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 principales et ses fonctionnalités clés. Enfin, un tableau de comparaison sera inclus pour résumer les différences entre les types de ruptures, vous permettant ainsi de les identifier et de les distinguer plus facilement.
Au fil de cet article, veuillez noter 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 de la base de connaissance, 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 la force 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 observe le plus souvent dans les barres en flexion telles que les poutres et 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. Ce 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 profilés à parois minces comme les poutres en I, les poutres-caissons et les barres en acier formées à froid. Elle est importante à considérer car elle affecte la résistance et la rigidité des barres, ce qui entraîne une réduction potentielle 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. Le voilement par cisaillement se produit lorsque l'effort tranchant appliqué dépasse le seuil critique, provoquant ainsi une déformation latérale ou hors du plan de la structure. Cela est particulièrement probable lorsque la barre est mince et que l'appui latéral adéquat pour résister à l'effort tranchant. Par conséquent, le voilement par cisaillement est souvent observé dans des éléments tels que les plaques, les âmes des poutres en I ou d'autres structures élancées soumises aux contraintes de cisaillement. Le paramètre critique déterminant du voilement par cisaillement est la contrainte de voilement par cisaillement, qui est influencée par des facteurs tels que l'épaisseur de l'élément, le rapport de forme, les conditions aux limites et les propriétés du matériau.
Flambement des coques
Le voilement des coques est une perte de stabilité dans les structures minces et courbes (coques), telles que les formes cylindriques, sphériques ou coniques (par exemple, les réservoirs, les silos, les canalisations) lorsqu'elles sont exposées à des charges de compression ou latérales. Cela se produit lorsque ces charges provoquent la déformation de la coque, réduisant ainsi sa capacité à supporter des charges supplémentaires, ce qui peut entraîner des distorsions importantes ou même l'effondrement. Le voilement des coques est principalement dû à une répartition non uniforme des contraintes, généralement causées par des efforts normaux, des contraintes de cisaillement ou des pressions externes.
Tableau de comparaison
Maintenant que chaque type de rupture a été défini et que ses caractéristiques ont été définies, les principales différences entre ces deux types de rupture sont résumées dans le Tableau 1. Ce tableau offre un aperçu concise de chaque mode, mettant en exergue l'élément structurel principal, les conditions de charge primaires qui entraînent la rupture, la déformation résultante et le facteur critique déterminant du mode.
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|---|---|---|---|---|
| Type de rupture | Élément structural principal | Charge primaire | Mode de déformation | Facteur critique |
| Déversement | Poutres | Moments de flexion | Déplacement latéral + torsion | Longueur non contreventée |
| Flambement de la platine | Plaques | Efforts tranchants | Flambement diagonal/verre | 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. Les informations fournies sont là pour vous aider à comprendre leurs causes sous-jacentes, leurs comportements et les éléments structurels qu'ils affectent. Cette connaissance vous permettra d'identifier et de distinguer ces problèmes de stabilité, vous offrant ainsi une base solide pour les intégrer dans vos analyses ainsi que la conception de structures élastiques et sûres.