Modélisation discrète en mécanique de la rupture des matériaux fragiles PDF Download
Are you looking for read ebook online? Search for your book and save it on your Kindle device, PC, phones or tablets. Download Modélisation discrète en mécanique de la rupture des matériaux fragiles PDF full book. Access full book title Modélisation discrète en mécanique de la rupture des matériaux fragiles by Ba Danh Le. Download full books in PDF and EPUB format.
Author: Ba Danh Le Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement à la rupture des matériaux fragiles avec une approche capable de relier l'amorçage de fissures à leurs propagations. On adopte la méthode des éléments discrets (DEM), avec le matériau composé d'un ensemble bidimensionnel régulier de particules en contact. Ceci qui nous permet de dériver une expression pour le facteur d'intensité de contraintes en fonction des forces et des déplacements relatifs des deux contacts adjacents à la pointe d'une fissure. Un critère de rupture classique, basé sur la ténacité du matériau, est ensuite adopté pour l'analyse de la propagation des fissures, représenté par la perte des forces de contact entre les particules. La vérification de la formulation est faite par la comparaison des simulations numériques à des solutions classiques de la mécanique de la rupture en mode I, mode II et mode mixte. Ensuite, on étend l'application du critère discret au comportement d'un matériau sain (non pré-fissuré), soumis à des contraintes homogènes, pour lequel on retrouve un critère de rupture du type Rankine. Le résultat final est un modèle discret simple totalement compatible avec les approches continues usuelles, et qui ne demande pas d'essais de calibration, typiques des approches discrètes conventionnelles.
Author: Ba Danh Le Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement à la rupture des matériaux fragiles avec une approche capable de relier l'amorçage de fissures à leurs propagations. On adopte la méthode des éléments discrets (DEM), avec le matériau composé d'un ensemble bidimensionnel régulier de particules en contact. Ceci qui nous permet de dériver une expression pour le facteur d'intensité de contraintes en fonction des forces et des déplacements relatifs des deux contacts adjacents à la pointe d'une fissure. Un critère de rupture classique, basé sur la ténacité du matériau, est ensuite adopté pour l'analyse de la propagation des fissures, représenté par la perte des forces de contact entre les particules. La vérification de la formulation est faite par la comparaison des simulations numériques à des solutions classiques de la mécanique de la rupture en mode I, mode II et mode mixte. Ensuite, on étend l'application du critère discret au comportement d'un matériau sain (non pré-fissuré), soumis à des contraintes homogènes, pour lequel on retrouve un critère de rupture du type Rankine. Le résultat final est un modèle discret simple totalement compatible avec les approches continues usuelles, et qui ne demande pas d'essais de calibration, typiques des approches discrètes conventionnelles.
Book Description
Bien que de nombreux travaux se soient intéressés à la modélisation des mécanismes de rupture des matériaux fragiles et quasi-fragiles, des lacunes dans la compréhension des processus de rupture persistent. Dans le but de progresser sur la compréhension de ces mécanismes, le travail de recherche mené dans le cadre de cette thèse consiste en la combinaison de plusieurs méthodes largement utilisées pour modéliser les problèmes de rupture. En effet, le modèle développé dans cette thèse s'inspire de la mécanique non linéaire de la rupture, en particulier les modèles de zone cohésive, couplée à une méthode numérique discrète. Ce modèle consiste en particulier en l'introduction, dans le code aux éléments discrets GranOO, d'un lien cohésif de type poutre endommageable de lattice dont l'endommagement et par conséquent la rupture sont pilotés énergétiquement. Les équations issues de la théorie des poutres d'Euler-Bernoulli régissant le comportement des liens sont ainsi enrichies d'une phase adoucissante, inspirée des modèles de zone cohésive, s'appuyant sur une équivalence entre les cinématiques de la poutre d'Euler-Bernoulli et les modes de ruptures conventionnels. Cette équivalence conduit à la définition de deux pseudo-modes de rupture. Le premier nommé pseudo Mode I est basé sur l'élongation du premier ordre de la poutre de lattice