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Dissertations / Theses on the topic 'Constructions, Théorie des – Matériaux – Fatigue'
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Hoang-Tung, Vu. "Etude critique des méthodes simplifiées d'analyse des portiques en acier en zones sismiques." Rennes, INSA, 2006. http://www.theses.fr/2006ISAR0025.
Full text
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Gautier, Ewann. "Plasticité cyclique multiaxiale en zone confinée : approche théorique et expérimentale." Electronic Thesis or Diss., Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2023. http://www.theses.fr/2023ENTA0002.
Full textAbstract:
Les composants structurels présentent des zones de concentrations de contraintes conduisant à des états de contraintes hétérogènes, pouvant amener de la plasticité locale et à des ruptures en fatigue oligocyclique. Dans ce travail, deux volets sont proposés pour étudier le comportement local élasto-plastique cyclique au point critique. Dans un premier temps, une méthode analytique est proposée afin de prévoir la réponse locale uniquement au point critique de la structure. Dans un second temps, des mesures expérimentales sont obtenues grâce à des mesures in-situ par diffraction de rayons X afin de pouvoir questionner les prévisions de la méthode simplifiée et éléments finis. L’étude du comportement au point critique de la structure est réalisée à partir d’une méthode basée sur l’utilisation d’un Opérateur de Localisation Ajustable (OLA). Deux stratégies permettaient jusqu’alors d’identifier cet opérateur sur une structure. En s’inspirant de ces méthodes, deux axes d’améliorations sont proposés afin d’améliorer les prévisions numériques. Ces deux méthodes présentent un nouveau compromis intéressant entre le coût d’identification et la qualité des prévisions vis-à-vis de la référence numérique. Afin de confronter ces résultats numériques à des résultats expérimentaux, un protocole pour le suivi de contrainte in-situ par diffraction de rayons X est mis en place. Par la suite, des essais ont permis d’observer un comportement cyclique présentant notamment une relaxation progressive et continue de la contrainte moyenne jusqu’à l’amorçage d’une fissureThe structural components exhibit zones of stress concentrations leading to heterogeneous stress states, that can lead to local plasticity and low cycle fatigue failure. In this work, two parts are proposed to study the local cyclic elasto-plastic behavior at the critical point. First, an analytical method is proposed to predict the local response only at the critical point of the structure. In the second step, experimental measurements are obtained through in-situ X-ray diffraction measurements to question the predictions of the simplified finite element method. The study of the behavior at the critical point of the structure is carried out using a method based on the use of an Adjustable Location Operator (ALO). Until now, two strategies have been used to identify this operator on a structure. Based on these methods, two lines of improvement are proposed to improve the numerical predictions. These two in the presence of a new interesting compromise between the identification cost and the quality of the predictions with respect to the numerical reference. In order to compare these numerical results with experimental results, a protocol for in-situ stress monitoring by X-ray diffraction was set up. Subsequently, tests were carried out to observe cyclic behavior, with a progressive and continuous relaxation of the average stress until the initiation of a crack
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Gourinat, Yves. "Conception et réalisation du didacticiel de calcul de structures de l'Aérospatiale." Toulouse, ENSAE, 1989. http://www.theses.fr/1989ESAE0017.
Full textAbstract:
Le résultat de notre recherche est un logiciel opérationnel de formation en mécanique des structures. L'exploitation optimale des possibilités de la micro-informatique nous a conduit à mener une réflexion approfondie dans le domaine de la structuration et de la transmission des connaissances en mécanique. En nous fondant sur notre expérience d'étudiant, d'enseignant et d'ingénieur, nous avons adopté une philosophie de développement fondée sur l'approche progressive théorique et pratique des problèmes mécaniques, cherchant sans cesse à provoquer la curiosité, l'intérêt et la créativité de l'utilisateur. Le logiciel en couleurs starcolor constitue une application en vraie grandeur de cette philosophie, traitant, en une trentaine d'heures de cours, les calculs statistiques de structures de poutres et coques, les calculs en fatigue et les méthodes numériques.
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Li, Changle. "Application de la méthode d'analyse simplifiée des structures inélastiques à la fatigue de contact." Lille 1, 2004. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2004/50376-2004-233.pdf.
Full textAbstract:
Les dégradations observées dans les contacts soumis à des sollicitations de fretting apparaissent sous différentes formes en fonction des conditions de sollicitation. La prédiction de l'endommagement nécessite la connaissance du comportement des structures sous des chargements mécaniques qui varient périodiquement et peuvent induire ainsi des déformations irréversibles. Ceci conduit à une analyse inélastique des structures s'effectuant habituellement par l'utilisation de méthodes de type incrémentai. Dans le cas des chargements cycliques, ces méthodes amènent des coûts et des temps de calcul très élevés. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la Méthode d'Analyse Simplifiée des Structures Inélastiques proposée par le Professeur Zarka et al. Elle repose, par un calcul purement élastique, sur la décomposition de la réponse réelle (en une partie élastique et une partie plastique) et sur un changement de variable qui pennettent de détenniner l'état limite d'une structure ainsi que les contraintes résiduelles et les déformations plastiques. Nous avons appliqué la méthode d'analyse simplifiée au fretting en utilisant une méthode de "chargement équivalent de contact". Après l'application de la MASSI au fretting, nous obtenons l'état stabilisé. Selon la nature de l'état stabilisé, le matériau subit de la fatigue à faible ou à grand nombre de cycles. Dans le cas de la fatigue polycyclique, on s'intéresse à la prédiciton de l'initiation des fissures dues au fretting fatigue avec un critère de fatigue.
