Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau école ingénieur
Partager :

Mécanique du Solide

Posté par
CloudNine
09-04-18 à 20:14

Bonjour,
J'ai un exercice à faire mais je suis bloqué à partir de la question 1.3.

Exercice 1 : Matrices d'inertie


Le système S étudié est l'union des éléments S_i pour i=1 à 4 tel que  S\ =\ S_1+\ S_2+\ S_3+\ S_4. Le repère orthonormé direct
 R\left(O,\vec{i},\vec{j},\vec{k}\right) de l'étude est fixe et tel que \vec{k} soit sur l'axe de révolution \left(O,z\right).
L'ensemble S est animé d'un mouvement de rotation autour de l'axe \left(O,z\right) paramétré par la fonction scalaire \alpha\left(t\right) définie sur l'une des représentations géométriques planes. Le repère R_s\ (O,\vec{u_\alpha},\ \vec{u_{\alpha+\ \frac{\pi}{2}}},\vec{k}) lié à S est aussi orthonormé direct.

Données vectorielles : A centre d'inertie du cylindre creux S_3.
\vec{OA}=\left[L_1+\frac{L_2+\ L_1}{2}\right]\vec{k}       \vec{AG_4}=\left[R_3+\frac{L_4}{2}\right]\vec{u_\alpha}       \vec{OG_4}=\left[L_1+\frac{L_2+\ L_1}{2}\right]\vec{k}+\left[R_3+\frac{L_4}{2}\right]\vec{u_\alpha}

Mécanique du Solide

1.1 Sans effectuer de calcul, exprimer et justifier la structure de la matrice d'inertie des solides  \mathbit{S}_\mathbf{1},\ \mathbit{S}_\mathbf{2} et \mathbit{S}_\mathbf{3}  dans la base  \ (O,\vec{u_\alpha},\ \vec{u_{\alpha+\ \frac{\pi}{2}}},\vec{k}) , au point O. Ces matrices seront appelées \mathbit{I}_{\mathbit{O}\left(\mathbit{S}_\mathbf{1}\right)}, \mathbit{I}_{\mathbit{O}\left(\mathbit{S}_\mathbf{2}\right)} et \mathbit{I}_{\mathbit{O}\left(\mathbit{S}_\mathbf{3}\right)}.
La matrice d'inertie est de la même forme pour tous les solides. Nous avons un solide de révolution suivant z donc la matrice d'inertie est diagonale tel que : E = D = F = 0 et A=B.
Soit I_{O\left(S_1\right)}=\left(\begin{matrix}A_1&0&0\\0&A_1&0\\0&0&C_1\\\end{matrix}\right)
I_{O\left(S_1\right)}=\left(\begin{matrix}A_2&0&0\\0&A_2&0\\0&0&C_2\\\end{matrix}\right)
I_{O\left(S_1\right)}=\left(\begin{matrix}A_3&0&0\\0&A_3&0\\0&0&C_3\\\end{matrix}\right)

1.2.Déterminer, par le calcul intégral, l'expression littérale du moment d'inertie par rapport à l'axe de révolution (\mathbf{0},\mathbit{z}) de chaque cylindre en fonction de ses dimensions et de sa masse volumique puis en fonction de la masse \mathbit{m}_\mathbit{i} de chaque élément.

a) Moment d'inertie \mathbit{C}_\mathbf{1} de \mathbit{I}_{\mathbit{O}\left(\mathbit{S}_\mathbf{1}\right)}

C_1=\int\left(X^2+\ Y^2\right)dm avec m_1=\rho_1\pi R_1^2L_1
Soit C_1=\rho_1\int{r^2rdrd\theta dz}
\fbox{$\mathbit{C}_\mathbf{1}=\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}\mathbit{m}_\mathbf{1}\mathbit{R}_\mathbf{1}^\mathbf{2}$}

b) Moment d'inertie \mathbit{C}_\mathbf{2} de \mathbit{I}_{\mathbit{O}\left(\mathbit{S}_\mathbf{2}\right)}

C_2=\int\left(X^2+\ Y^2\right)dm
Soit C_2=\rho_2\int{r^2rdrd\theta dz}
\fbox{$\mathbit{C}_\mathbf{2}=\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}\mathbit{m}_\mathbf{2}\mathbit{R}_\mathbf{2}^\mathbf{2}$}

c) Moment d'inertie \mathbit{C}_\mathbf{3} de \mathbit{I}_{\mathbit{O}\left(\mathbit{S}_\mathbf{3}\right)}

C_3=\int\left(X^2+\ Y^2\right)dm
[Soit C_3=\rho_3\int{r^2rdrd\theta dz}
\fbox{$\mathbit{C}_\mathbf{1}=\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}\mathbit{m}_\mathbf{3}\mathbit{R}_\mathbf{3}^\mathbf{2}$}

1.3. Soit \mathbit{G}_\mathbf{4} le centre d'inertie de \mathbit{S}_\mathbf{4} dont le vecteur position est donnée dans l'énoncé. Sans effectuer de calcul, exprimer et justifier la structure de la matrice d'inertie de \mathbit{S}_\mathbf{4} dans la base  \ (O,\vec{u_\alpha},\ \vec{u_{\alpha+\ \frac{\pi}{2}}},\vec{k}) . Cette matrice sera appelée \mathbit{I}_{\mathbit{G}\left(\mathbit{S}_\mathbf{4}\right)}.

1.4.Déterminer, par le calcul intégral, l'expression littérale du moment d'inertie \mathbit{I}_{\mathbit{G}\mathbf{4}\left(\mathbit{S}_\mathbf{4}\right)} par rapport à l'axe de révolution \left(\mathbit{G}_\mathbf{4},\mathbit{z}\right). Ce moment sera noté \mathbit{C}_{\mathbit{G}\mathbf{4}}
a) En fonction des dimensions et du matériau.
b) En fonction de la masse \mathbit{m}_\mathbf{4} de l'élément.

1.5.A partir du vecteur  \vec{OG_4} du théorème de Huygens, déterminer l'expression littérale du moment d'inertie de la matrice \mathbit{I}_{\mathbit{O}\left(\mathbit{S}\mathbf{4}\right)} par rapport à l'axe de rotation (\mathbit{O},\mathbit{z}), au point O, dans la base   \ (O,\vec{u_\alpha},\ \vec{u_{\alpha+\ \frac{\pi}{2}}},\vec{k}) . Ce moment sera noté \mathbit{C}_{\mathbit{O}\mathbf{4}}

Merci d'avance pour vos aides,

Posté par
vanoise
re : Mécanique du Solide 10-04-18 à 19:36

Bonsoir
S4 est un parallélépipède rectangle homogène. La matrice d'inertie en G4 est diagonale car les trois axes sont les axes principaux d'inertie. Tu peux trouver le calcul des trois moments d'inertie ici (notations à adapter) :

La matrice d'inertie en O peut se déduire du théorème de Huyghens. Tu as aussi un calcul direct ici (notations à adapter) :

Posté par
CloudNine
re : Mécanique du Solide 10-04-18 à 21:26

Merci beaucoup !!!



Mentions légales - Retrouvez cette page sur l'île de la physique - chimie
© digiSchool 2025

Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !