Mécanique technique

La Mécanique fait partie du mécanisme . Il applique les principes physiques aux systèmes techniques et traite principalement des corps solides importants en technologie. L'objectif principal est de calculer les forces agissant dans les corps. L'enseignement de la mécanique technique fait partie intégrante des enseignements de génie mécanique et de génie civil . Elle est également traitée dans d'autres sciences de l'ingénieur comme le génie électrique , le design industriel ou le génie industriel et des transports , mais dans une moindre mesure.

La mécanique technique est chargée de fournir les méthodes de calcul théoriques, par exemple pour le génie mécanique et le génie des structures . Le dimensionnement réel des composants ou des structures , la sélection des matériaux et autres sont alors pris en charge par des disciplines orientées application dans lesquelles la mécanique technique est une science auxiliaire, par exemple la théorie de la conception ou la résistance opérationnelle .

Les objets de la mécanique technique sont

• les lois de la mécanique classique ,
• modèles mathématiques des relations mécaniques des corps physiques,
• méthodes spécifiques et rationnelles d'analyse computationnelle des systèmes mécaniques.

La division classique a lieu en

• le statique , le (principalement avec les tiges unidimensionnelles) traite des forces sur des corps stationnaires (immobiles),
• la théorie de la résistance , qui traite des corps déformables (ou principalement des sections) et intègre les propriétés des matériaux et des sections,
• la dynamique avec les deux sous-domaines cinétique et cinématique , qui traitent des corps en mouvement.

En physique , par contre, la mécanique se divise en cinématique et en dynamique, qui y contiennent de la statique et de la cinétique.

Dans la mécanique théorique (également appelée mécanique analytique), il y a contre elle une question d' axiomes tels que les lois de Newton qui commencent à développer une théorie mathématique cohérente. En mécanique technique, en revanche, on choisit une structure méthodique qui apporte les connaissances nécessaires au calcul des machines ou des structures.

Sous-domaines de la mécanique technique

La classification des mécaniciens techniques n'est pas uniforme partout. En général, les domaines suivants sont considérés comme des sous-domaines de la mécanique technique.

Statique

La statique est la mécanique du solide stationnaire. Il contient la statique des corps rigides qui ne se déforment pas lorsque des forces agissent sur eux. Toutes les forces agissant sur un corps au repos sont en équilibre. Avec cette condition, des équations pour des forces inconnues peuvent être établies à partir d'un certain nombre de forces connues. Dans le cas d'un pont, par exemple, les forces de poids dues à son propre poids sont connues jusqu'aux tolérances structurelles, d'autres charges sont supposées ou calculées, et les forces dans les appareils d' appui (piles de pont) peuvent être calculées avec elles. L' objectif principal du calcul statique est de calculer les forces qui se produisent dans les composants à concevoir ; dans le cas d'un pont, par exemple dans la dalle de la chaussée. Le corps le plus important en statique est la poutre , dont la longueur est bien supérieure à sa largeur et à sa hauteur. Les corps déformables peuvent être calculés à l'aide de l' ingénierie structurelle . Tant en théorie de la résistance qu'en dynamique, les forces déterminées avec la statique sont supposées connues ; ces zones sont donc basées sur la statique.

Théorie de la force

En principe, la théorie de la force traite des corps déformables, c'est-à-dire des corps qui se déforment mais sont au repos, comme en statique. En élastostatique, un corps est supposé être élastique , ce qui est une hypothèse courante en théorie de la résistance. La théorie de la résistance comprend également le comportement des matériaux plastiques et visqueux tels. B. en rampant . La résistance des matériaux traite également des lois de résistance et de rigidité afin de pouvoir décrire les propriétés des matériaux et est donc étroitement liée à la technologie des matériaux , qui, d'autre part, traite des matériaux et de leurs propriétés spécifiques aux matériaux. Les termes tension mécanique (force par section) et allongement (changement de longueur par rapport à la longueur totale) sont d'une grande importance . En supposant la loi de Hooke , dans le cas unidimensionnel à température constante, les déformations sont directement proportionnelles aux contraintes mécaniques agissant. Un objectif important de la théorie de la résistance est le calcul des sections transversales nécessaires des composants pour des forces et des matériaux donnés. L'objectif est de s'assurer que les contraintes et déformations qui se produisent sont inférieures à celles admissibles.

