Le document traite des méthodes énergétiques en résistance des matériaux, notamment l'utilisation du théorème de Castigliano pour résoudre des systèmes hyperstatiques en calculant les réactions aux appuis et les déformations. Il aborde les concepts d'énergie de déformation pour différents types de chargements, ainsi que les conditions de compatibilité nécessaires pour résoudre les équations d'équilibre. Les auteurs, Henri Yelle, Marie Bernard et Daniel Therriault, expliquent également les applications pratiques du théorème, tel que le calcul d'angles de rotation et l'utilisation d'équations de compatibilité.

1. Résistance des matériaux II Chapitre 145
é é é iMéthodes énergétiques
chapitres 9 et 14
• Objectifs
– Utiliser le théorème de Castigliano pour calculer des lesUtiliser le théorème de Castigliano pour calculer des les
réactions aux appuis de structures hyperstatiques
– Utiliser le théorème de Castigliano pour calculer des
déplacements, rotations ou rotations angulaires de structures
hyperstatiques
– Savoir la définition de l’aire effective en cisaillementSavoir la définition de l aire effective en cisaillement
– Calculer l’énergie de déformation en tenant compte de l’effort
tranchant
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 1

2. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Ch it 9 É i d déf tiChapitre 9: Énergie de déformation
9.7 Énergie de déformation
9.7.1 Expression de l’énergie pour un chargement uniaxial
9.7.2 Énergie de déformation élastique pour un chargement général
Chapitre 14 : Méthodes énergétiques Fichier 1Chapitre 14 : Méthodes énergétiques
14.2 Cas particuliers
14.2.1 Tension
14.2.2 Flexion
Fichier 1
14.2.3 Torsion
14.3 Théorème de la réciprocité, de Maxwell-Betti
14.4 Théorème de Castigliano
h14.4.1 Application aux systèmes isostatiques
14.4.2 Application aux systèmes hyperstatiques
14.5 Effets de l’effort tranchant
Fichier 2
Fichier 3
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 2

3. Résistance des matériaux II Chapitre 145
14 4 2 Applications aux systèmes hyperstatiques14.4.2 Applications aux systèmes hyperstatiques
Cette poutre est hyperstatique: A
w
xx
y
Cette poutre est hyperstatique:
il n’y a pas suffisamment d’équations
d’équilibre pour calculer les réactions.
y
A
L
BB
Il y a trois inconnues: Ra, Rb et Mb.
Deux équations d’équilibre sont
BM
L
w
A B
x
y
disponibles: ∑Fy = 0 ; ∑Mz = 0
Par conséquent, il manque une équation.
AR
L
BR
On peut lever l’indétermination en posant une équation de
compatibilité et en transformant cette équation en équation de
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
p q q
forces ou de moments à l’aide du théorème de Castigliano.
3

4. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Mé h d d l i d’ è h iMéthode de solution d’un système hyperstatique
• poser les équations d’équilibre
disponibles BMwy
disponibles
• déterminer le nombre d’équation(s)
A
R
L
R
B
x
q ( )
d’équilibre manquante(s), N
N = degré d’hyperstaticité (N = 1 pour notre cours)
AR BR
Pour la poutre montrée, il manque une équation;
le système est hyperstatique du premier degré
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 4

5. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Méthode de solution (suite)Méthode de solution (suite)
• établir N équations de compatibilité
– Pour la poutre montrée, on connaît trois conditions de
ibili écompatibilité:
δA = 0 δB = 0 θB = 0
– Le système étant hyperstatique A
BMw
B
x
y
Le système étant hyperstatique
du premier degré, on choisit une
seule condition de compatibilité
AR
L
BR
B
et la réaction correspondante est
appelée surabondante:
a) si on choisit δ = 0 R est la réaction surabondantea) si on choisit δA = 0, RA est la réaction surabondante,
appelée R
Selon Castigliano: A
R
U
R
U
δ=
∂
∂
=
∂
∂
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
A
A RR ∂∂
5

6. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Méthode de solution (suite)Méthode de solution (suite)
b) si on choisit δB = 0, RB est la) B , B
réaction surabondante, appelée R
A
BMw
x
y
et
B
B R
U
R
U
δ=
∂
∂
=
∂
∂ A
AR L
BR
B
c) si on choisit θB = 0, MB est la
réaction surabondanteréaction surabondante
et U
θ=
∂
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
et B
BM
θ=
∂
6

7. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Méthode de solution (suite)
i l é i A
BMw
x
y
• Exprimer toutes les réactions
en fonction de la réaction
surabondante et du chargement
A
AR
L
BR
B
surabondante et du chargement.
• Appliquer Castigliano:
L ff i l’é i
A
Les efforts internes et l’énergie
de déformation doivent être
exprimés en fonction de la
é i b d dréaction surabondante et du
chargement seulement.
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 7

8. Résistance des matériaux II Chapitre 145
E lExemple :
On demande de calculer
a) les réactions aux appuis A
mNw /,
B Ca) les réactions aux appuis
b) l’angle de rotation θ A
au point A de cette poutre.
L L
A B
p p
Cette poutre est hyperstatique car elle est appuyée sur trois
appuis simples A, B et C:
– 3 réactions inconnues, soit RA,RB et RC
2 équations d’équilibre disponibles soit ∑F = 0 ; ∑M = 0– 2 équations d équilibre disponibles, soit ∑Fy = 0 ; ∑Mz = 0
La solution est d ’utiliser le théorème de Castigliano.
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
La solution est d utiliser le théorème de Castigliano.
8

9. Résistance des matériaux II Chapitre 145
La procédure pour trouver les réactions aux appuis d’un
problème hyperstatique est :
1 Choisir une condition de compatibilité et déclarer la réaction1. Choisir une condition de compatibilité et déclarer la réaction
correspondante surabondante (R)
2. Établir les équations d’équilibre. Les réactions sont exprimées
en fonction du chargement et de la force surabondante
3. Établir les équations des efforts internes et les exprimer en
fonction du chargement et de la surabondantefonction du chargement et de la surabondante
4. Appliquer le théorème de Castigliano à la condition de
compatibilité choisie
– Permet de déterminer la surabondante (R)
– Déterminer les autres réactions aux appuis à l’aide des
é ti d’é ilib
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
équations d’équilibre
9

10. Résistance des matériaux II Chapitre 145
RR
On choisit δ comme
mNw /,
B C
RRA =1. Réactions aux appuis
On choisit δ A comme
condition de compatibilité
L L
A B C
BR CR
∂U
0==
∂
∂
A
AR
U
δ
La force RA est déclarée
b dsurabondante
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 10

11. Résistance des matériaux II Chapitre 145
RR
mNw /,
B C
RRA =
RRA =
2. Équilibre
L L
A B C
BR CR
A
MC =∑ 0 Fy =∑ 0
Lw
LR
Lw
LRB ⋅⋅+
⋅
=⋅ 2
2
2
L
RRLwR BC −+⋅=
R
Lw
RB ⋅+
⋅
= 2
2
R
Lw
RC −
⋅
=
2
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
Les réactions sont exprimées en fonction
de R et du chargement seulement
11

12. Résistance des matériaux II Chapitre 145
mNw /,RR =
A B C
RRA =
BR CR
3. Efforts internes
L L
B C
BCM
V
R
V
ABM•O
C
x
CR
De A à B : 0 < x < L
à
xA •O
0
2
xw
xRMM
⋅
+∑
De B à C : 0 < x < L
xRM AB ⋅=⇒=∑ 0OM
0
2
2
xw
xR
Lw
M
xRMM
BC
CBCO
⋅
−⋅⎟
⎞
⎜
⎛ −
⋅
=
=+⋅−=∑
Les efforts internes sont
exprimées en fonction de R
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
22
xRMBC ⎟
⎠
⎜
⎝
=
12
et du chargement seulement

13. Résistance des matériaux II Chapitre 145
RM
⎞⎛∂⎞⎛∂ M
xRM AB ⋅=
22
2
xw
xR
Lw
MBC
⋅
−⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
⋅
=
4. Appliquer la condition de compatibilité
0
00
=
⋅
⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
⋅
⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
==
∂
∂
∫∫
L
BC
BCL
AB
AB
A
IE
dx
R
M
M
IE
dx
R
M
M
R
U
δ
( ) ( ) ( ) 0
220
2
=⋅−⋅⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡ ⋅
−⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
⋅
+⋅⋅⋅=
∂
∂
∫∫
LL
o
dxx
xw
xR
Lw
dxxxR
R
U
0 ⎦⎣o
0
423323
4333
=
⋅
⋅
+
⋅
+
⋅
⋅⋅
−
⋅
=
∂
∂ LwLRLLwLR
R
U
423323∂R
16
Lw
R
⋅
=
16
7 Lw
RC
⋅⋅
=
8
5 Lw
RB
⋅⋅
=
Avec les équations
d’équilibre
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
16 16
C
8
B
13
d équilibre

14. Résistance des matériaux II Chapitre 145
b) Rotation θ A de la poutre en A
La tâche est facile avec
A
mNw /,
B C
La tâche est facile avec
Castigliano, sachant que L L
U∂
θ
Le problème est qu ’il n ’y a pas de
A
A
M
U
∂
∂
=θ
mNw /,
C
16
Lw
RA
⋅
=
moment concentré MA au point A!
Que fait-on?
O j t t fi tif
L
L
A B C
AM
16
7 Lw
RC
⋅⋅
=
On ajoute un moment fictif. L
8
5 Lw
RB
⋅⋅
=
Mais, par le fait même, on perturbe
l ’éq ilibre de la po tre
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
l ’équilibre de la poutre
14

15. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Truc pour restaurer l’équilibre LTruc pour restaurer l équilibre
Comment?
On garde les réactions calculées
A
mNw /,
B C
16
Lw
RA
⋅
=
g
précédemment
On équilibre seulement le
moment fictif M en ajo tant des
L
L
A B C
AM
16
7 Lw
RC
⋅⋅
=
moment fictif MA en ajoutant des
forces :
• qui ont un moment égal et opposé à celui du moment ajouté
L
8
5 Lw
RB
⋅⋅
=
q g pp j
• qui sont d’intensité égale et opposée pour ne pas perturber
l’équilibre de la poutre dans la direction y
• qui s’appliquent aux points d’appui de la poutre pour ne pas• qui s appliquent aux points d appui de la poutre pour ne pas
perturber la déformée de la poutre et pour ne pas ajouter de
l’énergie de déformation dans la poutre
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 15

16. Résistance des matériaux II Chapitre 145
LM A / Alternative 1
Alt ti 2
A
mNw /,
B C
16
Lw
RA
⋅
=
A
A
mNw /,
B C
16
Lw
RA
⋅
=
Alternative 2
L L
8
5 Lw
RB
⋅⋅
=
16
7 Lw
RC
⋅⋅
=AM
LM A / L L
A B
8
5 Lw
RB
⋅⋅
=
16
7 Lw
RC
⋅⋅
=AM
LM A /LM A /A
mNw /,Lw
R
⋅
LM A ⋅2/ Alternative 3
A
,
B C
16
RA =
8
5 Lw
RB
⋅⋅
=
16
7 Lw
RC
⋅⋅
=AM
• Les trois alternatives permettent d’annuler
MA et de garder la poutre en équilibre en y.
• Le choix d’une alternative plutôt qu’une
L L
8 16
LM A ⋅2/
• Le choix d une alternative plutôt qu une
autre est basé sur une question d’expérience.
• Ici, c’est l’alternative 1 qui semble et
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
s’avérera la plus avantageuse.
16

17. Résistance des matériaux II Chapitre 145
LM A / Alternative 1
A
mNw /,
B C
16
Lw
RA
⋅
=
A
Les efforts internes
L L
8
5 Lw
RB
⋅⋅
=
16
7 Lw
RC
⋅⋅
=AM
LM A /LM A /
De A à B : 0 < x < L
A
AM
V
ABM
AR
•O
•O
De B à C : 0 < x < L
xA
C
CR
BCM
V x
•O
x
L
M
xRMM
M
A
AAAB
O
⋅−⋅+=
⇒=∑ 0 0
2
xw
xRM
M
CBC
O
⋅
−⋅=
⇒=∑
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
L
AAAB
2
xRM CBC ⋅=
17

18. Résistance des matériaux II Chapitre 145
M
Selon Castigliano x
L
M
xRMM A
AAAB ⋅−⋅+=
2
2
xw
xRM CBC
⋅
−⋅=
2
∫∫
⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
+
⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
=
∂
=θ
L
A
BC
BCL
A
AB
AB
A
dx
M
M
Mdx
M
M
M
U
⎥
⎤
⎢
⎡
⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −⋅⋅−⋅+∫
L
A
AA dx
x
x
M
xRM 1)(
∫∫ ⋅
+
⋅∂
θ
= 000AMA
A
IEIEM
16
Lw
RA
⋅
=
( )
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⋅⋅⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛ ⋅
−⋅+
⎟
⎠
⎜
⎝
⋅
=
∫
∫
L
C
AA
A
dx
xw
xR
LL
IE
0
2
0
0
2
)(
1
θ
16
7 Lw
RC
⋅⋅
=
⎥⎦⎢⎣ ⎠⎝0
96
1
6
1 32
Lw
IE
LR
IE
A
A ⋅=⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛ ⋅
⋅=θEn posant MA = 0 ⇒
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
966 IEIE ⋅⎟
⎠
⎜
⎝⋅
p A ⇒
18

19. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Exemple:
On demande de calculer θ pour
y
xmNw /,
On demande de calculer θ A pour
la poutre illustrée ci-contre
L
z
A
B
Les réactions RA, RB et le moment MB sont déjà connus.
L
mNw /,
A
B
5 L
8
2
Lw
MB
⋅
=
P i l l θ il f t j t t fi tif t é A
L
8
3 Lw
RA
⋅⋅
= 8
5 Lw
RB
⋅⋅
=
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
Pour pouvoir calculer θ A, il faut ajouter un moment fictif concentré en A
et ensuite restaurer l’équilibre.
19

20. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Deux alternatives sont possibles
2
Lw
M AB
⋅
=
Alternative 1
L’alternative 1 est possible
parce que l’encastrement B
peut reprendre un moment sans
L
mNw /,
A
8
M AB
AM
B
AM
peut reprendre un moment sans
que de l’énergie de déformation
soit ajoutée au système.
L
8
3 Lw
RA
⋅⋅
=
8
5 Lw
RB
⋅⋅
=
B
Alternative 2
mNw /,
A
8
2
Lw
MB
⋅
=
Alternative 2
AM
LM A /
L
A
B
8
3 Lw
RA
⋅⋅
= 5 Lw
R
⋅⋅
=
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
8
A
8
RB =
LM A /
20

21. Résistance des matériaux II Chapitre 145
On choisit l’alternative 1.
mNw /, 8
2
Lw
MB
⋅
=
Eff t i t
AM
L
A
3 Lw
R
⋅⋅ 5 Lw
R
⋅⋅
B
AM
Efforts internes
8
RA =
8
RB =
RM
xw
MM
⋅
∑ 0
2
De A à B :
xRM
xw
MM AAABO ⋅−+=⇒=∑
2
0
mNw /,
AM
x
A
3 Lw
R
⋅⋅ V
•O
ABM
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
8
RA = V
21

22. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Appliquant Castigliano :pp q g
x
mNw /,
A xRM
xw
M AAAB ⋅−+
⋅
=
2
2
M x
8
3 Lw
RA
⋅⋅
= V
xw ⋅ 2
AM
dx
M
M
IE
M
M
U
A
AB
L
AB
MA
A
A
∂
∂
⋅
=
∂
∂
= ∫
= 00
θ ( ) dx
IE
xR
xw
ML AA
⋅⋅
⋅
⋅−
⋅
+
= ∫ 12
0
Lw⋅ 3
θEn posant MA = 0, ⇒ IE
A
⋅⋅
−=
48
θ
i.e., dans le sens inverse de
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
i.e., dans le sens inverse de
MA fictif
22

23. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Thé è d C ti liThéorème de Castigliano
CommentaireCo e e
Lorsque le système est isostatique, il est plus simple de mettre sur la
structure, dès le début, les charges réelles et fictives et d’établir les
é i d’é ilib idé l d d héquations d’équilibre en considérant les deux types de chargement,
fictif et réel.
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 23

24. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Ch it 9 É i d déf tiChapitre 9: Énergie de déformation
9.7 Énergie de déformation
9.7.1 Expression de l’énergie pour un chargement uniaxial
9.7.2 Énergie de déformation élastique pour un chargement général
Chapitre 14 : Méthodes énergétiques Fichier 1Chapitre 14 : Méthodes énergétiques
14.2 Cas particuliers
14.2.1 Tension
14.2.2 Flexion
Fichier 1
14.2.3 Torsion
14.3 Théorème de la réciprocité, de Maxwell-Betti
14.4 Théorème de Castigliano
h14.4.1 Application aux systèmes isostatiques
14.4.2 Application aux systèmes hyperstatiques
14.5 Effets de l’effort tranchant
Fichier 2
Fichier 3
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 24

25. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Jusqu’ici, on a négligé l’apport de l’énergie de déformation
associée à l’effort tranchant dans le calcul de la flèche ou de
l’angle de rotation.g
La notion de l’aire effective en cisaillement Ac simplifie
considérablement le calcul de l’énergie de déformation due à
l’effort tranchant et permet ainsi de tenir compte de l’effort
tranchant dans le calcul de la flèche et de l’angle de rotation.g
Ac devient une propriété de la section au même titre que les
moments d’aire et que la constante de torsion
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 25

26. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Ai ff ti d i ill tAire effective de cisaillement
Ac est déterminée de façon à ce que l’énergie de déformation,c ç q g f
• calculée en utilisant la distribution moyenne de la contrainte de
cisaillement agissant sur l’aire Ac par :
m
A
V
=τ
au lieu de la distribution réelle:
cA
∫= dAV τ
• soit équivalente à l’énergie de déformation calculée en utilisant la
distribution réelle de la contrainte de cisaillement sur la section
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 26

27. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Ainsi, pour une contrainte de cisaillement τ, l ’énergie de
déformation U est donnée par :
∫
1
Puisque :
dVU
V
⋅⋅= ∫ γτ
2
1
G/
q
on peut écrire :
G/τγ =
(a)
2
1 2
∫∫ ⋅⋅= dxdA
G
U τ
2 ∫∫⋅ L A
G
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 27

28. Résistance des matériaux II Chapitre 145
E idé l i d i ill iEn considérant la contrainte de cisaillement moyenne agissant
sur l ’aire effective de cisaillement, l ’énergie de
déformation est donnée par :p
∫∫∫ ⋅⋅
⋅
=⋅⋅
⋅
=
L
cm
L A
m dxA
G
dxdA
G
U 22
2
1
2
1
ττ
Puisque
LL A
GG 22
cm AV /=τ
(b)
2
1 2
∫ ⋅= dx
A
V
G
U
2⋅ L cAG
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 28

29. Résistance des matériaux II Chapitre 145
1
(a)
2
1 2
∫∫ ⋅⋅
⋅
=
L A
dxdA
G
U τ
2
(b)
2
1 2
∫ ⋅
⋅
=
L c
dx
A
V
G
U
En comparant (a) et (b), on tire :
∫ dA
V 2
2
∫ ⋅=
Ac
dA
A
2
τ
(c)2
2
∫ ⋅
=
A
c
dA
V
A
τ
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
A
29

30. Résistance des matériaux II Chapitre 145
L’aire effective de cisaillement A d’une section estL aire effective de cisaillement Ac d une section est
déterminée en utilisant (c). Lorsque sa valeur est connue,
l’énergie de déformation due à l’effort tranchant peut alors
êt l lé f il t tili t (b)être calculée facilement en utilisant (b).
2
(b)
2
1 2
∫ ⋅
⋅
=
L c
dx
A
V
G
U
(c)2
2
∫
=c
dA
V
A ( )2
∫ ⋅
A
c
dAτ
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 30

31. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Ai ff ti d i ill tAire effective de cisaillement
Exemple : Déterminer l’aire effective de cisaillement AC d’unep C
poutre de section rectangulaire.
QV
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
− y
h
b
2
bI
QV
z
zy
⋅
⋅
=τ
h y
⎞⎛ h1
⎠⎝
τ
x
y
z
V
⋅
=
3
hb
I
b
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+ y
h
22
1
τ
yV
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
+⋅⋅⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡
−⋅=⋅= )
2
(
2
1
)
2
(
12
y
h
y
h
byAQ
I
z
z
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛⋅
⋅
⋅
= 2
2
3
2
6
y
h
hb
Vy
τ
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 31
⎥⎦⎢⎣⎥⎦⎢⎣ 222 ⎦⎣ ⎠⎝hb

32. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Ai ff ti d i ill tAire effective de cisaillement
Exemple (suite) : Section rectangulairep ( ) g
dyy
h
hb
V
bdA
h
y
A
⋅⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⋅
⋅
⋅=⋅ ∫∫
2
2
22/
0
62
2
2
2
36
2τ
∫ ⋅
=c
dA
V
A 2
2
τA ⎦⎣ ⎠⎝0
dyyy
hh
hb
V
dA
h
y
⋅⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛⋅−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛⋅
=⋅ ∫∫
2/
42
24
6
2
2
2
2
2
72
τ
∫A
yyy
hbA
⎥
⎦
⎢
⎣
⎟
⎠
⎜
⎝
⎟
⎠
⎜
⎝⋅ ∫∫ 0
6
22
VhhhV
dA y ⋅
=⎥
⎤
⎢
⎡
⎟
⎞
⎜
⎛⋅+⎟
⎞
⎜
⎛⋅−⎟
⎞
⎜
⎛⋅
⋅
=⋅∫
61272 25552
2
τ
hbhb
dA
A
⋅⋅
=⎥
⎦
⎢
⎣
⎟
⎠
⎜
⎝
+⎟
⎠
⎜
⎝
⎟
⎠
⎜
⎝⋅
=∫ 5252326
τ
55 Ahb
A
⋅⋅⋅
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
66
Ac ==
32

33. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Ai ff ti d i ill tAire effective de cisaillement
Application : ypp
Aire effective de cisaillement Ac
d’un tube rond à paroi mince. z
R
t
A
2
A
tRAc =⋅⋅= π
Aire effective de cisaillement Ac R29
RA
c
d’un tube rond plein.
R2
10
9
RAc ⋅⋅= π
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 33

34. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Ai ff ti d i ill tAire effective de cisaillement
Application :
y
pp
aire effective de cisaillement Ac
d’un tube rectangulaire à paroi mince. t
h
z
thAc ⋅⋅≈ 2
b
aire effective de cisaillement Ac
y
c
d’une poutre en I.
hw
t
z
hwAc ⋅≈
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 34
b

35. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Thé è d C ti liThéorème de Castigliano
Exemple : Déterminer la contribution de l’effort tranchant à la flèchep
au point d’application de la force P
P
P
L
52200xWA B
P
V
ABM B
x
•o
xPMM AB ⋅=⇒=∑ 0 2
46
33
h
mm10x7,52I
MPa77x10G;MPa10x200E
=
==De A à B : 0 < x < L
xPMM ABo ⇒∑ 0 2
c mm1627mm206x7,9mmhxwA ===
PV =
S l C ti li
U∂
δ
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 35
Selon Castigliano :
P
B
∂
=δ

36. Résistance des matériaux II Chapitre 145
VM
LL 22
dx
AG
V
dx
IE
M
U
L
c
L
AB
∫∫ ⋅⋅
+
⋅⋅
=
0
2
0
2
22
( ) ( )PVVPMMU LL
∂∂∂∂∂ //
MAB = P·x
V = P
( ) ( )
dx
AG
PVV
dx
IE
PMM
P
U L
c
L
ABAB
B ∫∫ ⋅
∂∂
+
⋅
∂∂
=
∂
∂
=
00
//
δ
( ) ( )LL
LPLPPP 1 3
( ) ( )
c
L
c
L
B
AG
LP
IE
LP
dx
AG
P
dx
IE
xxP
⋅
⋅
+
⋅⋅
⋅
=
⋅
+
⋅
⋅
= ∫∫ 3
1 3
00
δ
⎤⎡3
Plus la poutre est courte, plus la
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⋅⋅
⋅⋅
+⋅
⋅⋅
⋅
= 2
3
3
1
3 LAG
IE
IE
LP
c
Bδ
L, mm α α
p , p
contribution de l’effort tranchant
à la flèche est importante.
[ ]
3
3
253x10
1
3
+⋅
⋅⋅
⋅
= αδ
IE
LP
B
α+1
500 1,012 0,503
1000 0,253 0,202
2000 0,063 0,059
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
2
L
253x10
=α
L en mm
36
, ,
4000 0,016 0,016

37. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Thé è d C ti liThéorème de Castigliano
Problème synthèse: Portiquey q
a) Déterminer les réactions aux appuis de
ce portique
mNw /,
B
C
D•
b) Déterminer la flèche au point C situé à
L/2 L
2/L 2/L
Les joints en B et D sont rigides; les
attaches en A et E sont des rotules A E
L
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 37

38. Résistance des matériaux II Chapitre 145
mNw /, mNw /,
B
C
D
,
B
C
D•
2/L 2/L
L
A
ERHA = RHE =
A E
L
AV EV
• Quatre réactions inconnues et trois équations d ’équilibre disponibles
∑∑∑ === 0;0;0 MFF
•Problème hyperstatique du premier degré; on choisit une équation de
compatibilité : δAH = δA = 0
∑∑∑ === 0;0;0 zyx MFF
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
• HA est la réaction surabondante
38

39. Résistance des matériaux II Chapitre 145
B D• B D•B C
D B
C
D
A E A E
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 39

40. Résistance des matériaux II Chapitre 145
mNw /, mNw /,
B
C
D
,
B
C
D•
2/L 2/L
L
A
ERHA = RHE =
A E
L
Par symétrie, on peut poser VA=VE=(wL)/2.
AV EV
La valeur de HA et HE sera obtenue à l ’aide de :
∑ =⇒= HHF 0
0=
∂
∂
=A
H
U
δ
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
∑ =⇒= EAx HHF 0 ∂ AH
40