liée aux sollicitations de traction tandis que le pseudo Mode II est quant à lui basé sur les élongations du second ordre engendrées par les sollicitations de flexion, cisaillement et torsion.Le caractère atypique de ce modèle a mené à de solides phases de calibration et validation. Dans un premier temps, le modèle est calibré par l'intermédiaire de deux essais, un essai de traction simple et un essai de compression simple menés sur un matériau quasi-fragile de type mortier (béton de sable). La modélisation de l'essai de compression montre alors une prédisposition du modèle à rendre compte de l'effet des conditions aux limites de l'essai sur les chemins de fissuration qui sera plus amplement vérifiée par la suite.Dans un second temps, le modèle est éprouvé via la simulation d'un essai de traction-compression et d'un essai brésilien permettant de vérifier la capacité du modèle à rendre compte respectivement de l'effet unilatéral et de la cinétique de propagation de fissure. Enfin, le modèle de poutre endommageable de lattice est confronté à des essais expérimentaux plus complexes. D'une part, les différents essais proposés dans le benchmark Carpiuc sont simulés. La simulation d'éprouvettes de mortier entaillées soumises à des sollicitations simultanées de traction, cisaillement et flexion permettent d'évaluer les capacités du modèle à décrire des chemins de fissuration (bifurcation et branchement) et des cinétiques de ces chemins cohérents avec les résultats expérimentaux. Enfin, un essai de Traction-Compression cyclé sur une éprouvette de béton entaillée est simulé. Les mécanismes de refermeture de fissure et l'effet unilatéral sont décrits de manière satisfaisante.
Author: RECHO Naman Publisher: Lavoisier ISBN: 274628118X Category : Languages : fr Pages : 306
Book Description
Les objectifs de la mécanique de la rupture sont double, d'une part ils concernent la description des champs mécaniques au voisinage de la pointe de la fissure et les énergies qui leur sont associées et d'autre part, ils traitent de l'évaluation de la nocivité d'une fissure en terme de la propagation de celle-ci. Deux champs d'étude constituent la structure de cet ouvrage, l'un relatif à la modélisation de la singularité induite par la pointe d'une fissure qui est relatée dans le premier tome intitulé : Modélisation des champs mécaniques en pointe de fissure et des singularités. Dans ce premier tome, une introduction à la mécanique des milieux continus s'avère nécessaire. Ensuite, une démarche consistant à étudier la façon permettant de voir "Comment introduire une singularité dans un milieu continu ?" est développée. Pour ce faire, deux manières subsistent : La première, locale, consiste, d'une part, à décrire les fonctions de contraintes (voire de déformations) comme étant continues partout sauf à la pointe de la fissure et d'autre part à introduire les conditions de surfaces libres relatives aux lèvres de la fissure, il s'agit alors de l'analyse asymptotique. Quant à la seconde manière, énergétique, elle revient à évaluer le taux de restitution de l'énergie potentielle conséquente à un accroissement infinitésimal de la longueur de fissure. Le deuxième tome du livre intitulé : propagation et bifurcation de fissure, traite des critères de propagation et de bifurcation de fissure en milieu élastique et élastoplastique sous des chargement monotone (Rupture fragile) et dynamique (Rupture par Fatigue). Les solutions analytiques obtenues ne peuvent pas être utilisées dans les structures à géométrie et conditions aux limites variées, alors il sera nécessaire de faire appel aux méthodes d'analyse numérique et plus particulièrement à la méthode des éléments finis. Deux chapitres abordent ces applications numériques : l'un, en tome I, relatif à l'introduction au calcul par éléments finis des structures fissurées et l'autre, en tome II traitant de la prévision de la rupture par fissuration des éléments de structures métalliques soumises à la fatigue. Chaque phénomène étudié est abordé suivant trois volets : - sa modélisation conceptuelle et théorique, - son utilisation dans les critères de résistance à rupture - et enfin sa mise en oeuvre en terme de faisabilité et d'application numérique. Le lecteur est mis en garde quant au fait que l'essentiel des développements du livre concerne les matériaux métalliques. L'extension des conclusions au cas de matériaux composites, élastomériques et plastiques est sujet à caution.