dynamique

La dynamique traite des mouvements et des charges variables dans le temps qui entraînent des accélérations et donc aussi des mouvements. L'état de repos est aussi un cas particulier de mouvement ; Cependant, comme cela est déjà traité en détail dans la statique, dans ce domaine de la mécanique technique, les processus de mouvement sont analysés avec des vitesses non nulles. Une forme importante de mouvement sont les vibrations dans la dynamique structurelle et dans la théorie des vibrations . En mécanique technique, la dynamique est généralement divisée en

• la cinématique , qui ne considère pas les forces, mais décrit uniquement la géométrie du mouvement du corps,
• la cinétique , qui prend en compte les forces et les moments en plus de la cinématique.

En physique, mais aussi en partie en mécanique technique, la dynamique (du grec force) est la partie de la physique qui traite des forces et les divise en statique (accélération égale à zéro) et cinétique (accélération inégale zéro).

La dynamique concerne généralement les corps solides, elle comprend également l' hydrodynamique et l' aérodynamique . Ces zones sont également incluses dans la dynamique structurelle, où z. B. un amortissement des vibrations pour les immeubles de grande hauteur est réalisé avec un bassin d'eau ou dans l'excitation du vent des mâts émetteurs.

Zones spéciales

Ceux-ci sont parfois aussi appelés « mécaniciens techniques supérieurs ».

• Théorie de la stabilité : L'étude de la stabilité dynamique du mouvement ou de la stabilité des corps chargés contre la rupture selon la théorie du second ordre (comme les processus de flambement ).
• Dynamique des rotors et dynamique des machines : Enquêtes sur l'interaction entre les forces dynamiques et les grandeurs de mouvement au sein des machines, dans lesquelles la tâche est de soumettre des ensembles tournants à un mouvement de rotation techniquement contrôlable.
• Mécanique des sols : Décrit les déformations et les contraintes dans les continus (par exemple les demi-espaces) avec des lois matérielles qui se rapprochent des lois matérielles réelles des sols.
• Biomécanique : L'étude mécanique des structures vivantes .
• Théorie viscoélastique : Un domaine spécial de la mécanique des milieux continus qui traite de l'étude des milieux viscoélastiques.
• Mécanique du contact : Enquêtes sur le contact statique et dynamique (de roulement ou de roulement) des corps, en particulier la création de modèles de pression surfacique dans la zone de contact.
• Théorie de l'oscillation : Est également comprise comme faisant partie de la dynamique générale.
• Mécanique des fluides
• Théorie de l'élasticité
• Mécanique des structures
• Mécanique des milieux continus
• Mécanique expérimentale
• Mécanique des fissures
• Méthode des éléments finis
• partiellement Hydromécanique : Ex : barrages et adduction d'eau, bateaux, turbines hydrauliques ou pompes.
• partiellement Aérodynamique : Par exemple effets aérodynamiques dans les immeubles de grande hauteur, les avions ou les éoliennes.

Essentiellement, le domaine de la mécanique technique peut être réduit à la détermination des contraintes, des déformations, des résistances et des rigidités des corps solides ainsi que des mouvements des corps solides . La position de repos, cas limite important d'un mouvement, est déterminée en mécanique technique à l'aide de la statique. En plus de la mécanique technique classique, qui aspire à une description mathématique fermée dans les équations différentielles , le développement des méthodes numériques devient de plus en plus important. La thermodynamique (par exemple, le transport de chaleur ou les processus cycliques dans les moteurs et les turbines) et la mécanique des fluides (hydraulique, mécanique des fluides) ne sont généralement pas considérées comme des composants de la mécanique technique, mais plutôt comme des sous-domaines indépendants de l'ingénierie.

