2. Solution de référence#

2.1. Résultats de référence#

2.1.1. ZE200a#

2.1.1.1. Calcul de Sn#

Le paramètre \(\mathit{Sn}\) représente l’amplitude de variation de la contrainte linéaire (contrainte moyenne \(\pm\) contrainte de flexion) entre deux instants du transitoire considéré.

\(S_{n} = \begin{array}{c}C_{1} \frac{R}{e} |P_{A} - P_{B}| + C_{2} \frac{R}{I} \sqrt{(M_{xA} - M_{xB})^2 +(M_{yA} - M_{yB})^2 +(M_{zA} - M_{zB})^2} + \Vert \sigma_{\text{tran}}^{\text{lin}}(t_{1}) -\sigma_{\text{tran}}^{\text{lin}}(t_{2}) \Vert\end{array}\)

Sans contraintes thermiques , pour la situation 1 \({S}_{n}=120\) et pour la situation 2 \({S}_{n}=60\) (à l’origine et à l’extrémité).

Avec contraintes thermiques, on calcule les amplitudes maximales de contraintes thermiques linéarisées à l’origine puis à l’extrémité.

Situation 1

Instant

Contraintes thermiques

\({\sigma}^{\mathit{moyen}}\)

\({\sigma}^{\mathit{flexion}}\)

\({\sigma}_{0}^{\mathit{lin}}\)

\({\sigma}_{L}^{\mathit{lin}}\)

Abscisse

0

1

2

1, 5

90

100

110

100

10

90

110

2, 5

0

100

-90

27,5

-45

72,5

-17,5

3, 5

100

-50

-100

-25

-100

75

-125

4, 5

0

0

0

0

0

0

0

Instant 1

Instant 2

\({\mathit{Sn}}_{0}\)

\({\mathit{Sn}}_{L}\)

1, 5

2, 5

17,5

127,5

1, 5

3, 5

15

235

1, 5

4, 5

90

110

2, 5

3, 5

2,5

107,5

2, 5

4, 5

72,5

17,5

3, 5

4, 5

75

125

Pour la situation 1 avec contraintes thermiques, \({\mathit{Sn}}_{0}=120+90=210\) et \({\mathit{Sn}}_{L}=120+235=355\) .

Situation 2

Instant

Contraintes thermiques

\({\sigma}^{\mathit{moyen}}\)

\({\sigma}^{\mathit{flexion}}\)

\({\sigma}_{0}^{\mathit{lin}}\)

\({\sigma}_{L}^{\mathit{lin}}\)

Abscisse

0

1

2

1

90

100

90

95

0

95

95

2

0

100

-90

27,5

-45

72,5

-17,5

3

100

-50

-100

-25

-100

75

-125

4

0

0

0

0

0

0

0

Instant 1

Instant 2

\({\mathit{Sn}}_{0}\)

\({\mathit{Sn}}_{L}\)

1

2

22,5

112,5

1

3

20

2 20

1

4

9 5

95

2

3

2,5

107,5

2

4

72,5

17,5

3

4

75

125

Pour la situation 2 avec contraintes thermiques, \({\mathit{Sn}}_{0}=60+95=155\) et \({\mathit{Sn}}_{L}=60+220=280\) .

2.1.1.2. Calcul de Sn avec séisme#

On vient ajouter la contribution du séisme à la grandeur Sn telle que

\({S}_{\mathit{nS}} = \begin{array}{c}{C}_{1} \frac{R}{e} |{P}_{A} - {P}_{B}| + {C}_{2} \frac{R}{I} \sqrt{({M}_{\mathit{xA}} - {M}_{\mathit{xB}} \pm 2{M}_{\mathit{xS}})^2 +({M}_{\mathit{yA}} - {M}_{\mathit{yB}} \pm 2{M}_{\mathit{yS}})^2 +({M}_{\mathit{zA}} - {M}_{\mathit{zB}} \pm 2{M}_{\mathit{zS}})^2} + \Vert \sigma_{\text{tran}}^{\text{lin}}(t_1) - \sigma_{\text{tran}}^{\text{lin}}(t_2) \Vert\end{array}\)

Pour la situation 1 sans contraintes sous forme de transitoire,

\({S}_{\mathit{nS}}=\begin{array}{c}{C}_{1}\frac{R}{e}|{P}_{A}-{P}_{B}|+{C}_{2}\frac{R}{I}\sqrt{({({M}_{\mathit{xA}}-{M}_{\mathit{xB}}\pm 2{M}_{\mathit{xS}})}^{2})}\end{array}\)

\({\mathit{Sn}}_{S}=1\ast \frac{0,5}{1}|201-1|+2\ast \frac{0,5}{1}\sqrt{({(21-1\pm 2\ast 21)}^{2})}=100+62=162\) à l’origine et à l’extrémité.

