Comportement des systèmes mécaniques

C’est la PARTIE OPÉRATIVE d’un système automatisé, qui réalise l’action sur la matière d’œuvre.
5 fonctions composent cette chaîne :

1. ALIMENTER : Connexions au réseau d’énergie (électrique, pneumatique,…) et protections de l’équipement. 
2. DISTRIBUER : Réalisée grâce à des pré-actionneurs qui distribuent l’énergie seulement s’ils reçoivent l’ordre de la chaîne d’information.
   (Ex1: Contacteur, Distributeur qui distribuent l’énergie en « Tout ou Rien », Ex2: Variateur de vitesse pour un moteur électrique qui distribue de l’énergie « modulée »).
3. CONVERTIR : Réalisée par des actionneurs (Ex1: moteur électrique, convertit l’énergie électrique en énergie mécanique de rotation, Ex2: vérin pneumatique, convertit l’énergie pneumatique en énergie mécanique de translation).
4. TRANSMETTRE : Fonction très souvent utilisée pour entraîner les composants mécaniques entre eux (Ex1: adapter les efforts/la vitesse par réducteurs à engrenages, systèmes poulies-courroie,…
   Ex2: transformer le mouvement, Rotation en Translation par crémaillères, bielle-manivelle,…).
5. AGIR : Réalisée par les effecteurs. Permettent de saisir, déplacer, assembler, modifier, trier, chauffer,...
   

Un mécanisme est l'association de plusieurs pièces liées entre elles par des contacts. Le contact entre 2 pièces représente une « liaison mécanique ».
On distingue 3 types de contacts entre solides : 

1. Ponctuel (Contact bille plan)
2. Linéaire (Contact cylindre plan)
3. Surfacique (2 faces planes en appui)

Notion de degrés de liberté :    

La liaison entre 2 pièces se définit par le nombre de mobilités que peut avoir une pièce par rapport à l’autre. Ces mouvements possibles sont appelés degrés de liberté et sont au nombre de 6 : 3 translations Tx Ty Tz et 3 rotations Rx Ry Rz.

On présente les degrés de mobilité correspondant aux 11 liaisons mécaniques :

0 : Encastrement
1 : Pivot d’axe x (Rx), Glissière d’axe x (Tx), Hélicoïdale d’axe x (Tx-Rx)
2 : Pivot glissant d’axe x (Tx,Rx), Rotule à doigt d’axe x (Ry,Rz)
3 : Rotule (Rx, Ry, Rz), Appui plan de normale y (Tx, Tz, Ry)
4 : Linéaire annulaire d’axe x (Tx, Rx, Ry, Rz), Linéaire rectiligne de normale y d’axe x (Tx, Tz, Rx, Ry) 5 : Ponctuelle de normale y (Tx, Tz, Rx, Ry, Rz)

Les efforts exercés sur un solide peuvent se calculer par une étude statique. On considère un système à l’équilibre, un problème plan et on détermine les actions mécaniques inconnues, par exemple l’effort sur une liaison.

Démarche :

• Isolement du système
  

On représente le système seul et on place les points et directions importantes : centre de gravité et axe vertical, points de contact avec les pièces autour. La frontière entre le système et l’extérieur est appelée « frontière d’isolement » ; c’est la limite de l’étude.

• Bilan des actions mécaniques extérieures

On recense ces actions (poids, pressions, actions de contact). On détermine les caractéristiques connues des actions mécaniques (tableau). On représente les forces.

• Application du principe des actions réciproques
  

Soient deux pièces 1 et 2 en contact au point A, alors l’action de 1 sur 2 est égale et opposée à l’action de 2 sur 1. Ainsi, si l’on connaît l’une des 2 forces, on en déduit l’autre.

• Application du principe fondamental de la statique «PFS»
  

Un système est à l’équilibre en translation si la somme des forces extérieures est nulle; en rotation si la somme des moments des forces extérieures par rapport à un point A quelconque est nulle.

Les éléments d’une construction en génie civil ou les matériaux en génie mécanique sont soumis à des contraintes qui sont des efforts extérieurs qu’on appelle également « sollicitations ». Ces contraintes engendrent des déformations du matériau pouvant entraîner sa rupture.
On distingue 5 sollicitations élémentaires :

1. Traction <□> : Allongement de l’élément, on tire de chaque côté,
2. Compression >□< : Raccourcissement de l’élément, on appuie de chaque côté,
3. Cisaillement : Coupure de l’élément, glissement d’une section par rapport à l’autre,
4. Torsion : Torsion de l’élément, rotation par glissement relatif des sections droites,
5. Flexion : Courbure de l’élément, fléchissement.

La conception d’une pièce devra prendre en compte les sollicitations auxquelles elle sera soumise durant sa vie utile pour éviter une déformation trop importante ou une rupture. La phase de conception permet de choisir le matériau le plus adapté et dimensionner la pièce.

La mécanique des fluides permet d’expliquer les phénomènes naturels tels que le vent, la force de résistance sur un corps en mouvement, les vibrations provoquées par un écoulement…
En pratique, on y a recours pour la fabrication d’embarcations, les forces de frottement sur les véhicules, le pompage, la propulsion et sustentation des aéronefs, etc…

Un fluide est considéré comme étant formé d'un grand nombre de particules matérielles, très petites et libres de se déplacer les unes par rapport aux autres. Il s’agit d’un milieu matériel continu, déformable, sans rigidité et qui peut s'écouler. On distingue les liquides et les gaz, généralement isotropes, mobiles et visqueux.
L'isotropie assure que les propriétés sont identiques dans toutes les directions de l'espace.
La mobilité fait qu'ils n'ont pas de forme propre et qu'ils prennent la forme du récipient qui les contient.
La viscosité caractérise le fait que tout changement de forme s'accompagne d'une résistance (frottements).

Une étude de statique des fluides permettra de calculer la pression : force exercée sur une surface, tandis qu’une étude de dynamique prendra en compte le débit : l’écoulement dans une conduite.