D'autres sous-domaines spéciaux de la mécanique technique sont les calculs de position et le contrôle des satellites et la balistique .

Histoire de la mécanique technique

La plupart des gens sont capables de résoudre des problèmes élémentaires de statique et de dynamique à partir de leur propre intuition , sans être conscients du contexte réel. Un exemple très typique de cette hypothèse est la poutre en statique , sur la capacité portante dont on peut faire des informations assez précises sur la base d'une simple observation.

Formellement, la mécanique technique était déjà pratiquée par Archimède , mais des découvertes analytiquement utilisables n'ont été transmises qu'à partir de la première moitié du XVIIe siècle. Les mathématiciens de cette époque se sont inspirés des lois descriptives de la mécanique pour leurs nouvelles connaissances, en même temps ils ont découvert un certain nombre de nouvelles connaissances et lois mathématiques de la mécanique technique. Au cours des siècles qui ont suivi, leurs théories ont été introduites dans l'ingénierie et rendues praticables, tandis que des idées plus théoriques ont suivi. Dans le même temps, les praticiens calculaient le vol balistique d'un boulet de canon et, d'autre part, tentaient de minimiser l'effet de ce boulet de canon sur les murs d'une forteresse par un choix judicieux des dimensions extérieures de la forteresse.

Illustration d'une poutre chargée par une charge externe dans le Discorsi de Galileo

Le grec Archimède fut le premier mathématicien à étudier en profondeur les problèmes mécaniques. Il a découvert les lois de l' hydrostatique telles qu'elles sont encore valables aujourd'hui. Simon Stevin a conçu le parallélogramme des forces en utilisant l'expérience de pensée Stevin qui porte son nom . Johannes Kepler a décrit les mouvements des planètes et des lunes avec des outils mathématiques. Les lois de Kepler découvertes dans le processus sont encore utilisées aujourd'hui pour calculer l'orbite des satellites artificiels et des sondes spatiales .

Au début de l'ère moderne, Galileo Galilei a le mérite d' avoir posé la science émergente de la mécanique technique sur une base mathématique formelle . Le deuxième jour de ses Discorsi est essentiellement consacré à la discussion des problèmes de force . Isaac Newton , qui a écrit l'histoire des sciences avec l'invention du calcul infinitésimal basé sur des observations mécaniques, a eu le même effet . Christiaan Huygens a déjà fourni des résultats pratiques de ses recherches sous la forme de l' horloge à pendule et des connaissances plus précises de l' astronomie . Au XVIIIe siècle, les membres de la famille Bernoulli , avec d'autres connaissances théoriques, ont préparé le terrain pour la mécanique technique qui est toujours valable aujourd'hui et constitue la base de nombreuses disciplines techniques. Leonhard Euler a nommé les théories sur le flambement , la flexion des poutres et la compréhension des turbines modernes . Durant la même période, Charles Augustin de Coulomb établit les fondements de la théorie du frottement , qui permet de mieux comprendre le fonctionnement des machines inventées à la même époque . Au 19ème siècle, la mécanique technique, qui était également plus adaptée aux besoins pratiques, a été développée par Karl Culmann , August Ritter , Giuseppe Cremona et Carlo Alberto Castigliano . En l'absence de machines informatiques puissantes , leurs solutions aux problèmes mécaniques étaient essentiellement basées sur des dessins géométriques exacts . Un autre nom important de la fin du 19e et du début du 20e siècle dans le domaine de la mécanique technique est Christian Otto Mohr , qui a effectué les recherches sur le cercle de Mohr et qui enseignait à l' Université technique de Dresde en même temps que Ludwig Burmester , l'inventeur des pochoirs du même nom .

