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Nov 27, 2023

Enquête expérimentale sur quatre

Rapports scientifiques volume 12,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 7275 (2022) Citer cet article

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Les structures formées à froid à parois minces étaient, et sont toujours, des éléments structurels très populaires utilisés dans l'ingénierie mécanique. La technologie moderne et les progrès de l'ingénierie des matériaux permettent de fabriquer diverses formes de composants formés à froid à parois minces. Par conséquent, les combinaisons entre les possibilités technologiques, les propriétés des matériaux, les charges et les exigences techniques sont vastes et illimitées pour les composants à paroi mince. Le but de cet article est de réaliser une étude expérimentale de poutres en acier à profilé en C formées à froid sous des charges de flexion à quatre points basées sur les phénomènes de flambement global et local. Un banc d'essai a été développé avec un système de support spécialement conçu pour soumettre les poutres en acier à parois minces à une charge de flexion à quatre points, où le support et les charges ont été appliqués au centre de cisaillement de la poutre en acier à section ouverte. Il est démontré qu'il n'est pas possible d'éliminer complètement la charge de torsion sur une poutre à paroi mince avec une section ouverte où la charge et le support sont appliqués au centre de cisaillement car les poutres étudiées n'étaient pas idéales. Les poutres à section ouverte à parois minces sont très sensibles aux conditions aux limites et à la précision géométrique. La force de gravité fonctionne également. La méthodologie de recherche présentée peut être améliorée et testée avec d'autres poutres à parois minces à section ouverte.

Les avantages des structures formées à froid à paroi mince par rapport aux profilés métallurgiques classiques sont tels que les constructions ayant des propriétés de durabilité similaires sont beaucoup plus légères. De plus, les composants à parois minces formés à froid ont moins de limitations compte tenu du processus de formage. Le développement technologique de l'année dernière a donné des possibilités pour presque n'importe quel façonnage à froid des détails en acier. Les méthodes analytiques avec des tiges et des poutres à paroi mince à section ouverte sont issues de la théorie de Vlasow (1940), où les hypothèses de petits déplacements et les propriétés linéaires entre les contraintes et les déformations forment la base des dépendances mathématiques formulées. La théorie des poutres à section ouverte à parois minces est basée sur les hypothèses de la théorie des coques et des plaques longues, où la rigidité structurelle, la stabilité globale et locale jouent un rôle clé lors de la conception. L'introduction à la stabilité théorique des barres, coques, plaques et autres structures est décrite par Timoshenko et Gere1. De nos jours, il existe de nombreux articles de recherche, où la résistance et la stabilité des structures à parois minces intéressent les ingénieurs et les scientifiques.

La stabilité des poutres à parois minces à section ouverte a été étudiée par Magnucki et al. et Magnucka-Blandzi et Zając2. Magnucki et al.3 dans leur monographie ont décrit les problèmes de stabilité dans les problèmes de mécanique appliquée. Ils ont décrit la stabilité des modèles structurels de base tels que les barres, les poutres et les systèmes connectés de barres structurelles. Ils ont présenté en détail la stabilité de fines plaques rectangulaires ou circulaires et de coques tournantes. Leurs travaux comprennent un chapitre sur la stabilité des poutres à parois minces à sections ouvertes. Les auteurs ont appliqué des méthodes basées sur l'énergie aux études analytiques, présentant un problème pratique pour les problèmes de réservoirs en acier. Ils ont présenté des exemples pratiques de l'application de la méthode des éléments finis et des expériences de test de stabilité modernes. Le sujet de la stabilité de la structure à parois minces a également été analysé par Anbarasu4, 5. Il a présenté les résultats du comportement de flambement des canaux à lèvres à parois minces en acier formé à froid. Des méthodes de recherche expérimentales et informatiques ont été développées. L'interaction des modes de flambement étudiés tels que local, distorsionnel, latéral, torsionnel a été soumise à un modèle numérique. La résistance ultime et le moment de flexion adéquat ont été estimés. Anbarasu5 dans ses recherches a ignoré les contraintes résiduelles et un modèle de matériau plastique élastique parfait appliqué sans écrouissage. La formule analytique proposée, où les interactions entre les modes de flambement ont été estimées, peut être un outil de conception intéressant pour les ingénieurs.