Book Description
Cette thèse est une contribution à l'étude du comportement à la rupture, à grande vitesse de déformation, d'un matériau fragile : le VERRE. Au cours de ce travail, où nous avons procédé à l'examen des mécanismes de rupture du verre float, deux volets ont été abordés : Mécanique de la Rupture sous Entaille : le couplage des méthodes expérimentales et numériques spécifiques a permis, à partir d'une analyse volumétrique du processus de rupture fragile, d'établir l'influence du gradient de contraintes en fond d'entaille et de déterminer le Facteur d'Intensité de Contrainte Entaille en mode I (mode d'ouverture). La prise en compte de l'effet d'inertie due aux solicitations dynamiques est faite par un modèle de type ORYNIACK. Endommagement et Ecaillage par Impact de Barre : l'écaillage par impact de barres provoqué par une superposition d'ondes de détentes, est un phénomène de nucléation et de croissance d'une zone endommagée à l'échelle microscopique. L'endommagement étant généralement défini par des approches classiques de type KACHANOV, nous proposons une formulation simple ayant des bases physiques. Les paramètres de ce nouveau modèle d'endommagements sont déterminés à partir de résultats expérimentaux et vérifiés par simulation numérique par la méthode des éléments finis
Book Description
L'oobjet de cet ouvrage est de fournir une vision globale des phénomènes responsables de la ruine de matériaux de structure ; en acquérant une connaissance concrète des mécanismes de rupture, le lecteur pourra développer une capacité à prévenir les défaillances et, en cas de rupture en service, déterminer et combattre les causes de ruine. L'ouvrage aborde les points suivant : les moyens utilisés pour examiner les ruptures ; les phénomènes générateurs des défauts dans les structures et les concepts mécaniques permettant de quantifier les sollicitations locales qu'ils induisent (mécanique de la rupture) ; les mécanismes physiques qui conduisent à la rupture d'une pièce donnée : rupture théorique, rupture ductile, clivage, déchirement, fatigue et effets d'environnement : corrosion sous contrainte, fatigue par corrosion, fragilisation par l'hydrogène, fluage... Les matériaux considérés sont principalement des métaux et alliages métalliques, ainsi que les céramiques, verres ou polymères ; les conduites à tenir en présence de défauts, les méthodes de calculs de durée de vie et la prévention. Privilégiant un souci constant de détailler les implications concrètes en les illustrant par des cas réels, réduisant au minimum les développements mathématiques pour favoriser la présentation qualitative des phénomènes, La rupture des matériaux se veut un ouvrage pédagogique et opérationnel. Il est principalement destiné à des étudiants ou des ingénieurs dé â familiarisés avec la science des matériaux et qui voudraient approfondir Les phénomènes spécifiques conduisant aux ruptures.