Pour la situation 2 sans contraintes sous forme de transitoire,

\({\mathit{Sn}}_{S}=1\ast \frac{0,5}{1}|0-0|+2\ast \frac{0,5}{1}\sqrt{({(1-61\pm 2\ast 21)}^{2})}=102\) à l’origine et à l’extrémité.

2.1.1.3. Calcul de fatigue pour les situations 1 et 2 dans le même groupe#

Le calcul est détaillé pour la combinaison des situations 1 et 2 uniquement et à l’origine .

On cherche à remplir le tableau des facteurs d’usage élémentaires.

On calcule d’abord les grandeurs par situations puis la combinaison.

Situation 1

Pour la situation 1, on rappelle qu’avec les contraintes thermiques \({\mathit{Sn}}_{0}=210\) (cf. Section 2.1.1). On calcule la grandeur Sp à l’origine.

\(S_{p} = K_{1} C_{1} \frac{R}{e} |P_{A} - P_{B}| + K_{2} C_{2} \frac{R}{I} \sqrt{\big( (M_{xA} - M_{xB})^2 + (M_{yA} - M_{yB})^2 + (M_{zA} - M_{zB})^2 \big)} + \left\| \sigma_{\text{tran}}(t_{1}) - \sigma_{\text{tran}}(t_{2}) \right\|\)

Sans contraintes thermiques , pour la situation 1 \({S}_{p}^{0}=120\) .

Avec contraintes thermiques, on calcule les amplitudes maximales de contraintes thermiques linéarisées à l’origine:

Instant 1

Instant 2

\({\mathit{Sp}}_{0}\)

1, 5

2, 5

90

1, 5

3, 5

10

1, 5

4, 5

90

2, 5

3, 5

100

2, 5

4, 5

0

3, 5

4, 5

100

Pour la situation 1, on a donc \({\mathit{Sp}}_{0}=120+100=220\) .

Pour \(\mathit{Sm}=2000\mathit{MPa}\) , on a donc \(\mathit{Ke}=1\) et \({\mathit{Salt}}_{0}=\frac{1}{2}\frac{{E}_{c}}{E}\mathit{Ke}{\mathit{Sp}}_{0}=110\mathit{MPa}\) . D’après la courbe de Wöhler on a donc \({\mathit{Nadm}}_{0}=\frac{500000}{{\mathit{Salt}}_{0}}=4545\) soit \({\mathit{FU}}_{0}=2,2{10}^{-4}\) .

Situation 2

De manière similaire pour la situation 2, on a \({\mathit{Sn}}_{0}=155\) , \({\mathit{Sp}}_{0}=60+100=160\) , soit \(\mathit{Ke}=1\) et \({\mathit{Salt}}_{0}=80\mathit{MPa}\) soit \({\mathit{FU}}_{0}={\mathrm{1,6.10}}^{-4}\) .

Combinaison des situations 1 et 2

Pour la combinaison des situations 1 et 2 on a sans la thermique

\({S}_{n}^{0}=\begin{array}{c}{C}_{1}\frac{R}{e}|201-0|+{C}_{2}\frac{R}{I}\sqrt{({(21-61)}^{2})}\end{array}=100,5+40=140,5\)

Avec la thermique on a \({\mathit{Sn}}_{0}=95+140,5=235,5\) pour les instants 4,5 et 1. Donc \(\mathit{Ke}=1\) .

Sans la thermique \({\mathit{Sp}}_{0}^{1}=140,5\) puis par exemple en combinant les instants 2,5 et 3 \({\mathit{Sp}}_{0}^{1}=240,5\) soit \({\mathit{FU}}_{0}^{1}=\mathrm{2,405.}{10}^{-4}\) .

On calcule le deuxième transitoire fictif, sans la thermique sur les moments et la pression on prend les états complémentaires soit \({\mathit{Sp}}_{0}^{2}=\begin{array}{c}{C}_{1}\frac{R}{e}|1-0|+{C}_{2}\frac{R}{I}\sqrt{({(1-1)}^{2})}\end{array}=0,5\) . Puis en combinant les instants 3,5 et 2 \({\mathit{Sp}}_{0}^{2}=100+0,5=100,5\) soit \({\mathit{FU}}_{0}^{2}=\mathrm{1,005.}{10}^{-4}\) .

Le facteur d’usage de la combinaison des situations 1 et 2 est donc \(\mathit{FU}={\mathit{FU}}_{0}^{1}+{\mathit{FU}}_{0}^{2}=\mathrm{2,405.}{10}^{-4}+\mathrm{1,005.}{10}^{-4}=\mathrm{3,41.}{10}^{-4}\)

Le tableau des facteurs d’usage élémentaires à l’origine est donc

Situation 1

Situation 2

Situation 1

\(2,2{10}^{-4}\)

\({\mathrm{3,41.10}}^{-4}\)

Situation 2

_

\({\mathrm{1,6.10}}^{-4}\)

Comme on a \({\mathit{Nocc}}_{1}=1\) et \({\mathit{Nocc}}_{2}=1\) on a \({\mathit{FU}}_{\mathit{TOTAL}}^{\mathit{ORI}}={\mathrm{3,41.10}}^{-4}\) .

