'une pièce sous l'action de forces.

  • Traction/Compression : $\sigma = \frac{N}{S} \leq R_{pe}$
  • Cisaillement : $\tau = \frac{T}{S} \leq R_{eg}$
  • Torsion : $\tau = \frac{M_t}{I_0} \cdot v \leq R_{eg}$
  • Flexion : $\sigma = \frac{M_{fz}}{I_G} \cdot v \leq R_{pe}$ Avec $R_{pe} = \frac{R_e}{s}$ (résistance pratique à l'extension).

Méthodes à maîtriser

  1. Isoler la pièce et appliquer le PFD pour trouver les efforts internes (torseur de cohésion).
  2. Identifier la sollicitation (Traction, Torsion, etc.).
  3. Calculer les caractéristiques géométriques ($S, I_G, I_0$).
  4. Vérifier la condition de résistance ($\sigma \leq R_{pe}$).

Exemples corrigés

Traction : Une barre de section $S=100mm^2$ subit $N=5000N$. $\sigma = 5000/100 = 50 MPa$. Si $R_e=250MPa$ et $s=2$, $R_{pe}=125MPa$. $50 < 125$, donc ça tient.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir les unités (toujours en N, mm, MPa).
  • Confondre $I_G$ (flexion) et $I_0$ (torsion).
  • Ne pas diviser par le coefficient de sécurité $s$.

🌉 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 ?

❓ Questions fréquentes

Kifach n3ref wach traction wla flexion?
  1. Regarde la direction de la force par rapport à l'axe de la pièce.
  2. Si la force est sur l'axe (longitudinale), c'est de la traction ou compression.
  3. Si la force est perpendiculaire à l'axe, elle crée un moment fléchissant, c'est de la flexion.

💡 À retenir : Force sur l'axe = Traction/Compression ; Force perpendiculaire = Flexion.

C'est quoi la différence entre Re et R{pe} ?
  1. $R_e$ est la limite élastique intrinsèque du matériau (donnée constructeur).
  2. $R_{pe}$ est la limite pratique, celle qu'on utilise pour le calcul en sécurité.
  3. On divise $R_e$ par un coefficient de sécurité $s$ pour éviter la rupture.

💡 À retenir : $R_{pe} = R_e / s$.

Chno hiya l'unité li khassni nkhdem biha f'RDM?
  1. Force en Newton (N).
  2. Longueur en millimètres (mm).
  3. Contrainte en MPa (1 MPa = 1 N/mm²).

💡 À retenir : Toujours convertir en N et mm pour obtenir des MPa directement.

Comment calculer le moment quadratique d'un cercle ?

Pour un cercle de diamètre $d$ :

  1. $I_G = \frac{\pi \cdot d^4}{64}$ (pour la flexion).
  2. $I_0 = \frac{\pi \cdot d^4}{32}$ (pour la torsion).

💡 À retenir : $I_0 = 2 \cdot I_G$ pour une section circulaire.

Pourquoi on utilise un coefficient de sécurité ?
  1. Pour compenser les incertitudes sur les charges.
  2. Pour pallier les défauts du matériau.
  3. Pour garantir que la pièce ne se déformera jamais de façon permanente.

💡 À retenir : Plus le risque est grand, plus le coefficient $s$ doit être élevé.

Kifach n7seb l'effort tranchant f'flexion ?
  1. Tu fais une coupure fictive sur la poutre.
  2. Tu appliques le PFD sur l'un des deux tronçons.
  3. La somme des forces perpendiculaires à la poutre donne l'effort tranchant $T$.

💡 À retenir : $T$ est la somme algébrique des forces transversales.

La contrainte dépend-elle de la longueur de la pièce ?
  1. En traction/compression, non.
  2. En flexion, la longueur influence le moment fléchissant si les charges sont réparties.
  3. Mais la formule $\sigma = M/I \cdot v$ ne contient pas directement la longueur.

💡 À retenir : La contrainte dépend surtout de la section et de l'effort appliqué.

C'est quoi le torseur de cohésion ?

C'est l'ensemble des efforts internes (N, T, $M_f$, $M_t$) qui maintiennent la cohésion de la pièce coupée en deux.

💡 À retenir : Il permet de calculer les contraintes en tout point de la poutre.

Est-ce que la torsion dépend de la forme de la section ?

Oui, le moment quadratique $I_0$ dépend directement de la géométrie de la section (cercle, carré, tube).

💡 À retenir : Une section pleine résiste mieux à la torsion qu'une section creuse de même aire.

Comment savoir si une pièce va rompre ?
  1. Tu calcules la contrainte maximale ($\sigma_{max}$ ou $\tau_{max}$).
  2. Tu la compares à la résistance pratique ($R_{pe}$ ou $R_{eg}$).
  3. Si la contrainte calculée est supérieure, la pièce rompt.

💡 À retenir : Condition de résistance : $\sigma \leq R_{pe}$.

Est-ce que la contrainte est la même partout dans la section ?
  1. En traction, oui, elle est uniforme.
  2. En flexion, elle est nulle au centre (fibre neutre) et maximale aux bords.

💡 À retenir : La contrainte varie selon la distance $v$ à la fibre neutre.

C'est quoi la fibre neutre ?

C'est la ligne au centre de la poutre en flexion où il n'y a ni traction ni compression.

💡 À retenir : La contrainte est nulle sur la fibre neutre.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une poutre de longueur $L=2m$ est encastrée à une extrémité et subit une charge ponctuelle $F=1000N$ à l'autre bout. Le moment fléchissant max est $M_{fz} = F \cdot L = 2000 Nm$. Sachant que $I_G = 10^6 mm^4$ et $v=20mm$, calculer la contrainte normale maximale.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Une tige cylindrique en acier de diamètre $d=20mm$ est soumise à une force de traction $F=30kN$. La limite élastique est $R_e=240MPa$. Calculer la contrainte et vérifier la résistance avec $s=2$.

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Exercice 3

Un arbre de transmission subit un couple de torsion $C=500 Nm$. Le diamètre est $d=40mm$. Calculer la contrainte tangentielle maximale $\tau_{max}$.

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