Au XIXe siècle également, une distance croissante s'est développée par rapport à la mécanique théorique pratiquée dans les universités , qui était davantage orientée vers la clarification des concepts fondamentaux que vers l'application pratique (par exemple le concept de force a été critiqué parce qu'il n'était pas fondamental (voir critique de la concept de force mécanique ), et devrait être éliminé des termes de base si possible). Ce n'est qu'au début du 20e siècle que z. B. par Hans Lorenz et August Föppl , les résultats et méthodes de la mécanique théorique sont de plus en plus intégrés à la mécanique technique, comme la théorie des vibrations et la représentation avec des vecteurs . Un héritage de cette histoire peut également être vu dans le fait que certains termes ont des contenus différents (voir théorème de l'impulsion ) ou sont définis avec des signes opposés ( par exemple l'accélération de Coriolis ).

Au 20ème siècle a été construit pour les besoins de l' aviation et du vol spatial , l' aérodynamique par Nikolai Jegorowitsch Zhukovsky , Ludwig Prandtl et Theodore von Kármán . Parallèlement, John Argyris et d'autres mathématiciens développèrent la méthode des éléments finis . La construction de bâtiments , qui a prospéré dans les années 1930, utilisait des méthodes itératives de calcul statique, telles que publiées par Gaspar Kani ou Hardy Cross . Toutes ces méthodes utilisent les chiffres comme approche essentielle.

Bon nombre des personnes mentionnées ont également apporté de grandes contributions dans d'autres domaines (par exemple en hydromécanique , en optique, en génie électrique). D'autre part, la mécanique technique a donné des noms à toute une classe d'objets mathématiques : Les tenseurs ont été nommés d'après le tenseur des contraintes qui a été introduit à propos de la théorie de l'élasticité .

Littérature

• István Szabó : Introduction à la mécanique de l'ingénierie. 8e édition révisée 1975, réimpression 2003 ISBN 3-540-44248-0 .
• István Szabó : Mécanicien Technique Supérieur. 5e édition. Springer, Berlin 1985, ISBN 3-540-67653-8 (premier 1956).
• RC Hibbeler : Mécanique technique 1 - Statique. 10e édition révisée Pearson Studium, Munich 2005, 8e édition révisée 1975, réimpression. 2003 ISBN 3-8273-7101-5 .
• RC Hibbeler : Mécanique technique 2 - Résistance des matériaux . 5e édition révisée et augmentée Pearson Studium, Munich 2005, ISBN 3-8273-7134-1 .
• RC Hibbeler : Mécanique technique 3 - Dynamique. 10e édition revue et augmentée Pearson Studium, Munich 2006, ISBN 3-8273-7135-X .
• Gross / Hauger / Schröder / Wall : Mécanique technique 1 - Statique. 11, édition révisée Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3642138058 .
• Gross / Hauger / Schröder / Wall : Mécanique Technique 2 - Élastostatique. 11e édition éditée Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3642199837 .
• Gross / Hauger / Schröder / Wall : Mécanique technique 3 - Cinétique. 12e édition éditée Springer, Berlin 2012, ISBN 978-3642295287 .
• Gross / Hauger / Wriggers : Mécanique Technique 4 - Hydromécanique, Eléments de Mécanique Supérieure, Méthodes Numériques. 8e édition Springer, Berlin 2011, ISBN 978-3642168277 .
• István Szabó : Histoire des principes mécaniques et de leurs principales applications. Birkhäuser Verlag, ISBN 3-7643-1735-3 .
• R. Mahnken : Manuel de mécanique technique - statique. 1ère édition Springer, Berlin 2012, ISBN 978-3-642-21710-4 .
• R. Mahnken : Manuel de mécanique technique - Dynamique. 2e édition Springer, Berlin 2012, ISBN 978-3-642-19837-3 .
• R. Mahnken : Manuel de mécanique technique - Élastostatique. 1ère édition Springer, Berlin 2015, ISBN 978-3-662-44797-0 .
• Wriggers / Nackenhorst / Beuermann / Spiess / Löhnert : Mécanique technique compacte. 2e édition, Teubner-Verlag, Stuttgart, 2006, ISBN 978-3-8351-0087-9 .
• Helga Dankert, Jürgen Dankert : Mécanique technique, statique, théorie de la résistance, cinématique/cinétique. 4. corr. et édition supplémentaire, Teubner-Verlag, 2006, ISBN 3-8351-0006-8 .
• Herbert Balke : Introduction à la mécanique technique . Springer Vieweg, Berlin
  • Tome 1 : Statique . 3e édition 2010, ISBN 978-3-642-10397-1 .
  • Tome 2 : Cinétique . 3e édition 2011, ISBN 978-3-642-19743-7 .
  • Tome 3 : Résistance des matériaux . 3e édition 2014, ISBN 978-3-642-40980-6 .
• Heinz Parkus : Mécanique des corps solides. 2e édition, Springer-Verlag, 2009, ISBN 978-3211807774 .