41. Résistance des matériaux II Chapitre 145
mNw /,
Efforts internes
De A à B : 0 < x < L
De D à E : 0 < x < L
B C
D
Efforts internes
De D à E : 0 < x < L
P
x
L
Lw
P
xRM
AB
AB
⋅
−=
⋅=
2
ABM
ABP
V
•o
A
E
Lw
V
⋅ V
RHA = RHE =
RVAB
AB
=
2
RH
x
ABV 2
VA = EV
A
Lw
V
⋅
=
RHA =
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
2
VA =
41

42. Résistance des matériaux II Chapitre 145
mNw /,
De B à D : 0 < x < L
B D
x
Efforts internes
22
2
x
Lw
LR
xw
MBD ⋅
⋅
−⋅+
⋅
=
V
Lw
xwV
RP
BD
BD
⋅
−⋅=
= mNw /,
B
x
BDV
BDM
BDP•
o A
E
Lw
V
⋅ V
RHA =
RHE =
2
xwVBD x
2
VA = EV
RHA =
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
A
2
Lw
VA
⋅
=
42

43. Résistance des matériaux II Chapitre 145
2
x
Lw
LR
xw
MBD ⋅
⋅
−⋅+
⋅
=
xRM AB ⋅=
2
22
Lw
xwV
RP
xLRM
BD
BD
BD
⋅
−⋅=
=
+
RV
Lw
P
AB
AB
=
⋅
−=
2
( ) ( ) ( )
∑∑∫∑∫
∂∂
+
∂∂
+
∂∂
==
∂
=δ
LR/PPdxR/VVdxR/MM
0
U ii
L
ii
L
ii
2
Selon Castigliano:
∑∑∫∑∫ ⋅
+
⋅
+
⋅
==
∂
=δ
AEAGIE
0
R 0 c0
A
( )
1
A B et DE
( ) ( ) ( )0
2
1
2
1
22
00
⎞⎛⎞⎛
+
⋅
−
+
⋅
+
⋅
=
∂
∂
∫∫ AE
LwL
AG
dxR
IE
dxxRx
R
U L
c
L
( ) ( )
( )
0
1
0
22
1
2
1
00
2
=
⋅
+
+
⋅
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
+
⋅
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −+
∫∫ AE
LR
AG
dx
wL
wx
IE
dxLwLxwxRL L
c
L
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
00 c
BD
43

44. Résistance des matériaux II Chapitre 145
44
wLwL
022322
3
2
3
3
=
⋅
+
⋅
⋅
−
⋅
+
+
⋅
+
⋅
=
∂
∂
AE
RL
IE
wLwL
RL
AG
RL
IE
RL
R
U
c
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛+⎟⎟
⎞
⎜⎜
⎛
+
⋅
=
22
365
1
4 IEI
Lw
R
⎟
⎠
⎜
⎝
+⎟⎟
⎠
⎜⎜
⎝
+ 22
365
ALGLAc
1⎟
⎞
⎜
⎛ EI
1⎟
⎞
⎜
⎛ ISi C l i12
<<<⎟⎟
⎠
⎜⎜
⎝ GLAc
12
<<<⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
AL
'R
wL
R ≈
Si et
l
Conclusion :
L’effet de l’effort tranchant et
de la force axiale sur l’énergie
'
20
RR =≈alors
g
de déformation est négligeable
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 44

45. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Pour un portique fabriqué d ’un profilé W200x52 :Pour un portique fabriqué d un profilé W200x52 :
2246
1350et6660,107,52 mmAmmAmmxI c ===
L, mm R/w
x10-3
R’/w=L/20
x10-3
R’/R20
'
wL
R =
500 16,596 25 1,506
1000 44,405 50 1,127
⎟
⎞
⎜
⎛+⎟⎟
⎞
⎜⎜
⎛
+
⋅
=
365
1
4 IEI
Lw
R
, ,
2000 96,974 100 1,032
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛+⎟⎟
⎠
⎜⎜
⎝
+ 22
365
ALGLAc
4000 198,57 200 1,007
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 45

46. Résistance des matériaux II Chapitre 145
Dans un portique de faible dimension L 500mm l ’effortDans un portique de faible dimension, L = 500mm, l ’effort
tranchant contribue pour 50% de la réaction horizontale aux
points A et E. Pour un portique aux dimensions plus
normales, L = 4 m, cette contribution est de 0,7 %.
L, mm R/w R’/w=L/20 R’/R,
x10-3
x10-3
500 16,596 25 1,506
1000 44,405 50 1,127
2000 96,974 100 1,032
4000 198,57 200 1,007
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 46