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Bercelli, Lorenzo. "Étude des propriétés en fatigue polycyclique des matériaux et des structures obtenus par le procédé de fabrication additive arc-fil." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2021. http://www.theses.fr/2021ENTA0008.
Full textAbstract:
Les procédés de fabrication additive s’imposent comme des moyens de production alternatifs pour la fabrication de pièces aux géométries complexes et à forte valeur ajoutée. C’est le cas du secteur industriel naval, où est proposée l’utilisation du procédé Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) pour la fabrication de pièces pouvant être creuses. Les matériaux issus de ce procédé présentent classiquement une microstructure hétérogène, des défauts internes, un champ de contraintes résiduelles et des aspérités marquées en surface. Dans ce contexte, et afin de mettre en place une méthode de dimensionnement en fatigue polycyclique d’une structure fabriquée par WAAM, les objectifs de cette thèse sont de proposer des méthodes de prévision prenant en compte, d’une part, les défauts internes inhérents au procédé, et d’autre part, l’état de surface brut de fabrication. La démarche adoptée pour répondre à ces objectifs repose sur l’utilisation de la thermométrie au cours d’essais cycliques pour l’identification de paramètres utiles à la mise en place de modèles probabilistes adaptés à chaque problématique. Il est ainsi montré, d’une part, que l’auto-échauffement (associé au caractère dissipatif) du volume moyen d’éprouvettes usinées, insensible à la présence de rares pores, permet l’identification de propriétés en fatigue d’un matériau virtuellement sain et par étude numérique du matériau avec ses défauts internes. D’autre part, le suivi par thermo-élasticimétrie (associé au couplage thermo-élastique) de surfaces brutes de fabrication permet la détection de l’amorçage de fissure et leur suivi en vue de l’identification d’une loi de propagation. Enfin ces observations sont confrontées au cas d’application d’une structure creuse aux faces internes brutes, à partir de laquelle sont posées les bases d’une démarche de dimensionnementAdditive manufacturing processes act as an alternative to the production of complex geometries and high added value parts. It is the case in the naval industry for which the Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) process is used to fabricate hollow structures. WAAM materials usually show a heterogeneous microstructure, internal defects, a strong residual stress field and rough asbuilt surfaces. The objective of the present work is to propose a method for fatigue life prediction taking into account both the internal defects and the rough asbuilt surfaces. The material parameters of probabilistic models are determined through the use of thermometry in fatigue tests. Firstly, it is shown that the self-heating of machined samples is not affected by the presence of rare pores, allowing for the identification of the fatigue properties of a virtually defect-free WAAM material. Secondly, the use of infrared thermography allows for the detection and the tracking of fatigue cracks on rough as-built surfaces of samples, giving useful information to the modelisation of crack propagation. Finally, these tests results are confronted to the case of a hollow WAAM structures with rough as-built internal surfaces. The fatigue testing of these structures allow to set the basis of a fatigue dimensioning method
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Massart, Thierry Jacques. "Multi-scale modeling of damage in masonry structures." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2003. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/211218.
Full textAbstract:
The conservation of structures of the historical heritage is an increasing concern nowadays for public authorities. The technical design phase of repair operations for these structures is of prime importance. Such operations usually require an estimation of the residual strength and of the potential structural failure modes of structures to optimize the choice of the repairing techniques.
Although rules of thumb and codes are widely used, numerical simulations now start to emerge as valuable tools. Such alternative methods may be useful in this respect only if they are able to account realistically for the possibly complex failure modes of masonry in structural applications.
The mechanical behaviour of masonry is characterized by the properties of its constituents (bricks and mortar joints) and their stacking mode. Structural failure mechanisms are strongly connected to the mesostructure of the material, with strong localization and damage-induced anisotropy.
The currently available numerical tools for this material are mostly based on approaches incorporating only one scale of representation. Mesoscopic models are used in order to study structural details with an explicit representation of the constituents and of their behaviour. The range of applicability of these descriptions is however restricted by computational costs. At the other end of the spectrum, macroscopic descriptions used in structural computations rely on phenomenological constitutive laws representing the collective behaviour of the constituents. As a result, these macroscopic models are difficult to identify and sometimes lead to wrong failure mode predictions.
