Poutre Encastrée : Maîtriser les Efforts Tranchants et Moments Fléchissants avec SolidWorks Simulation (Guide Complet 2026)
Les poutres encastrées sont omniprésentes en ingénierie, des ponts aux bras robotiques. Mais simuler leurs efforts tranchants (V) et moments fléchissants (M) dans SolidWorks Simulation peut être piégeux. Cet article, optimisé pour 2026, vous guide pas à pas pour obtenir des résultats précis, éviter les erreurs courantes et explorer des cas avancés. Contrairement aux tutoriels standards, nous couvrons théorie, pratique, pièges et optimisations, avec des visuels engageants pour une maîtrise totale.
Les Bases Théoriques : Comprendre les Efforts Tranchants et Moments Fléchissants
Définition et Formules Clés
Une poutre encastrée est fixée à une extrémité, empêchant translation et rotation, ce qui génère des efforts tranchants (force par unité de longueur) et des moments fléchissants (couple interne). Les équations fondamentales sont :
longueur L, le moment maximal est Mmax = P L à l’encastrement, et l’effort tranchant constant
est V = P .
Interpréter les Diagrammes V(x) et M(x)
Les diagrammes d'efforts tranchants et moments fléchissants montrent comment ( V(x) ) et ( M(x) ) varient le long de la poutre. Dans SolidWorks, ces diagrammes sont générés automatiquement, mais leur interprétation est clé. Par exemple, un pic dans ( V(x) ) indique un changement brusque de charge (ex. : charge ponctuelle), tandis que ( M(x) ) culmine à l'encastrement. Vérifiez les signes : un moment positif induit une compression en haut de la poutre.
Modélisation dans SolidWorks : Étape par Étape
Créer la Géométrie et Assigner les Propriétés
Modélisation : Créez une poutre (ex. : section rectangulaire 30x50 mm, longueur 1 m) via l’outil Esquisse et Extrusion dans SolidWorks. Préférez les éléments "Poutre" pour une simulation rapide, mais passez à "Solide" pour les cas complexes (ex. : composites).
Poutre encastrée
Matériaux : Assignez un matériau (ex. : acier AISI 1020, module d’Young 200 GPa). Vérifiez la cohérence des unités (N/mm² pour éviter erreurs d’échelle).
Conditions aux limites : Définissez l’encastrement via "Fixation rigide" sur une face, bloquant translations et rotations. Erreur courante : oublier de fixer les rotations, faussant Mmax.
Pièges à Éviter
Mauvais encastrement : Une fixation partielle (ex. : translation bloquée, rotation libre) sous-estime les moments de 20-30 %.
Unités incohérentes : Mélanger mm et m dans les charges (ex. : 1000 N/mm au lieu de 1000 N/m) décale les résultats.
Maillage grossier : Trop peu d’éléments près de l’encastrement masque les pics de contraintes. Utilisez un raffinement local (voir section suivante).
Lancer la Simulation : Configuration et Maillage Optimal
Setup de l’Étude Statique ou Dynamique
Nouvelle étude : Créez une étude "Statique" pour charges constantes ou "Fréquence" pour vibrations. Pour une charge uniforme q = 500 N/m , appliquez via "Force" > "Charge distribuée".
Maillage : Utilisez un maillage fin près de l’encastrement (taille élément ~1/10 de la section). Testez la convergence : doublez les éléments ; si Mmax varie < 5 %, le maillage est fiable.
Exécuter : Lancez la simulation. Temps moyen : 1-2 min pour une poutre simple sur un PC standard.
Simulation de la poutre encastrée avec SolidWorks simulation
Sensibilité au Maillage
Un maillage trop grossier sous-estime les efforts tranchants près des charges ponctuelles. Par exemple, pour une poutre de 1 m avec P = 1000 N , un maillage de 100 éléments donne Mmax = 998 Nm, mais 500 éléments convergent vers 1000 Nm. Créez un tableau comparatif (voir ci-dessous) pour valider.
