- Raideur (mécanique)
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Pour les articles homonymes, voir raideur.La raideur est la caractéristique qui indique la résistance à la déformation élastique d'un corps (par exemple un ressort). Plus une pièce est raide, plus il faut lui appliquer un effort important pour obtenir une déflexion donnée. C'est une propriété extensive. Son inverse est appelée souplesse ou flexibilité.
On réserve le terme apparenté rigidité pour indiquer une raideur infinie.
Sommaire
Définition
La raideur, notée k, exprime la relation de proportionnalité entre la force F appliquée en un point et la déflexion x résultante en ce point :
où
- F est la force appliquée
- x est la déflexion de la structure au point considéré.
On peut parler de raideur en traction-compression, en flexion ou en cisaillement. Elles s'expriment en newtons par mètre (N/m) ou ses multiples, dans le système international d'unités.
Raideur angulaire
On définit de façon similaire la raideur angulaire, k, par :
où
- M est le moment de force
- θ est l'angle de rotation induit par le moment de force
On peut parler de raideur angulaire en torsion ou en flexion. Elles s'expriment en newton·mètres (par radian) N·m ou ses multiples, dans le système international d'unités.
Matrice de raideur
On peut exprimer la raideur sous forme matricielle, forces et déplacements étant des vecteurs (respectivement F et x) :
Cette notation peut s'élargir aux six degrés de libertés par points : les trois translations et les trois rotations.
En calcul numérique, on utilise une matrice de raideur établissant la relation entre efforts et déplacements en différents points d'une structure ; son inverse est la matrice de flexibilité.
Équivalence en mécanique des milieux continus
La notion équivalente en mécanique des milieux continus est le tenseur d'élasticité (exprimé en multiples du Pa) ; son inverse est le tenseur de souplesse (ou de compliance).
La raideur exprime la notion d'élasticité en termes de mécanique du solide : efforts et déplacements. Le module d'élasticité exprime la même notion d'élasticité mais entre les termes continus de contraintes et de déformations.
Dans les cas géométriquement simples, on peut relier analytiquement ces grandeurs. Par exemple, dans le cas d'une barre de section constante chargée en traction-compression, la raideur s'exprime en fonction du module de Young :
où
- A est l'aire de la section de la barre ou de la poutre,
- E est le module d'élasticité en traction-compression (ou module de Young),
- L est la longueur de la barre ou de la poutre.
Énergie de déformation
L'énergie de déformation E accumulée dans un élément de raideur K vaut :
Voir aussi
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