The purpose of this study is to bridge the gap between mesoscopic and macroscopic representations and to propose a computational methodology for the analysis of plane masonry walls. To overcome the drawbacks of existing approaches, a multi-scale framework is used which allows to include mesoscopic behaviour features in macroscopic descriptions, without the need for an a priori postulated macroscopic constitutive law. First, a mesoscopic constitutive description is defined for the quasi-brittle constituents of the masonry material, the failure of which mainly occurs through stiffness degradation. The mesoscopic description is therefore based on a scalar damage model. Plane stress and generalized plane state assumptions are used at the mesoscopic scale, leading to two-dimensional macroscopic continuum descriptions. Based on periodic homogenization techniques and unit cell computations, it is shown that the identified mesoscopic constitutive setting allows to reproduce the characteristic shape of (anisotropic) failure envelopes observed experimentally. The failure modes corresponding to various macroscopic loading directions are also shown to be correctly captured. The in-plane failure mechanisms are correctly represented by a plane stress description, while the generalized plane state assumption, introducing simplified three-dimensional effects, is shown to be needed to represent out-of-plane failure under biaxial compressive loading. Macroscopic damage-induced anisotropy resulting from the constituents' stacking mode in the material, which is complex to represent properly using macroscopic phenomenological constitutive equations, is here obtained in a natural fashion. The identified mesoscopic description is introduced in a scale transition procedure to infer the macroscopic response of the material. The first-order computational homogenization technique is used for this purpose to extract this response from unit cells. Damage localization eventually appears as a natural outcome of the quasi-brittle nature of the constituents. The onset of macroscopic localization is treated as a material bifurcation phenomenon and is detected from an eigenvalue analysis of the homogenized acoustic tensor obtained from the scale transition procedure together with a limit point criterion. The macroscopic localization orientations obtained with this type of detection are shown to be strongly related to the underlying mesostructural failure modes in the unit cells.
A well-posed macroscopic description is preserved by embedding localization bands at the macroscopic localization onset, with a width directly deduced from the initial periodicity of the mesostructure of the material. This allows to take into account the finite size of the fracturing zone in the macroscopic description. As a result of mesoscopic damage localization in narrow zones of the order of a mortar joint, the material response computationally deduced from unit cells may exhibit a snap-back behaviour. This precludes the use of such a response in the standard strain-driven multi-scale scheme.
Adaptations of the multi-scale framework required to treat the mesostructural response snap-back are proposed. This multi-scale framework is finally applied for a typical confined shear wall problem, which allows to verify its ability to represent complex structural failure modes.
Doctorat en sciences appliquées
info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Roukieh, Samir. "Contribution des commandes optimale, à structure variable, et par logique floue à la synthèse des suspensions automobile." Toulouse, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAT0043.
Full textAbstract:
Les travaux presentes dans cette these concernent la contribution de l'approche systeme de l'automatique a la synthese de systemes de suspension automobile passive, semi-active et active. La conception des suspensions passive, active ou semi-active des voitures modernes est confrontee a des exigences contradictoires de confort d'une part, de securite et de tenue de route d'autre part. Aussi, une demarche d'ingenierie de systemes est necessaire (modelisation, analyse, identification, controle simulation, implementation, et essais): elle est basee sur l'utilisation de modeles mathematiques raisonnablement compliques et de methodes avancees de l'automatique moderne (controle optimal, controle a structure variable, controle flou). Cependant, etant donnees les limitations actuelles des methodes de conception de commande pour des systemes non lineaires multivariables, la conception des suspensions est faite sur la base de modeles multivariables lineaires ; leurs performances sont testees ensuite en simulation sur des modeles realistes, non lineaires, avec retard, saturation et hysteresis et en essai (sur banc 1/4 de vehicule pour ce qui nous concerne). Dans cette these, nous presentons, a partir de l'utilisation de modeles quart de vehicule (2ddl), demi-vehicule (4ddl), vehicule complet (7ddl), et de profil de route (deterministe et stochastique) la conception de suspensions active et semi-active mettant en jeu des controleurs optimaux (lineaire quadratique lqr/lqg, approches globale et decentralisee), des controleurs a structure variable vss et des controleurs robustes flous. L'efficacite de la demarche et les performances des differents controleurs sont analysees, en simulation en mettant en uvre un outil de simulation non lineaire (easy 5/w de boeing computer services) tandis que le progiciel matlab est utilise pour tous les calculs classiques de l'automatique lineaire. Dans un deuxieme temps, uniquement les performances des suspensions passives et semi-actives utilisant l'actionneur boge sont evaluees, par essais sur banc 1/4 de vehicule. Quelques reflexions sur la technologie et les problemes d'implementation sur vehicule reel terminent cette these
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Thomas, Jean-Jacques. "Contrôle non destructif des matériaux et des structures par analyse dynamique non linéaire." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1995. http://www.theses.fr/1995EPXX0020.
Full text
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Roux-Langlois, Clément. "Simulation de fissures courbes en trois dimensions avec extraction directe des facteurs d'intensité des contraintes : En vue de l'identification de lois de propagation de fatigue." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0112/document.