Book Description
Ce travail a pour but d'étudier la rupture des matériaux fragiles et plus exactement de développer une modélisation de la dispersion et de l'effet de volume observes pour ce type de matériaux. Les théories de la rupture developpees ici sont donc de type probabiliste. La prise en compte des défauts initiateurs de rupture, aussi bien dans la formulation que dans l'identification des modèles de rupture constitue l'orientation principale de ce travail. Ainsi, on étudie des approches locales classiques (weibull, batdorf, evans), qui ne différent essentiellement que par le choix de la variable critique. Une approche non locale, qui s'avère être une généralisation des modèles précédents, est également developpee. Elle permet d'introduire la géométrie des défauts dans le calcul de la probabilité de rupture. L'accent est alors mis sur la forte corrélation entre la microstructure des matériaux et leur comportement a la rupture, qui conduit a développer, par opposition aux classiques identifications phenomenologiques, des procédures d'identification de type micro-macro: les densités de défauts sont déterminées par analyse d'images micrographiques et directement reliées aux résultats d'essais mécaniques macroscopiques. Ce travail est réalise sur deux types de matériaux: un nitrure de silicium et un matériau composite hybride développe pour la circonstance
Book Description
En ingénierie mécanique, la rupture des matériaux est un risque qu'il convient d'anticiper et qui reste aujourd'hui une menace pour les structures. La rupture des systèmes pré-fissurés a lieu quand l'énergie libérée par la propagation de la fissure préexistante excède un seuil critique (taux de restitution d'énergie) qui représente une propriété du matériau. Au contraire, la rupture de systèmes sans défauts préexistants survient lorsque la contrainte appliquée atteint la résistance, également propriété du matériau. L'existence de deux critères pour la rupture semble indiquer des mécanismes d'amorçage différents, ce qui soulève la question des cas réels intermédiaires qui présentent des concentrations de contrainte modérées. Différentes approches existantes sont cohérentes avec les deux situations limites mais il n'y a pas de consensus clair dans la communauté scientifique. Dans cette thèse, nous étudions les mécanismes de la rupture fragile à l'échelle atomique afin d'en comprendre l'origine physique pour différentes concentrations de contraintes. La rupture provient de la rupture des liaisons à l'échelle atomique. Nous utilisons donc des techniques de simulation moléculaire pour étudier la physique élémentaire de l'initiation de la rupture fragile. Dans ce but, on étudie deux types de structure atomique. Le premier est un matériau modèle à maille triangulaire, dont le potentiel permet d'interpréter analytiquement, et avec précision, les résultats des simulations moléculaires. L'étude est étendue à un système plus réel : le graphène. Ce matériau, qui présente une résistance élevée au regard de sa faible ténacité, a l'une des plus petites tailles de zone d'élaboration par rapport aux autres matériaux fragiles, ce qui permet d'appliquer numériquement les concepts de la rupture fragile jusqu'à l'échelle nanométrique de la simulation moléculaire. On s'intéresse dans un premier temps à la rupture des matériaux à 0K. À cette température, un système atomique est en équilibre statique. La rupture peut donc être traitée comme une instabilité. L'analyse du profil énergétique du système atomique fournit un moyen d'identifier les mécanismes de rupture. Nous montrons qu'on peut identifier la rupture en cherchant les valeurs propres nulles ou négative de la matrice hessienne. Les vecteurs propres correspondants indiquent les modes de rupture et montrent l'apparition de bandes de transition entre mouvements de groupes d'atomes pour des systèmes intacts, dont la largeur rappelle la longueur d'élaboration, généralement introduite dans des théories macroscopiques d'initiation de la rupture. On étudie aussi l'effet de la présence de défauts sur les modes d'instabilité et leur dégénérescence. Cette étude fournit une technique générale pour identifier les mécanismes d'initiation de rupture quelle que soit la concentration de contrainte dans la structure. On s'intéresse ensuite aux températures non nulles. On étudie les effets combinés de la température, de la taille du système et du taux de chargement. En partant de la théorie cinétique, nous montrons qu'il existe des lois d'échelle générales fournissant une équivalence taille-vitesse de chargement-température et permettant de relier résistance et ténacité à la limite à 0K. La différence entre la loi d'échelle en résistance et celle en ténacité réside dans le fait que la rupture ne soit pas sensible à la taille du système pré-fissuré mais au nombre de pointes de fissure. Cela indique une différence statistique essentielle entre la rupture en résistance et la fracture ce qui permet de mieux comprendre la transition de l'une à l'autre. Dans l'esprit de mieux comprendre la transition entre les deux types de rupture, on traite le cas de trous elliptiques à différents rapports d'aspects et on analyse en même temps l'effet de cette transition sur les modes d'instabilité. On étudie en dernière partie, l'effet des surfaces libres et les différents paramètres caractérisant cette situation.