Anbarasu à al.6 et Dar à al.7 ont présenté les résultats d'une étude expérimentale de poutres en acier à parois minces construites à partir de canaux, où les semelles ont une courbure en forme de bande - les soi-disant canaux à lèvres, positionnés avec des âmes les unes par rapport aux autres avec une certaine distance et des plaques d'acier reliées aux semelles du canal par des vis autotaraudeuses avec rondelles. Les poutres testées ont été soumises à une flexion en 3 et 4 points. Les poutres testées composées de profilés en acier et de semelles de plaque étaient un système symétrique, où la direction des forces de réaction et la charge statique croisaient le centre de gravité de la section et le centre des forces transversales. Des plaques d'acier ont été soudées aux extrémités des poutres pour empêcher le gauchissement de la section pendant les essais. Les auteurs ont mis en évidence le flambement local qui caractérise les structures à parois minces désignées CFS. Dans un autre article8, les auteurs ont présenté les résultats d'une série d'essais expérimentaux de poutres composites CFS rectangulaires avec semelle de compression, montrant une rigidité plus élevée de ces structures par rapport aux solutions conventionnelles. Une autre étude expérimentale9 de structures CFS à parois minces qui ont été renforcées avec des cornières pour augmenter la rigidité de la structure et la capacité portante de la poutre. Des poutres avec des sections ouvertes et fermées en configuration de flexion à quatre points ont été étudiées pour différents systèmes de raidissement. L'article souligne qu'une sélection appropriée des éléments de raidissement augmente la capacité de charge et la rigidité d'une poutre fabriquée avec la technologie CFS de 85 à 100 %. Dans l'article suivant, Ambaransu10 a présenté les résultats d'une étude de simulation de poutres à sections fermées réalisées avec la technologie CFS. Se référant aux données de la littérature issues d'études expérimentales, il a procédé à la validation du modèle de simulation dans le logiciel Abaqus. Les essais ont été effectués pour différentes formes de section transversale des poutres et différentes épaisseurs des éléments d'insertion des poutres en acier CFS.

Une étude expérimentale des problèmes de flambement pour les poutres à section asymétrique en I a été réalisée par Balasubramanian et al.11. Les résultats obtenus ont été vérifiés par la méthode FEM. La méthodologie expérimentale présentée a été testée pour différentes parties de section transversale sous quatre points de flexion par des forces de charge en deux pintes dans le plan de la bride. La charge critique pour chaque membre testé a été spécifiée. Belingardi et al.12 ont étudié expérimentalement des poutres caissons en acier à paroi mince, où des joints adhésifs ont été appliqués entre les pièces connectées. La flexion en trois points a été utilisée sous charge. Les comportements des trois types de membres ont été étudiés. Une plaque stratifiée composite a été utilisée pendant l'essai comme couche entre l'échantillon et l'élément à paroi mince. L'interaction entre les modes de flambement des poutres pour la flexion en quatre points a été développée par Shokouhian et al.13 expérimentalement, analytiquement et par la méthode des éléments finis. Le flambement et le post-flambage de colonnes en aluminium à parois minces à lattes soumises à des forces de compression ont été étudiés par Ziółkowski et al.14. Au cours des essais expérimentaux, le contrôle du déplacement des forces de compression était une nouvelle proposition de recherche. Les spécimens en aluminium utilisés pour les tests expérimentaux ont été rendus géométriquement très précis, ce qui s'avère être un facteur très important dans la recherche expérimentale sur les structures à parois minces. Les propriétés mécaniques des colonnes en aluminium ont été déterminées avec précision avec des modifications de l'estimation du coefficient de Poisson également. Au cours de l'expérience, les auteurs ont utilisé des jauges de contrainte d'essai collées à des endroits critiques pour désigner le flambage plastique. À la suite du flambement expérimental des colonnes en aluminium, le matériau a cédé, élastique et inélastique. Les auteurs ont divisé les spécimens considérés en fonction de leur élancement et de leur mécanisme de flambement.