Full textAbstract:
La compréhension du comportement de structures jusqu'à leur ruine est nécessaire pour concevoir au mieux ces structures. Selon le matériau et les sollicitations considérées, les mécanismes physiques à l'origine de la rupture changent. Nous nous intéresserons à des matériaux homogènes pour lesquels la ruine passe par le développement de fissures autour desquelles les non-linéarités de comportement n'ont pas un rôle dominant. Ces conditions sont réunies pour les matériaux fragiles pour lesquels la source principale de dissipation est la génération non réversible d'une surface libre, et pour certaines fissures de fatigue. Sur un cycle de chargement, il existe de nombreuses applications pour lesquelles les non-linéarités restent confinées. La théorie de la mécanique linéaire élastique de la rupture est alors un modèle pertinent pour approcher le comportement de la structure. Sous ces hypothèses, le front de la fissure introduit une singularité. L'étude asymptotique de cette singularité dans des situations plane et anti-plane permet de définir les séries de Williams. La singularité est alors d'ordre un demi et elle est quantifiée par les facteurs d'intensité des contraintes (FIC) pour chacun des trois modes de sollicitations. En 3D, la fissure peut avoir une géométrie complexe, et aucune expression générale de la singularité n'existe. Dans cette thèse, les séries de Williams en déplacements sont utilisées et régularisées le long du front au sens des éléments finis. À partir de cette définition 3D des séries asymptotiques en pointe de fissure, une méthode d'extraction directe des FIC (DEK-FEM) est étendue au cas 3D. Le domaine est décomposé en deux domaines, raccordés en moyenne sur l'interface. Au voisinage du front, les champs mécaniques sont approchés par une troncature des champs asymptotiques. La singularité est donc traitée avec des champs adaptés, et les degrés de liberté associés sont directement les coefficients asymptotiques. Parmi ces coefficients asymptotiques, on retrouve les FIC et les T-stresses. Pour des raisons d'efficacité numérique et pour pouvoir relier l'échelle de la structure à l'échelle de la fissure, cette méthode est intégrée dans un contexte multigrilles localisées X-FEM. Ainsi nous montrons que cette approche permet une bonne évaluation des évolutions des FIC et du T-stress. Cette méthode est développée en parallèle d'une stratégie de post-traitement expérimental (mesure de champs de déplacements par corrélation d'images) basée sur les mêmes séries asymptotiques. Les images tridimensionnels d'un essai de fatigue in situ sont obtenues par micro-tomographie à rayons X et reconstruction. La corrélation et la régularisation basées sur les séries asymptotiques permettent d'obtenir la géométrie de la fissure et les FIC pour pouvoir identifier des lois de propagation de fissures 3D en fatigue. L'efficacité de cette méthode en parallèle d'une simulation DEK-FEM est illustrée en 2DIt is necessary to understand the behavior of structures up to their failure to enhance their design. The mechanisms and phenomena undergoing failure vary according to the considered material and boundary conditions. We consider homogeneous materials for which cracks propagate in a context where behavior nonlinearities are not dominants. These conditions are matched for brittle and quasi-brittle materials and for some fatigue cracks. For the former, the main source of dissipation is the crack propagation which can be seen as the generation of a new free-surface. For the later, there is many applications where, in one loading cycle, the nonlinearities remains confined around the crack tip. The linear elastic fracture mechanics theory is then a pertinent model to approximate the structure behavior. Under such hypotheses, a singularity appears in the crack tip vicinity. The Williams' series expansion is computed from the asymptotic study of plane and anti-plane states. The stress is singular at the crack tip and the order of this singularity is one out of two. The singularity amplitude is quantified by the stress intensity factors (SIF), one for each of the three loading modes. In 3D, the crack shape is potentially complex (front curvature and non-planar crack), and no general asymptotic series expansion exists. In this PhD thesis, the 2D Williams' series in displacements are used and regularized with a finite element evolution along the front. From this 3D definition of the asymptotic fields in the crack tip vicinity, a numerical method for direct estimation of the SIF (DEK-FEM) is extended to 3D. This method is based on domain decomposition, the two domains are bounded in a weak sense on their interface. In the crack tip vicinity, the mechanical fields are approximated by a truncation of the asymptotic series expansion. Therefore, appropriate fields are used to deal with the singularity, and the associated degrees of freedom are directly the asymptotic coefficients. Among these coefficients are the SIF and the T-stresses. To bridge the scales between the structure and the crack front singularity and to increase the numerical efficiency, this method is embedded in a localized X-FEM multigrids approach. The proposed method is shown to provide an accurate evaluation of the SIF and T-stresses evolution. This approach has been developed in combination of an experimental post-processing method (full field displacement measurement through image correlation) based on the same asymptotic series expansion. The 3D images can be obtained for in situ fatigue experiments by X-ray microtomography and reconstruction. The crack geometry and the SIF are then provided by image correlation and regularization based on Williams series expansion. These data can be used for identifying a 3D fatigue crack growth law. The efficiency of the method is illustrated in 2D
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Perrot, Arnaud. "Conditions d'extrudabilité des matériaux à base cimentaire." Rennes, INSA, 2006. http://www.theses.fr/2006ISAR0017.