Analyser les Résultats : Extraction et Validation
Visualiser Diagrammes et Contraintes
Accédez aux diagrammes via “Diagrammes” > “Efforts tranchants” ou “Moments fléchis-
sants”. Les courbes utilisent des échelles de couleur (bleu = min, rouge = max). Pour P = 1000 N,
vérifiez Mmax = 1000L.
Comparaison Analytique vs. Simulation
Validez vos résultats manuellement. Pour une poutre encastrée avec charge ponctuelle :
Validez manuellement :
— Analytique : Mmax = P L, Vmax = P .
— Simulation : Extrayez Mmax et Vmax. Écart <5 % indique une simulation valide.
Exemple : Pour P = 1000 N, L = 1 m, SolidWorks donne Mmax = 999.8 Nm (erreur 0.02 %),
validant la simulation.
Aspects Avancés et Optimisations
Cas Non Linéaires et Multi-Physique
Charges dynamiques : Simulez une charge cyclique (ex. : 500 N à 10 Hz) dans "Étude de fréquence". Vérifiez les fréquences propres pour éviter la résonance, absente des guides standards.
Multi-physique : Intégrez Flow Simulation pour analyser l’effet de vent (ex. : 50 Pa sur la poutre), augmentant ( V(x) ). Exemple : un vent latéral ajoute 10 % à ( Vmax.
Matériaux composites : Testez une poutre en carbone (ex. : module d’Young 150 GPa en longitudinal) vs. acier. Les composites réduisent le poids de 30 % mais complexifient les efforts tranchants anisotropes.
Étude de Cas : Bras Robotique
Un ingénieur chez un fabricant de robots a utilisé SolidWorks pour simuler un bras encastré (longueur 0.8 m, charge cyclique 2000 N). En optimisant la section (de rectangulaire à en I), il a réduit le moment max de 15 % et économisé 5000 € en matériaux.
Résultats clés :
Avant : Mmax = 1600 Nm
Après : Mmax = 1360 Nm
Conclusion et Ressources
Ce guide vous équipe pour simuler des poutres encastrées avec précision dans SolidWorks, tout en évitant les pièges (maillage, fixations).
Questions Fréquemment Posées (FAQ)
1. Quelle est la différence entre éléments poutre et solide ?
Les éléments “Poutre” simplifient les calculs en supposant des sections uniformes, idéaux pour des analyses rapides. Les éléments “Solide” modélisent la géométrie complète, of-frant plus de précision pour des formes complexes ou des matériaux anisotropes, mais augmentent le temps de calcul.
2. Comment éviter les erreurs de maillage dans SolidWorks ?
Utilisez un maillage fin près des zones critiques (ex. : encastrement) avec une taille délément denviron 1/10 de la section. Testez la convergence en doublant les éléments ; une variation de Mmax <5 % indique un maillage fiable.
3. Pourquoi mes résultats diffèrent-ils des calculs analytiques ?
Vérifiez : (1) l'encastrement (rotations mal fixées faussent Mmax), (2) les unités (ex. : N/mm vs. N/m), (3) le maillage (trop grossier sous-estime les pics). Comparez toujours Vmax et Mmax aux formules analytiques (Mmax = P L).
4. Puis-je simuler des charges dynamiques sur une poutre encastrée ?
Oui, utilisez une étude “Fréquence” pour les charges cycliques (ex. : 500 N à 10 Hz). Vérifiez les fréquences propres pour éviter la résonance, surtout pour les structures légères comme les composites.
5. Comment intégrer Flow Simulation pour les efforts de vent ?
Dans SolidWorks, couplez une étude statique avec Flow Simulation. Appliquez une pression de vent (ex. : 50 Pa) comme charge externe. Les efforts tranchants augmentent typiquement de 5–10 % selon lorientation.
6. Quel matériau choisir pour une poutre encastrée ?
L'acier (ex. : AISI 1020, E = 200 GPa) est standard pour sa rigidité. Pour réduire le poids, testez des composites comme le carbone (E = 150 GPa), mais ajustez le maillage pour capturer les comportements anisotropes.
7. Comment valider mes résultats avec un outil externe ?
Exportez les diagrammes V (x)/M (x) vers Ftool, un logiciel gratuit. Entrez la géométrie et les charges pour comparer les résultats analytiques (erreur cible <5 %).