Un article intéressant de Rusiński et al.15 décrit les problèmes de stabilité des structures à parois minces, où des pièces en tôle d'acier de structure à parois minces ont été jointes par soudage par points. Les auteurs ont étudié expérimentalement et informatiquement par la méthode FEM des pièces à section fermée à parois minces sous des charges de compression axiale. Le diamètre de la soudure et le pas de la soudure ont été contrôlés pour la quantité d'absorption d'énergie. Tous les éléments structurels sont fixés par diverses techniques. La méthode de connexion appliquée, la technologie et les conditions d'exploitation peuvent avoir un rôle clé dans la vue des caractéristiques d'absorption d'énergie de la stabilité statique et dynamique des structures à parois minces. Les structures à parois minces présentent les avantages pratiques supplémentaires de dissiper l'énergie mécanique. Une étude expérimentale de poutres en acier formées à froid à parois minces soumises au chargement monotone et cyclique a été menée par Calderoni et al.16. La recherche expérimentale dynamique était basée sur les changements d'amplitude de déplacement. Au cours des essais monotones, les forces de réaction et le déplacement de l'éprouvette ont été mesurés. Sur la base des caractéristiques reçues de la force et des dépendances de déplacement, des phases particulières ont été séparées. Ce qui a pu être observé est une phase d'état stable, d'effort critique dû au flambement local et d'état instable dû à l'effondrement de la section testée. Pour l'essai cyclique, il a été noté que le comportement des poutres étudiées était caractérisé par une réduction progressive de la capacité portante. Typiquement, le voilement local des brides conduit à la destruction de la pièce.

Dans l'article de He et al.17, des poutres à section ouverte et à parois minces ont été étudiées pour les problèmes de flambement. Deux méthodes ont été utilisées pour l'analyse de trois éléments de forme de section transversale différents : la méthode semi-analytique de la matrice de transfert à bande finie et la méthode de la matrice de transfert. Les résultats obtenus ont été comparés à la simulation par la méthode des éléments finis. Les auteurs ont largement décrit l'évolution des méthodes numériques et des différents concepts qui ont été appliqués dans l'analyse de flambement. Éléments étudiés : les stratégies de section en E asymétrique, de section en I symétrique et de section en X et les résultats de flambement sont comparés et discutés. L'effet de l'imperfection sur la structure formée à froid à paroi mince perforée a été étudié par Ungureanu et al.18. Les investigations expérimentales ont été complétées par les auteurs par des simulations numériques utilisant la méthode des éléments finis. Les auteurs ont conclu que pour assurer la stabilité des structures formées à froid à parois minces, il est nécessaire d'effectuer en plus une analyse de fiabilité qui peut produire des résultats pour une probabilité de défaillance donnée. Une étude expérimentale de l'effet Bauschinger dans une tôle d'acier mince de 1 mm d'épaisseur soumise à des essais de traction et de flexion à quatre points a été abordée par Kato et al.19. Le test de traction a été utilisé pour l'implication des contraintes résiduelles dans les spécimens, puis des jauges de contrainte à fil ont été utilisées pendant la recherche expérimentale et les charges de flexion. En conséquence, le niveau de contrainte et de déformation résiduelle est ce qui peut être important pour les ingénieurs en structure à parois minces lorsque des charges dynamiques ou des chargements et déchargements cycliques sont des conditions d'exploitation.

Il convient de noter que les recherches ci-dessus ne représentent qu'une petite partie des recherches qui concernent le domaine de l'utilisation de poutres à parois minces à section ouverte comme éléments absorbant l'énergie des barrières de sécurité. Les poutres à parois minces sont également utilisées comme éléments absorbant l'énergie dans la construction de véhicules en tant que protection passive. Les auteurs de l'article Vignjevic et al.20 ont présenté des résultats de recherche sur les problèmes de stabilité des structures dans la sécurité des véhicules. Les structures à parois minces formées à froid sont couramment appliquées dans les structures de carrosserie automobile. La carrosserie des véhicules modernes est conçue en mettant l'accent sur la sécurité passive des véhicules. Lors d'un accident, les charges ont des directions, des intensités et des lieux d'application différents. La première étape de la destruction de la structure est la déformation élastique linéaire, puis la déformation plastique et le flambage, la déchirure du matériau et la destruction des joints. L'auteur Vignjevic20 a remarqué que la rigidité de la structure du corps à paroi mince diminue pendant la charge d'impact. Une observation précieuse est une limitation de la théorie des poutres car la déformation de la structure dynamique à paroi mince dépend directement des propriétés du matériau, du processus de fabrication et de la conception. Dans l'article, Vignjevic20 s'est concentré sur l'absorption d'énergie par des structures à parois minces telles que des poutres rectangulaires sous destruction par flexion profonde uniaxiale et biaxiale. L'investigation dynamique des structures à parois minces semble un domaine de recherche nécessaire.