Full textAbstract:
L’extrusion des matériaux à base cimentaire est un procédé de mise en forme encore très peu utilisé et étudié. Notamment, les propriétés de l’écoulement d’extrusion de ces pâtes fermes sont encore méconnues. La possibilité d’extruder des matériaux à base cimentaire apparaît comme prometteuse dans le domaine de la préfabrication d’éléments présentant des résistances mécaniques élevées. L’étude du comportement rhéologique et tribologique a démontré le comportement plastique frottant des matériaux étudiés. La mesure de la perméabilité et des caractéristiques de compressibilité du squelette granulaire montre que les temps caractéristiques du phénomène de filtration er du procédé d’extrusion sont proches. L’ajout d’une sollicitation de vibration modifie la rhéologie du matériau (réduction du seuil de cisaillement liée à la vitesse de la vibration). L’observation de la typologie de l’écoulement d’extrusion axisymétrique engendré par le mouvement d’un piston à travers un rétrécissement brutal montre le développement de deux zones consolidées au cours de l’extrusion. La première zone est située à proximité du piston et la seconde constitue la zone morte. Un modèle analytique simplifié permettant de calculer l’effort d’extrusion pour cette géométrie en intégrant les hétérogénéités induites par l’écoulement est développé et validé. Un procédé de mise en forme continu possiblement applicable industriellement est ensuite testé : l’extrusion à vis des matériaux. Les résultats montrent qu’avec une vitesse de rotation de la vis suffisante, l’écoulement généré est non drainé et le matériau reste homogène. La pertinence du couplage entre vibration et extrusion est aussi démontrée. Ce couplage permet une diminution des efforts d’extrusion. Finalement, les limites du domaine d’extrudabilité en vitesse de rotation de la vis et en vitesse de vibration sont déterminées et visualisées sur un graphique bidimensionnelCement based material extrusion is not yet a very common forming process. As example, extrusion flow properties of such firm pastes are not well described. The possibility to extrude cement base materials seems to be very promising in the scope of high mechanical performanceprecast concrete. The study of the rheological and tribological behaviour shows that the studied materials exhibit a frictional plastic behaviour. The measurements of the permeability and compressibilty properties of the granular skeletons indicate the time of fluid filtration and the extrusion time are close. The addition of a vibration change the materials rheology (yield stress reduction with the vibration velocity). The observation of the axisymetrical flow typology induced by a ram displacement toward a square entry die shows the development of two dewatered zones during the extrusion. The first zone is located near the ram and the second is the dead zone. A simplified analytical model allow to compute the extrusion force, in such geometry, integrating the flow induced heterogeneities. An ininterrupted forming process industrially working is then studied: the material screw extrusion. Results show that with a sufficient rotation velocity of the screw, the induces flow is undrained and the material stays homogeneous. The pertinency of a coupling between vibration and extusion is then demonstrated. Such coupling allows to reduce the extrusion force. Finally, the limits of the extrudability domain in rotation velocity and vibration velocity is determined and plotted in two dimensions
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Farooghi, Farzin. "Caracterisation des interfaces de chaussees mixtes : modelisation mecanique, auscultation radar." Rennes, INSA, 2005. http://www.theses.fr/2005ISAR0023.
Full textAbstract:
L'interface entre couches bitumineuse et hydraulique des structures de chaussées mixtes est étudiée, d'une part via la simulation du cisaillement mécanique de l'interface à l'échelle granulaire et d'autre part via l'analyse de la réponse numérique et expérimentale du bi-couche à un signal radar. Dans la première partie, nous avons d'abord observé, par la méthode analytique, que la présence du décollement diminue considérablement la durée du service de ces structures. Ensuite, nous avons mis en évidence, par la méthode des Eléments Distincts, l'influence du liant et du frottement aux contacts ainsi que la granularité sur la résistance au cisaillement. Dans la deuxième partie, le système radar est appliqué pour détecter les défauts d'interfaces. L'influence de la nature et de l'épaisseur des différents types d'interfaces (saine, décollée et dégradée du matériau hydraulique) est mis en évidence à l'aide de l'amplitude maximale et du temps de retard du signal réfléchi aux interfaces.The interface between a bituminous and cement pavement of the composite structures is studied, firstly using DEM simulations of a direct shear test and secondly via the analysis of the numerical and experimental response of double-layered to a signal radar. In the first part, we initially observed, by the analytical method, that debonding considerably decreases the life service of these structures. Then, we highlighted, by the Distinct Elements method, the influence of the contact bond, the friction and the particles grading on the shear strength. In the second part, the radar system is applied to detect the interface defects. We highlight the influence of the nature and thickness of the various types of interfaces (bonding , debonding and damaged of cement material) using the maximum amplitude and of the time delay of the signal reflected on the interfaces
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Duprat, Didier. "Contribution à l'amélioration des méthodes de calcul en fatigue et tolérance aux dommages pour la conception, la justification et la maintenance des avions civils." Toulouse 3, 1996. http://www.theses.fr/1996TOU30268.