Author: Mohamed Jebahi Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 111910291X Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 198
Book Description
Complex behavior models (plasticity, cracks, visco elascticity) face some theoretical difficulties for the determination of the behavior law at the continuous scale. When homogenization fails to give the right behavior law, a solution is to simulate the material at a meso scale in order to simulate directly a set of discrete properties that are responsible of the macroscopic behavior. The discrete element model has been developed for granular material. The proposed set shows how this method is capable to solve the problem of complex behavior that are linked to discrete meso scale effects.
Book Description
Dans cette thèse, la modélisation de l'endommagement et de la rupture dynamique des matériaux quasi-fragiles est proposée en utilisant une approche double-échelle basée sur la méthode d'homogénéisation asymptotique. Des lois d'endommagement dynamique sont établies et des simulations numériques du comportement associé sont effectuées dans les cas de sollicitations correspondants aux trois modes classiques de la Mécanique de la Rupture. Le premier modèle d'endommagement dynamique est proposé pour le chargement en mode de cisaillement antiplan (mode III). La loi d'endommagement est déduite à partir d'un critère énergétique de type Griffith décrivant la propagation des microfissures, en utilisant la méthode de changement d'échelle basée sur des développements asymptotiques. Une étude locale de la réponse macroscopique prédite par ce nouveau modèle est faite pour mettre en évidence l'influence des paramètres, comme la taille de la microstructure et la vitesse de chargement, sur l'évolution de l'endommagement. Les résultats des simulations macroscopiques de rupture dynamique et les instabilités de branchement associées sont présentés et comparés à ceux des observations expérimentales. Le modèle est implémenté dans un code Éléments finis/Différences finies en utilisant le logiciel de calcul Matlab. Des simulations numériques de rupture rapide en mode d'ouverture (mode I) en utilisant une loi d'endommagement dynamique sont ensuite présentées. Le modèle utilisé pour ces simulations, est déduit à partir d'un critère microscopique de type Griffith en mode I en utilisant la méthode d'homogénéisation asymptotique. La loi d'endommagement obtenue est sensible à la vitesse de chargement qui influence le mode de rupture macroscopique. Des simulations numériques sont effectuées afin d'identifier les prédictions du modèle et les résultats obtenus sont comparés aux résultats expérimentaux. Différents tests, comme ceux de traction directe et de l'échantillon en forme de L pour les bétons, les essais d'impact sur des échantillons CCS en PMMA et le test d'impact de Kalthoff pour des roches calcaires sont reproduits numériquement. Ces simulations montrent que la vitesse de chargement détermine essentiellement la trajectoire de rupture macroscopique et la formation des branches associées, en accord avec les résultats expérimentaux. La loi a été implémentée dans le code d'éléments finis Abaqus/Explicit via une sub-routine VUMAT. Un troisième modèle d'endommagement est obtenu pour le mode de cisaillement plan (Mode II) par une démarche de modélisation double-échelle similaire à celle utilisée dans les deux premiers modèles, en tenant compte du contact unilatéral avec frottement sur les lèvres des microfissures. Une étude locale concernant l'effet du chargement de compression et du coefficient du frottement sur les fissures est faite. L'influence des paramètres comme la taille de la microstructure et la vitesse de déformation sur l'évolution de l'endommagement sont étudiés. Ces études sont complétées par des simulations des essais de rupture/frottement sur des échantillons en PMMA en utilisant le logiciel Abaqus/Explicit.
Author: Ba Danh Le
Author: Ba Danh Le
Author: Margaux Sage
Author: RECHO Naman
Author: Aimé-Claude Nyoungue
Author: Clément Lemaignan
Author: Clotilde Berdin
Author: Sabri Souguir
Author: Mohamed Jebahi
Author: Guy Vadam
Author: Megbeme Komla Atiezo