Les auteurs Obst et al.21 ont étudié expérimentalement et analytiquement des poutres en acier à parois minces avec une section ouverte, les points de réglage et les points de charge étaient dans un plan d'âme et des diaphragmes supplémentaires ont été utilisés. Dans un autre article, les auteurs Obst et al.22 ont également présenté une étude de stabilité d'une poutre à section ouverte à paroi mince soumise à une flexion en quatre points. Les conditions aux limites jouent un rôle clé dans la stabilité des structures à parois minces. Les poutres étudiées sous flexion à quatre points étaient chargées et placées au centre de gravité de la section transversale de la poutre.

Dans cet article, les auteurs ont présenté les résultats de la recherche expérimentale de trois types de poutres en acier à section ouverte en forme de C qui étaient supportées et chargées au centre de cisaillement par des poignées spéciales. Les poignées utilisées lors des recherches expérimentales étaient composées de : goupille cylindrique, anneau monté sur goupille et étrier boulonné sur l'âme de la poutre. La distance entre le centre de l'anneau et l'âme de la poutre a déterminé l'emplacement du centre de cisaillement calculé pour une forme de section transversale donnée. Sur la Fig. 1, 2, 3 poignées sont visibles.

Plaques d'acier rigides et charnières qui permettent de régler et de charger la poutre au centre de cisaillement.

Pliant.

Schéma du placement des jauges de contrainte (A1, A2, A3) et des capteurs de déplacement (B).

Pour l'étude expérimentale, trois poutres en acier formées à froid en forme de C différentes ont été utilisées, comme indiqué sur la Fig. 4. Au cours de l'expérience, l'échantillon de poutre a été fixé par un système de support spécial où une flexion en quatre points a été appliquée. De plus, des points de réglage et des points de force ont été appliqués au centre de cisaillement de la poutre à paroi mince testée. Une recherche expérimentale a été préparée pour des poutres ayant les dimensions transversales et longitudinales suivantes (tableau 1).

Dimensions de la section transversale du faisceau.

Le schéma de charge de la poutre et ses dimensions sont donnés à la Fig. 5. Les points de réglage et les points de charge des poutres spécimens étaient un dispositif spécial monté sur l'âme de la poutre par des plaques d'acier rigides et des vis présentées à la Fig. 1. Une régulation simple permettait de verrouiller la position au centre de cisaillement des poutres spécimens à section ouverte. Une recherche expérimentale a été préparée pour deux systèmes de réglage : sans et avec diaphragme, comme indiqué sur la Fig. 2.

Schéma de charge et dimensions longitudinales de la poutre.

Des tests expérimentaux ont été préparés et exécutés sur la machine d'essai de tension de traction Zwick Z100, équipée d'un système de poutre rigide supplémentaire et d'un réglage permettant de réaliser une flexion en quatre points d'un spécimen à paroi mince avec des conditions aux limites du centre de cisaillement. Chaque poutre-échantillon testée était équipée de jauges de contrainte reliées au coin et au centre de l'âme (Figs. 3, 6) et au centre de la semelle de la poutre.

Jauges de contrainte connectées à l'âme et à la bride de l'éprouvette.

En plus de l'âme du spécimen, des capteurs de déplacement inductifs ont été installés qui ont mesuré le déplacement en quatre points des coins des plaques d'acier rigides de l'âme, comme indiqué sur les Fig. 3 et 7.

Capteurs de déplacement appliqués à quatre points de plaques d'acier rigides.