Full textAbstract:
La presente etude s'inscrit dans le cadre des travaux sur la fatigue des structures metalliques des avions civils. La conception, la justification, et la maintenance des structures aeronautiques necessitent l'utilisation de moyens de calculs parfaitement adaptes et fiables pour assurer la securite d'exploitation des avions. Les objectifs sont, d'une part, d'exposer de maniere synthetique et claire les differents modeles et approches utilises, et d'autre part, de proposer des ameliorations portant sur les outils de prevision en fatigue et mecanique de la rupture. Trois themes principaux, choisis pour leur interet industriel, servent de fil conducteur a ce travail de recherche: - concernant la tolerance aux dommages, un programme de maintenance est realise pour les elements structuraux de l'avion susceptibles de poser des problemes en fatigue. Ce programme est caracterise par une date de premiere inspection (seuil de premiere inspection) et des intervalles d'inspection. La reglementation actuelle, guidee par l'advisory circular 25. 571 1a, tolere une determination du seuil sur la base d'une analyse fatigue. Or, l'a. C. 25. 571 1b, en cours de finalisation, demande un calcul en propagation du seuil a partir d'un defaut initial pour certaines configurations geometriques. Apres avoir quantifie les repercussions de ce changement, l'etude propose des perfectionnements des modeles de propagation (prise en compte du comportement petites fissures, integration d'un seuil de non fissuration, propagation dans des zones expansee ou avec interference) et apporte des precisions sur la taille de defaut initial a considerer. - traditionnellement, le calcul en fatigue a l'aerospatiale repose sur l'exploitation de courbes de wohler. L'inconvenient majeur de cette approche (dite globale) est qu'elle necessite pour chaque type de structure et de materiau un nombre important d'essais. En outre, les resultats experimentaux obtenus pour une structure sont difficilement extrapolables a une autre. L'auteur propose une methode de calcul local de l'endommagement sous sollicitation variable uniaxiale. - l'estimation d'une duree de vie en fatigue est actuellement possible pour la plupart des applications rencontrees en aeronautique car elles peuvent etre assimilees le plus souvent a un etat simple de contrainte (traction uniaxiale par exemple). Cependant, le calcul s'avere beaucoup plus complexe si l'etat des contraintes est multiaxial. Il est alors possible de faire appel a des methodes de calcul simplifiees, en ne gardant par exemple que la contrainte principale maximale. Toutefois, ces methodes ne prennent pas en compte la totalite du chargement et ne peuvent predire de maniere fiable une duree de vie. De plus, elles ne sont pas systematiquement conservatives. Un formalisme adapte aux applications aeronautiques, pouvant traiter des sollicitations multiaxiales, est propose dans cette etude. Des essais sous chargement biaxial confirment les estimations de duree de vie
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Davoodi, Behnam. "Etude du comportement quasi-statique et dynamique des matériaux métalliques à haute température : simulation numérique du formage à chaud." Rennes, INSA, 2006. http://www.theses.fr/2006ISAR0010.
Full textAbstract:
L'objectif de cette these reside dans le recherche de lois de comportement pour la simulation du formage a chaud de metal a grandes vitesses de deformations. On s'y interesse plus particulierement a l'etude du comportement dynamique de l'aluminium 5083 a partir d'essais a chaud sur le systeme shpb pour l'identification des parametres de la loi de comportement a grandes vitesses de deformation et hautes temperatures. Une nouvelle geometrie d'echantillon (de type haltere) est proposee pour faciliter le test shpb a hautes temperatures. La capacite de cet echantillon a maintenir sa temperature entre la coupure du systeme de chauffage et l'impact du projectile, avec ou sans contact l'instant de prealable avec les barres, a ete comparee a celle de l'echantillon cylindrique a partir d'experiences et de simulations par la methode des elements-finis. La forme de l'echantillon a ete optimisee en comparant tous les resultats obtenus experimentalement et par simulation. Les parametres des modeles de materiau ont ete identifies grace a des donnees experimentales en utilisant la methode de l'analyse inverse. Pour la validation des modeles de materiau, des tests shpb ont ete simules a differentes vitesses de deformation et differentes temperatures. Le code d'elements finis abaqus/explicite a ete utilise pour ces simulations. La methode de validation utilisee ici a ete de comparer l'historique des contraintes mesurees par des jauges sur les barres de pression avec ces memes contraintes obtenues par simulation. En conclusion de ce travail, un exemple d'application sur un procede de formage a chaud d'un panneau d'aluminium utilise dans l'aeronautique est presente, simule et etudie par une modelisation aux elements finisThe objective of this thesis lies within the general scope of searching constitutive equations for simulation of hot metal forming at high strain rate. In particular, we are interested in studying the dynamic behavior of aluminum 5083 by utilizing the shpb system for identification of the constitutive equation parameters at high strain rates and high temperatures. A new specimen in the form of a halter is introduced to facilitate the shpb test at an elevated temperature. The ability of this specimen to maintain its temperature, relative to the cylindrical specimen, between the cut-off of the heating device and prior to the impact of the striker, with or without contact with the pressure bars, has been studied via both experimental tests and finite element methods. The form of the specimen was optimized by comparing all the results obtained in experiments and by simulation. The parameters for all material models are identified from experimental data by using the inverse analysis method. For validation of the material model, shpb test is simulated at various strain rates and various temperatures. The explicit finite element code abaqus is used in these simulations. The validation methodology used here is to compare the recorded strain gauge histories measured on the pressure bars with the histories of the simulated strain gauges. Finally, an example is presented, where the process of hot forming of aluminum panels of airplanes is simulated and studied via fe modeling
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Abdelghani, Maher. "Identification temporelle des structures : approche des algorithmes sous-espace dans l'espace état." Montpellier 2, 1995. http://www.theses.fr/1995MON20185.
