Les modes de rupture des structures (tels que le flambement, le déversement, le flambement local, le flambement par cisaillement et la stabilité des coques) diffèrent par leurs causes sous-jacentes, leurs comportements et les composants structurels qu’ils affectent. Une compréhension et une identification approfondies de ces problèmes de stabilité sont cruciales pour effectuer des analyses précises et concevoir des structures robustes. Cet article vous aidera dans cette tâche en vous offrant une explication détaillée de chaque type de rupture, y compris ses caractéristiques, ses causes et caractéristiques principales. Enfin, un tableau de comparaison résumera les différences entre les types de ruptures, vous permettant ainsi de les identifier et de les distinguer plus facilement.
Au fil de cet article, n’oubliez pas que tous ces modes de rupture peuvent être analysés à l’aide du module complémentaire Stabilité de la structure de Dlubal. Cet outil vous offre une opportunité unique de relever les défis associés à ces types de rupture grâce à une analyse par éléments finis (MEF) avancée. Chaque mode de rupture traité ici est illustré par un exemple, ce qui permet d’approfondir le sujet. De plus, Dlubal offre un large éventail de ressources précieuses, y compris des articles techniques, des FAQ, des webinaires et plus encore.
Flambement par flexion
Le flambement par flexion est une forme d’instabilité globale qui se produit dans une barre structurelle soumise à la compression axiale, provoquant la flexion ou le « flambement » latéral de la barre à cause de l’effort de compression. Ce phénomène se produit lorsque la charge critique, au-delà de laquelle la barre perd de sa stabilité en compression, est dépassée. Le flambement est plus courant dans les poteaux élancés ou dans les barres avec un rapport de giration élevé. Ce comportement est généralement contrôlé par la formule de flambement d’Euler pour les matériaux élastiques, mais il peut s’agir d’un flambement élastique ou inélastique, selon les propriétés du matériau et la géométrie de la barre.
Déversement
Le déversement est une instabilité qui se produit dans les poutres soumises à la flexion, ce qui entraîne à la fois un déplacement latéral et une torsion. Ce phénomène est la principale cause de compression dans la semelle supérieure associée à un appui latéral insuffisant. On l’observe le plus souvent dans les barres en flexion telles que les poutres, où la contrainte induite par le moment joue un rôle important. L’apparition de déversement est influencée par des facteurs tels que la longueur non contreventée, la forme de la section et le gradient de moment. Le déversement est généralement analysé à l’aide du moment critique élastique pour le déversement.
Flambement local
Le flambement local est lié à la rupture des éléments de plaque individuels (par exemple, les semelles, les âmes) dans une section, sans provoquer d’instabilité globale de la barre entière. La cause principale du flambement local est la contrainte de compression localisée qui dépasse la contrainte de flambement critique de l’élément de plaque. Ce type de flambement est courant dans les sections à parois minces comme les poutres en I, les poutres-caissons et les barres en acier formées à froid. Il est important de le considérer car il affecte la résistance et la rigidité des barres, ce qui peut entraîner une réduction de la capacité portante.
Flambement de la platine
Le voilement par cisaillement est un type d'instabilité structurelle qui se produit dans une barre soumise à des efforts tranchants et qui provoque la déformation ou le flambement latéral du matériau. Shear buckling happens when the applied shear force exceeds the critical threshold, causing the structure to deform laterally or out of plane. This is particularly likely to occur when the member is thin and lacks adequate lateral support to resist the shear force. Hence, shear buckling is often observed in elements like plates, webs of I-beams, or other slender structures under shear stresses. The critical parameter governing shear buckling is the shear buckling stress, which is influenced by factors such as the element’s thickness, aspect ratio, boundary conditions, and material properties.
Shell Buckling
Shell buckling is the loss of stability in thin, curved structures (shells), such as cylindrical, spherical, or conical shapes (for example, tanks, silos, pipelines), when exposed to compressive or lateral loads. It occurs when these loads cause the shell to deform, reducing its ability to carry further load, which can lead to significant distortions or even collapse. The primary cause of shell buckling is a non-uniform distribution of stresses, typically resulting from axial forces, shear stresses, or external pressure.
Comparison Table
Now that each failure type has been defined and its characteristics outlined, the key differences between them are summarized in Table 1. This table provides a concise overview of each mode, highlighting the main structural element affected, the primary load conditions that lead to failure, the resulting deformation, and the critical factor that governs the mode.
| Type de rupture | Élément structural principal | Charge primaire | Mode de déformation | Critical Factor |
|---|---|---|---|---|
| Flambement par flexion | Columns/Members | Compression axiale | Lateral deflection | Élancement |
| Déversement | Poutres | Moments fléchissants | Déplacement latéral + torsion | Longueur non contreventée |
| Flambement de la platine | Plaques | Efforts tranchants | Diagonal buckling/wrinkling | Épaisseur de plaque |
| Flambement local | Plaques planes (par exemple, semelles) | Contraintes de compression locales | Déformation hors plan | Élancement de plaque |
| Stabilité des coques | Structures courbes et en coque | Axiale, pression ou cisaillement | Patrons de flambement complexes | Imperfections, courbure |
Conclusion
Dans le calcul de structure, plusieurs problèmes de stabilité courants peuvent survenir, en particulier lorsqu’ils ne sont pas correctement pris en compte dans le processus de vérification. Cet article offre un aperçu de cinq de ces problématiques : le flambement, le déversement, le flambement local, le voilement par cisaillement et la stabilité des coques. The information provided aims to help you understand their underlying causes, behaviors, and the structural elements they affect. This knowledge will enable you to identify and distinguish these stability concerns, giving you a solid foundation for integrating them into your analyses and designing resilient and safe structures.