Des capteurs de déplacement appliqués aux plaques rigides de l'âme de l'échantillon ont été utilisés pour analyser la rotation de la section transversale de l'échantillon pendant la montée en charge. Les poutres étudiées chargées et placées au centre de cisaillement doivent être soumises à un moment de flexion pur, ce qui est difficile à réaliser dans des conditions expérimentales réelles.

Au cours de l'essai expérimental, trois poutres de forme de section transversale différente ont été étudiées. La vitesse de rotation de la machine de traction était \ (5\ {\text{mm/min}}\) et la force initiale égale \(0,5\ {\text{kN}}\). Tous les spécimens ont été soutenus et chargés au centre de cisaillement du spécimen par une poignée spéciale. La distance du centre de cisaillement à l'âme a été déterminée analytiquement pour une section donnée de la poutre à paroi mince. La position du centre de cisaillement a été mesurée avec une précision de \(0,1\ {\text{mm}}\). L'erreur dans le positionnement physique du centre de cisaillement existe et résulte de la précision de la mesure de la distance à partir de l'âme ainsi que de la précision de la fabrication de la poutre, par exemple la rectitude longitudinale de la poutre. L'échantillon testé était sous quatre points de flexion, comme illustré à la Fig. 2a. Charges statiques croissantes appliquées par la machine d'essai de tension Zwick Z100 de zéro au point de flambage jusqu'à l'effondrement des poutres. Il a été observé une initiation du flambement et une destruction par flexion là où les semelles inférieures commencent à se plisser comme le montre la Fig. 8. Une torsion des poutres a été observée pendant l'essai et est illustrée à la Fig. 9.

Forme en C non renforcée, double semelle caissonnée et une poutre caisson après perte de stabilité.

Déformation de la poutre de section transversale lors de l'expérience de flexion à quatre points.

La recherche expérimentale a étudié trois poutres à parois minces de section transversale différente qui ont été soumises à la flexion pure. Lors des essais statiques par flexion quatre points appliquée, charges et ensembles de centre de cisaillement, il convient de réaliser une flexion pure. Malheureusement, il n'a pas été possible d'obtenir une flexion pure idéale. Lors de la croissance monotone de la charge, il a été possible d'observer une légère distorsion de torsion des poutres. Les propriétés mécaniques de l'acier des éprouvettes de poutres ont été déterminées lors d'essais de traction d'éprouvettes plates découpées dans le matériau des poutres. Les propriétés mesurées étaient : module d'Young \(E = 185\ {\text{GPa}}\), coefficient de Poisson \(\nu = 0,3\), limite d'élasticité \(R_{eH} = 330\ {\text{MPa}}\), résistance à la traction \(R_m = 380\ {\text{MPa}}\). Sur la base d'essais expérimentaux, les résultats suivants devaient être établis (Fig. 10).

Sur la figure 11a, la relation entre le déplacement des points de mesure peut être observée. Les résultats présentés peuvent être interprétés comme une rotation de la section transversale du faisceau autour de l'axe longitudinal x. La poutre de section transversale en forme de C sous la charge appliquée tourne même sous de petites charges. Les imperfections technologiques et matérielles sont à l'origine de cette situation. Les poignées appliquées sont la base de la situation décrite. La méthodologie expérimentale peut également être la cause du problème décrit. Sur la base des caractéristiques expérimentales, la Fig. 10 peut trouver la force critique pour le flambement local et global respectivement : \(F_{Lcr}=0,6\ {\text{kN}}\), \(F_{Gcr}=2,6\ {\text{kN}}\). Le flambement local et global sur les cartes est interprété comme le début de la non-linéarité caractéristique (Fig. 11b).

Forme en C sans membre renforcé.

Points de déplacement Web. UG - déplacement du point d'âme supérieur sur la plaque d'acier rigide fixe, UD - déplacement du point d'âme inférieur de la plaque d'acier rigide fixe, UGS - déplacement du point d'âme supérieur de la plaque d'acier rigide mobile, UDS - déplacement du point d'âme inférieur de la plaque d'acier rigide mobile.

