2. Solution de référence#

2.1. Méthode de calcul utilisée pour la solution de référence#

La solution de référence est obtenue analytiquement pour une poutre de Timoshenko, prenant en compte la déformation à l’effort tranchant et l’inertie rotatoire des sections.

La solution est développée en série des modes propres. Les aspects théoriques sont développés dans la référence donnée en 2.4 .

2.1.1. Base modale#

Définissons les grandeurs adimensionnelles suivantes:

\({\lambda}_{n}={k}_{n}L\) longueurs d’onde

\({\Omega}_{n}=\frac{\rho A{L}^{4}}{\mathit{EI}}{\omega}_{n}^{2}\) valeurs propres

\(j=\frac{I}{A{L}^{2}}\) inertie rotatoire

\(g=\frac{\mathit{EI}}{k'AG{L}^{2}}\) coefficient de cisaillement

Chaque mode propre de nombre d’ondes \({k}_{n}\) est caractérisé par les grandeurs suivantes:

Les fréquences propres:

\({\Omega}_{1,2}=\frac{\rho A{L}^{4}}{\mathit{EI}}{\omega}_{1,2}^{2}=\frac{(g+j){\lambda}_{n}^{2}+1\pm \sqrt{{(g-j)}^{2}{\lambda}_{n}^{4}+2(g+j){\lambda}_{n}^{2}+1}}{2gj}\)

avec

\({\lambda}_{n}=n\pi\) , \(n=1,2,3,\mathrm{...}\) ,

(les indices 1 et 2 correspondent aux signes + et – devant la racine).

Les masses généralisées:

\({\mu}_{1,2}=\rho A={\left({k}_{n}-\frac{{\omega}_{1,2}^{2}\rho }{{k}_{n}k'G}\right)}^{2}\rho I\) .

Les pourcentages d’amortissement critique:

\({ϵ}_{1,2}=\frac{1}{2}\left(\alpha {\omega}_{1,2}+\frac{\beta}{{\omega}_{1,2}}\right)\)

2.1.2. Réponse harmonique#

L’amplitude et la phase de la flèche W sont données par

\(W(x)=\sum_{n=1}^{+\infty }{p}_{n}\left[\sum_{m=1}^{2}\frac{1}{{\mu}_{m}({\omega}_{m}^{2}-{\omega}^{2}+2i{ϵ}_{m}{\omega}_{m}\omega )}\right]\sin({k}_{n}x)\)

avec

\({p}_{n}=\frac{2{p}_{0}}{n\pi }\left[1-{(-1)}^{n}\right]\)

2.2. Résultats de référence#

Position

Flèche \(W\)

Amplitude (\(m\) )

Phase

\(x=\frac{L}{4}\)

\(2.136\times {10}^{-5}\)

\(22.4\text{°}\)

\(x=\frac{L}{2}\)

\(1.342\times {10}^{-5}\)

\(-121.5\text{°}\)

\(x=3\frac{L}{4}\)

\(2.136\times {10}^{-5}\)

\(22.4\text{°}\)

Les grandeurs effectivement testées dans le cas-test sont les parties réelles et imaginaires dont on donne les valeurs ci-dessous.

Position

Flèche \(W\)

Partie réelle (\(m\) )

Partie imaginaire (\(m\) )

\(x=\frac{L}{4}\)

\(-1.9599467159360556\times {10}^{-5}\)

\(-8.4917893914738073\times {10}^{-6}\)

\(x=\frac{L}{2}\)

\(-6.9993870268574731\times {10}^{-6}\)

\(-1.1450108350939712\times {10}^{-5}\)

\(x=3\frac{L}{4}\)

\(-1.9599467159360556\times {10}^{-5}\)

\(-8.4917893914738073\times {10}^{-6}\)

2.3. Incertitude sur la solution#

  • Solution analytique.

2.4. Références bibliographiques#

  • ROBERT G., Solutions analytiques en dynamiques des structures, Rapport Samtech n° 121, Liège, 1996.