47. Résistance des matériaux II Chapitre 145
b) la flèche au point C
mNw /,
fictive=P
∂U B
C
D
0=∂
∂
=
P
C
P
U
δ
L
Puisqu’il n’y a pas de force au point C,
on ajoute une force fictive à ce
point ; il faut ensuite l ’équilibrer.
A
ERHA = RHE =
AV EV
2/P 2/P
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 47

48. Résistance des matériaux II Chapitre 145
On utilise les réactions calculéesOn utilise les réactions calculées
précédemment :
fictive=P
2
wL
VV EA ==
mNw /,
B
C
D
M
2
EA
20
wL
RHH EA ===
L
Ici on néglige les effets de l ’énergie de
déformation associée à la force axiale P et à
ABM
BDM L
l ’effort tranchant V.
ERHA =
wLwxP
LRM
2
A
2
wL
VA = EV
RHE =
2/P 2/PxRM AB ⋅=
x
22
x
2
LRMBD −+−⋅=
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
AB
48

49. Résistance des matériaux II Chapitre 145
LP 2 fictive=P
xRM AB ⋅=
x
2
wL
2
wx
x
2
P
LRM
2
BD −+−⋅= mNw /,
B
C
D
wL
R =xRM AB
d
PMMU ii
∑∫
∂∂∂ )/(
δ
ABM
BDM
20
R =
dx
EIP
ii
P
c ∑∫=
∂
=
=
)(
0
δ
ERHA = RHE =
A
2
wL
VA = EV
2/P 2/P∫ +=
∂
∂
=δ
=
L
00P
c
EI
dx)0(Rx
2
P
U
∫
−⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡ −+−L
2
0
EI
dx)
2
x
()Lxx(
2
w
x
2
P
RL
EI
wL
c
1920
13 4
=δ⇒
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing.
∫0
EI EI1920
49

50. Résistance des matériaux II Chapitre 145
P blè lé t i (f lt tif)Problème supplémentaire (facultatif) :
Calculer les déplacements vertical et horizontal δhC et δvC dans la
structure ci-contre soumise à la force P.
R
B
0=
∂
∂
=
Q
hC
Q
U
δ
0=∂
∂
=
Q
vC
P
U
δ
P
Q
B C
Efforts internes :
θBCM
BCP BCV
•o
L
A C
R
P Q
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 50

51. Résistance des matériaux II Chapitre 145
En négligeant les effets de la force axiale PBC et de l’effortEn négligeant les effets de la force axiale PBC et de l effort
tranchant VBC sur l ’énergie de déformation :
BCP BCVDe B à C : 0 < θ < π
[ ])cos(1)sin( θθ −⋅+⋅−= RPRQMBC θBCM
R
•o
B C
R
C
R
P Q
P
0=Q
C
ABM
x De A à B : 0 < x < L
RPxQM AB ⋅⋅+⋅= 2
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 51

52. Résistance des matériaux II Chapitre 145
dxMU ∂∂
∫ IE
dx
P
M
M
P
U i
i
Q
CV
⋅∂
∂
=
∂
∂
= ∑∫=0
δ
[ ])cos(1)sin( θθ −⋅+⋅−= RPRQMBC
RPxQM + 2 RPxQM AB ⋅⋅+⋅= 2
( )R cos11 θπ
[ ]{ }
( )
∫ ⋅
−
−⋅+⋅−
⋅
=
L
CV
dxR
d
IE
R
RPRQ
IE 0
2
cos1
)cos(1)sin(
1
θ
θ
θθδ
[ ]∫ ⋅
⋅⋅
⋅⋅+⋅+
IE
dxR
RPxQ
0
2
2
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 52

53. Résistance des matériaux II Chapitre 145
dMU ∂∂
IE
dx
P
M
M
Q
U i
i
Q
CH
⋅∂
∂
=
∂
∂
= ∑∫
=0
δ
[ ])cos(1()sin( θθ −⋅+⋅−= RPRQMBC
RPxQM AB ⋅⋅+⋅= 2
{ }( )dRRPRQ
EI
L
CH −−⋅+⋅−= ∫0
sin)cos(1()sin(
1
θθθθδ
π
( ) dxxRPxQ
EI
L
⋅⋅⋅⋅+⋅+ ∫0
2
1
Préparé par Henri Yelle, ing, Marie Bernard, ing et Daniel Therriault, ing. 53