Les points de déplacement de l'âme pour les semelles à double caisson et les pièces de renforcement montrent également une rotation relative de la section transversale, mais maintenant la rotation pour tous les points de mesure est dans la même direction (Fig. 12). Même si les points de réglage et les points de charge sont appliqués au centre de cisaillement, il est impossible de réduire complètement la rotation. Les conditions aux limites et les poignées spéciales appliquées ont une influence sur les phénomènes de rotation de section observés. Les forces critiques trouvées pour le flambement local et global des semelles à double caisson et de l'élément de renforcement sont respectivement égales : \(F_{Lcr}=13\ {\text{kN}}\), \(F_{Gcr}=16\ {\text{kN}}\).

Brides à double caisson et élément de renfort.

Les résultats expérimentaux présentés à la Fig. 13 pour les brides à un caisson sans pièces de renforcement ont une valeur de forces critiques inférieure à celle des brides à double caisson et des pièces de renfort. Dans ce cas, les forces critiques pour le flambement local et global sont respectivement : \(F_{Lcr}=8\ {\text{kN}}\) et \(F_{Gcr}=9\ {\text{kN}}\). Les résultats de déplacement sur la Fig. 11c montrent que la rotation de la section transversale est enregistrée. Pour toutes les poutres testées, on peut observer que les modes suivants de processus de flambement : flambement local causé par le moment de flexion, phase de flambement de distorsion par les charges de moment de flexion et flambement global.

Une boîte à brides sans élément de renfort.

Pour les poutres de section définie comme doubles semelles caissons et armatures et une semelle caisson sans armatures, on a effectué les mêmes essais, où l'ensemble et les charges étaient au point central de cisaillement des poutres mais en plus appliqué le diaphragme tel qu'illustré sur la Fig. 5b.

Les résultats expérimentaux d'un test, où des diaphragmes dans les poignées ont été appliqués, sont présentés à la Fig. 14. Les diaphragmes étaient simplement des plaques de renfort en contreplaqué correspondant à la forme de la poutre de la section transversale. Des essais avec des diaphragmes ont été effectués pour deux éléments : des semelles à double caisson avec poutre de renforcement illustrées à la Fig. 4b et des semelles à caisson sans poutre de renfort illustrées à la Fig. 4c.

Membres testés avec des diaphragmes en contreplaqué.

Appliquer les diaphragmes comme décrit ci-dessus, a entraîné des forces critiques pour un flambement local et global respectivement : \(F_{Lcr}=15\ {\text{kN}}\), \(F_{Gcr}=19\ {\text{kN}}\) pour les doubles semelles en caisson et les pièces de renfort avec diaphragmes (Fig. 15). Le déplacement (Fig. 16) mesuré dans le haut et le bas de la poignée montre une petite rotation du faisceau pendant l'essai mais le caractère de rotation est différent du même faisceau sans diaphragmes.

Une semelle de caisson sans élément de renforcement avec des diaphragmes appliqués a entraîné des forces critiques pour le flambement local et global respectivement : \(F_{Lcr}=4\ {\text{kN}}\), \(F_{Gcr}=11\ {\text{kN}}\) (Fig. 17). Sur la figure 17a, le pic de graphique est exactement visible près de \(F_{peak}=4\ {\text{kN}}\). Il est probablement causé par le glissement de la poignée, du système de fixation ou des attaches. Au-dessus de \(F_{peak}=4\ {\text{kN}}\), la courbe monte à \(F=16\ {\text{kN}}\) et cette force peut être acceptée comme force de flambement maximale globale.

Brides à double caisson et pièces de renfort avec membranes.

Points de déplacement Web. UG—déplacement du point d'âme supérieur sur la plaque d'acier rigide fixe, UD—déplacement du point d'âme inférieur de la plaque d'acier rigide fixe, UGS—déplacement du point d'âme supérieur de la plaque d'acier rigide mobile, UDS—déplacement du point d'âme inférieur de la plaque d'acier rigide mobile.

Un caisson brides sans pièces de renfort avec diaphragmes.