2.1.2. ZE200b#

2.1.2.1. Calcul de Sn#

Le paramètre \(\mathit{Sn}\) représente l’amplitude de variation de la contrainte linéaire (contrainte moyenne \(\pm\) contrainte de flexion) entre deux instants du transitoire considéré.

\(S_{n} = \begin{array}{c}C_{2} \frac{R}{I} \sqrt{(M_{xA} - M_{xB})^2 +(M_{yA} - M_{yB})^2 +(M_{zA} - M_{zB})^2} + \Vert \sigma_{\text{tran}}^{\text{lin}}(t_{1}) -\sigma_{\text{tran}}^{\text{lin}}(t_{2}) \Vert\end{array}\)

Sans contraintes thermiques ni de pression , pour la situation 1 \({S}_{n}=20\) (à l’origine et à l’extrémité).

Avec contraintes sous forme de transitoire, on calcule les amplitudes maximales de contraintes thermiques+pression linéarisées à l’origine puis à l’extrémité.

Situation 1

Instant

Contraintes thermiques+pression

\({\sigma}^{\mathit{moyen}}\)

\({\sigma}^{\mathit{flexion}}\)

\({\sigma}_{0}^{\mathit{lin}}\)

\({\sigma}_{L}^{\mathit{lin}}\)

Abscisse

0

1

2

1, 5

180

200

220

200

20

180

220

2, 5

0

200

-180

55

-90

145

-35

3, 5

200

-100

-200

-50

-200

150

-250

4, 5

0

0

0

0

0

0

0

Instant 1

Instant 2

\({\mathit{Sn}}_{0}\)

\({\mathit{Sn}}_{L}\)

1, 5

2, 5

35

255

1, 5

3, 5

30

470

1, 5

4, 5

18 0

220

2, 5

3, 5

5

215

2, 5

4, 5

145

35

3, 5

4, 5

150

250

Pour la situation 1 avec contraintes sous forme de transitoire, \({\mathit{Sn}}_{0}=20+180=200\) et \({\mathit{Sn}}_{L}=20+470=490\) .

Situation 2

Sans contraintes thermiques ni de pression , pour la situation 2 \({S}_{n}=60\) (à l’origine et à l’extrémité).

La situation 2 n’a pas de contraintes de pression donc le calcul de la partie sous forme de transitoire est le même qu’en ZE200a (cf Section 2.1.1.1).

Pour la situation 2 avec contraintes thermiques, \({\mathit{Sn}}_{0}=60+95=155\) et \({\mathit{Sn}}_{L}=60+220=280\) .

2.1.2.2. Calcul de Sn avec séisme#

On vient ajouter la contribution du séisme à la grandeur Sn telle que

\(S_{\mathit{nS}} = \begin{array}{c}C_{2} \frac{R}{I} \sqrt{\big( (M_{\mathit{xA}} - M_{\mathit{xB}} \pm 2 M_{\mathit{xS}})^2 +(M_{\mathit{yA}} - M_{\mathit{yB}} \pm 2 M_{\mathit{yS}})^2 +(M_{\mathit{zA}} - M_{\mathit{zB}} \pm 2 M_{\mathit{zS}})^2 \big)} + \Vert \sigma_{\text{tran}}^{\text{lin}}(t_{1}) -\sigma_{\text{tran}}^{\text{lin}}(t_{2}) \Vert \end{array}\)

Pour la situation 1 sans contraintes sous forme de transitoire,

\({S}_{\mathit{nS}}=\begin{array}{c}{C}_{2}\frac{R}{I}\sqrt{({({M}_{\mathit{xA}}-{M}_{\mathit{xB}}\pm 2{M}_{\mathit{xS}})}^{2})}\end{array}=2\ast \frac{0,5}{1}\sqrt{({(21-1\pm 2\ast 21)}^{2})}=62\) àl’origine et à l’extrémité.

Pour la situation 2 sans contraintes sous forme de transitoire,

\({S}_{\mathit{nS}}=\begin{array}{c}{C}_{2}\frac{R}{I}\sqrt{({({M}_{\mathit{xA}}-{M}_{\mathit{xB}}\pm 2{M}_{\mathit{xS}})}^{2})}\end{array}=2\ast \frac{0,5}{1}\sqrt{({(1-61\pm 2\ast 21)}^{2})}=102\) à l’origine et à l’extrémité.

2.2. Incertitude sur la solution#

Solution analytique.