liens web

• Littérature par et sur la mécanique technique dans le catalogue de la Bibliothèque nationale allemande
• anglais Wikibook sur la mécanique des solides
• Cours - mécanique technique : statique, dynamique, théorie de la force

Preuve individuelle

1. ↑ ^{a b c d e f g h} Hartmann: Mécanique techniques. Wiley, 2015, p.1.
2. ↑ Bruno Assmann: Mécanique techniques - Volume 1: Statics. Oldenbourg, 11e édition, 1989, p.13.
3. ↑ ^{a b} Ulrich Gabbert , Ingo Raecke: mécanique technique pour les ingénieurs industriels. Hanser, 4e édition, 2008, page 5.
4. ↑ Peter Hagedorn : Mécanique technique - Tome 1 : Statique. Verlag Harry Deutsch, 1993, p.3 s.
5. ↑ Hartmann : Mécanique technique. Wiley, 2015, page XI, 1.
6. ↑ Horst Herr : Mécanique technique - statique, dynamique, théorie de la force. 2008, avant-propos, p.2.
7. ↑ Peter Hagedorn : Mécanique technique - Tome 1 : Statique. Verlag Harry Deutsch, 1993, avant-propos.
8. ↑ Mahnken : Manuel de mécanique technique. Dynamique. Springer, 2e édition, 2012, p.3.
9. ^ Günther Holzmann, Heinz Meyer, Georg Schumpich : Mécanique technique. Statique. 12e édition, p.2.
10. ↑ Peter Hagedorn: Mécanique techniques - Volume 1: Statics. Verlag Harry Deutsch, 1993, p.4.
11. ^ Rolf Mahnken : Manuel de mécanique technique. Statique : Notions de base et applications. Springer Verlag, 2011, Google Livres.
12. ↑ Herbert Mang , Günter Hofstetter : Théorie de la force. Springer, Vienne, New York 2004, ISBN 3-211-21208-6 .
13. ↑ Horst Herr : Mécanique technique - statique, dynamique, théorie de la force. 2008, avant-propos, p. 2-4.
14. ↑ Ulrich Gabbert , Ingo Raecke : Mécanique technique pour ingénieurs industriels. Hanser, 4e édition, 2008, page 213.
15. ↑ ^{a b c d} Günter Holzmann, Heinz Meyer, Georg Schumpich : Mécanique technique. Statique. 12e édition.
16. ^ HG Hahn : Mécanique technique. Hanser, 2e édition, 1990, p.1.
17. ↑ 100 ans de Zeunerbau. ( Memento du 31 mai 2011 dans Internet Archive ). PDF avec photo d'Otto Mohr et représentation du cercle de Mohr.
18. ↑ Hans Lorenz: Manuel de physique technique . Oldenbourg, Munich 1902.  , chapitre sur l'histoire de la mécanique technique
19. ^ Karl-Eugen Kurrer : Les premières disciplines de base techniques et scientifiques : l'ingénierie des structures et la mécanique technique . In: Histoire de l'ingénierie structurelle. A la recherche de l'équilibre . 2e édition très augmentée. Ernst & Sohn , Berlin 2016, ISBN 978-3-433-03134-6 , p. 144-197.