Comme le montre la Fig. 18, en comparant la capacité de charge des poutres étudiées, en appliquant des diaphragmes, les poutres sont plus résistantes au flambement. Bien sûr, les diaphragmes sont utilisés dans la pratique en tant qu'éléments augmentant la rigidité des structures à parois minces, mais dans le cas de recherche présenté, nous avons essayé d'obtenir une flexion pure lors d'essais expérimentaux. Il n'était pas possible de réduire parfaitement les rotations de la section transversale des poutres, ce qui était causé par l'imperfection des conditions aux limites et du processus de production des poutres. Une conclusion pratique supplémentaire se pose également. La précision des faisceaux, les conditions d'assemblage et d'exploitation sont d'une importance capitale pour le travail des systèmes à parois minces.

Courbe de déplacement : toutes poutres.

Une étude expérimentale de poutres à parois minces formées à froid de différentes formes de section, soumises à une flexion statique à quatre points, avec force de charge et appui au centre de cisaillement de chaque poutre, a permis de tirer les conclusions suivantes :

Les poutres à parois minces avec des ailes complexes ont des forces critiques plus élevées que les poutres à parois minces avec des ailes plates,

La perte locale de stabilité des poutres à parois minces était clairement visible lorsque les semelles et les âmes étaient observées. Des demi-ondes caractéristiques sont apparues.

Les mesures des déplacements de l'âme (déplacements relatifs estimés à partir des lectures des capteurs de déplacement) ont montré que malgré l'appui des poutres et l'effort au centre des efforts transversaux, chacune des poutres tournait autour de l'axe longitudinal passant par le centre des efforts transversaux de la section de poutre testée,

La raison de l'apparition d'un moment de torsion avec un vecteur dirigé le long de l'axe passant par le centre des forces transversales lorsque les poutres étaient appuyées au centre des forces transversales et la charge au centre des forces transversales était l'imprécision de la fabrication des poutres testées. La raideur en torsion des sections ouvertes à parois minces est très faible, ce qui, avec les imprécisions inévitables dans la fabrication des poutres, se traduit par un moment de torsion malgré l'action théorique de flexion pure entre les ferrures médianes pour la flexion quatre points.

Une difficulté supplémentaire observée lors des essais expérimentaux était la force de gravité qui, malgré les tentatives d'équilibrage, influençait les résultats obtenus et l'action du moment de torsion par rapport à l'axe passant par les points d'appui et de charge,

Les essais des sections cisaillées à parois minces doivent être effectués à l'aide de diaphragmes de raidissement, ce qui est particulièrement important lors de la réalisation d'essais dynamiques sur des poutres ouvertes à parois minces. L'absence de diaphragmes entraîne une défaillance locale des poutres et une propagation de la défaillance due à la déformation plastique locale,

Les profilés en acier ouverts à parois minces sont largement utilisés dans la construction d'infrastructures routières, par exemple comme panneaux absorbant l'énergie pour les barrières routières. La forme appropriée de la section transversale, le choix du matériau et le point d'appui sont les lignes directrices clés pour atteindre un degré élevé d'absorption d'énergie pendant le démarrage du véhicule,

Pour les structures absorbant l'énergie, les essais sur des objets réels sont essentiels. Les structures à parois minces, telles que les poutres à section ouverte, se caractérisent par une grande souplesse de torsion, qui est clairement influencée par la précision de la structure à parois minces, y compris le système de montage.

Selon les auteurs de la recherche, la poursuite des travaux est orientée vers les questions liées à la consommation énergétique des matériaux et des structures. Un banc d'essai dynamique a été développé et les résultats obtenus seront ensuite présentés.

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Ces auteurs ont contribué à parts égales : Maciej Obst et Piotr Wasilewicz.

Division de la résistance des matériaux et des structures, Université de technologie de Poznan, Poznan, Pologne

Maciej Obst & Piotr Wasilewicz

Institut de conception de machines, Université de technologie de Poznan, Poznan, Pologne

Jaroslaw Adamiec

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MO et PW ont conçu la ou les expériences, MO et PW ont réalisé la ou les expériences, MO et JA ont analysé les résultats. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

La correspondance est Jarosław Adamiec.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Obst, M., Wasilewicz, P. & Adamiec, J. Étude expérimentale de la flexion en quatre points d'une poutre en acier à section ouverte à paroi mince chargée et fixée au centre de cisaillement. Sci Rep 12, 7275 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-10035-z

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Reçu : 03 novembre 2021

Accepté : 30 mars 2022

Publié: 04 mai 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-10035-z

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