Full textAbstract:
Les methodes d'identification temporelles permettent dans certains cas de franchir les limites inherentes aux methodes frequentielles. La majorite des methodes temporelles traitent les modeles polynomiaux connus pour introduire des problemes mathematiques mal conditionnes au plan numerique. On presente dans ce travail la mise en uvre, l'analyse et la comparaison des algorithmes sous-espace (n4sid, moesp) appliquees a l'identification des structures. Des modifications sont proposees afin de les rendre plus robustes. Des etudes, par simulation, et experimentales, mettent en exergue leurs avantages par rapport a d'autres methodes telles que era ou arx
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Ciutina, Liviu Adrian. "Assemblages et comportement sismique de portiques en acier et mixtes acier-béton : Expérimentation et simulation numérique." Rennes, INSA, 2003. http://www.theses.fr/2003ISAR0016.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce mémoire concerne la réponse sismique d'ossatures non contreventées en portiques métalliques ou en portiques mixtes acier-béton, influencée par le comportement des assemblages. Les assemblages, de type poutre-poteau, en acier ou la partie en acier des assemblages mixtes sont réalisés par des platines d'extrémités boulonnées, utilisant des boulons H. R. à serrage contrôlé. La première partie de l'étude, à caractère expérimental, relate plusieurs séries d'essais effectués à Rennes et à Timisoara ; son objectif est de rechercher des dispositions constructives appropriées en vue d'obtenir un meilleur comportement ductile des assemblages métalliques et mixtes, soumis à des chargements de types monotone et cyclique, ces chargements pouvant être symétriques ou fortement dissymétriques. Une attention particulière est accordée à certains points de détails des assemblages : partie inférieure de la platine boulonnée au moyen d'essais élémentaires de type " T-stub ", type de chanfrein à exécuter pour le soudage des poutres à la platine, renforcement du panneau d'âme du poteau métallique par des doublures, etc. Cette étude a permis de confronter les résultats de l'expérience aux modèles de calcul des normes actuelles, et de proposer quelques recommandations et formules simples permettant un meilleur comportement dissipatif. Une deuxième partie porte sur le calibrage des modèles numériques à l'aide du logiciel DRAIN 2DX, par rapport aux résultats des essais expérimentaux. En utilisant un modèle à fibres pour les éléments de type poutre-poteau, et en intégrant les caractéristiques mesurées des matériaux, on peut arriver à un bon accord avec les résultats d'essais. Pour les assemblages proprement dits, un modèle sophistiqué, basé sur une courbe enveloppe de réponse multi-linéaire incluant un comportement cyclique dégradable conduit également à une simulation convenable des courbes réelles moment-rotation. Dans la troisième partie, qui s'appuie sur des analyses non linéaires dynamiques et sur des données d'accélérogrammes du sol, on s'efforce de tirer parti des comportements des assemblages métalliques et mixtes expérimentés en laboratoire. Cinq portiques, dont un métallique et quatre mixtes sont analysés, en considérant les poutres reliées aux poteaux par des assemblages ayant des comportements similaires à ceux expérimentaux, donc plus ou moins rigides et/ou plus ou moins résistants. L'emplacement des structures a été supposé dans des zones de nature et d'intensité sismiques différentes, en particulier la France et la Roumanie. Les réponses des structures sont jugées en termes d'exigences portant sur les rotations élasto - plastiques des zones dissipatives et les déplacements relatifs entre étages. La réponse en ductilité globale est traduite en termes de facteur de comportement q et de rendement sismique ηThe work presented in this report concerns the seismic response of moment resisting steel or composite steel-concrete frames, influenced by the behaviour of their joints. The steel of the beam-to-column joints or the steel part in the case of composite joints are realised by bolted end-plate connections, using HSF bolts with controlled preloading. The first part of the study, having an experimental character, relates several series of tests, performed at Rennes and at Timisoara; its objective is to research the appropriate constructive layouts for an improved ductile behaviour of the steel and composite end-plate beam-to-column connections under monotonic and cyclic types of loading, under symmetrical or strongly unsymmetrical conditions. A particular attention is given to some detail points of the connections: the inferior part of the end-plate, by means of basic experimental tests on “T-stub” subassemblies, bevel type used for welding of beams to the end plates, the reinforcing of the column steel panel of the steel column by doubling plates, etc. This study allowed us to compare the experimental results with those of the models proposed by recent codes and to propose some recommendations and simple formulae in order to permit a better dissipative behaviour. A second part concerns the calibration of numerical models, by the help of DRAIN 2DX computer code, according to the results of the experimental tests. In the case of beam-columns type of elements, using a fibre model and including the measured characteristics of the materials it was proved that we can arrive to a good agreement as compared to the experimental results. As for the connections themselves, a sophisticated model, based on a multi-linear envelope curve of response and including a degrading cyclic behaviour, leads also to an adequate simulation of the real moment-rotation response curves. Into the third part, based on the dynamic non-linear analyses and on soil accelerograms, we try to take advantage of the behaviour of the steel and composite connections tested in laboratory. Five moment frames, from which one metallic and four composite are analysed, considering the beams jointed to columns by connections having a similar behaviour of those tested experimentally, so more or less rigid and/or more or less resistant. The location of the structures was supposed in zones having different nature and seismic levels, particularly in France and Romania. The responses are judged in terms of the required élasto-plastic rotation of the dissipative elements and by the required inter-story drifts. The global ductility response is interpreted in terms of the behaviour factor q and of the seismic performance factor η
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Cheikh, Mohammed. "Réanalyse de l'équilibre des structures : application à l'étude des assemblages collés et de l'endommagement des matériaux composites." Dijon, 1997. http://www.theses.fr/1997DIJOS079.
Full textAbstract:
Dans cette étude, nous proposons une généralisation de la méthode de réanalyse de l'équilibre des structures à la réanalyse de rigidité (géométrie et matériaux). Cette généralisation fait appel à des conditions mixtes, portant simultanément sur les efforts et les déplacements. Une application a l'endommagement decoule naturellement de cette methode et sera proposee. Cette méthode a pour avantage de donner une solution générale du système de l'équilibre, indépendamment des conditions aux limites. Du point de vue numérique, nous présentons également une méthode de résolution du système singulier par décomposition permettant d'éviter le calcul de l'inverse régularisée. Cette décomposition rejoint le concept de l'inverse partiel de Moore-Penrose. Elle permet un gain en temps de calcul et une simplicité de présentation. Elle facilite l'étude du comportement non linéaire des matériaux et notamment le cas de la variation de rigidité. La puissance de la méthode de réanalyse provient en partie de la facilité avec laquelle elle permet d'imposer des conditions cinématiques diverses. Avec l'extension proposée, toute loi mécanique pouvant s'exprimer directement ou indirectement par des conditions cinématiques ou mixtes peut être modélisée par cette méthode. Ce qui nous a permis de modéliser par exemple, des conditions portant sur le vecteur contraintes alors que cette méthode est basée sur les éléments finis en déplacements. Notre travail est divisé en deux parties : la première est consacrée à la réanalyse avec modification des conditions aux limites en chargements, en déplacements et en contraintes. La deuxième partie de cette étude est consacrée à la réanalyse de rigidité. Comme application, nous traitons le cas de l'endommagement des matériaux composites unidirectionnels.
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Enjalbert, Paul. "Sur la théorie des méconnaissances en conception robuste." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00572820.
Full textAbstract:
Lors de la modélisation du comportement mécanique de structures comme des avions, ou des lanceurs spatiaux, il subsiste des incertitudes parfois fortes, notamment en ce qui concerne l'évaluation des efforts extérieurs ou la rigidité des liaisons. Jusqu'à présent, des coefficients de sécurité, souvent forfaitaires, sont employés, de manière à assurer le bonne tenue des structures, en se basant sur les résultats de modèles simplifiés de la réalité. Cette thèse s'inscrit dans la problématique de validation des modèles numériques utilisés, et tente d'apporter des outils pratiques pour le dimensionnement de toute structure réelle, en présence d'incertitudes, tout en limitant les sur-dimensionnements liés à l'éventuel emploi de coefficients de sécurité. Dans cette optique, les travaux présentés ici s'appuient sur la théorie des méconnaissances, qui vise à remplacer les politiques de marges par une approche un peu plus scientifique. Développée au LMTCachan depuis 2002, son objet est de fournir, moyennant une modélisation originale des incertitudes en présence, les bornes de l'intervalle qui, pour une famille de structures donnée, a une certaine probabilité de contenir la quantité d'intérêt recherchée. Nous proposons des extensions permettant de modéliser les incertitudes portant sur les efforts appliqués aux structures étudiées, ou sur des rigidités anisotropes. Un autre aspect du travail présenté concerne la propagation des méconnaissances introduites à des quantités d'intérêt statiques, de type contraintes ou déplacements locaux. Une fois ceci défini, il est alors possible de définir une approche permettant d'estimer la probabilité de défaillance d'une structure à partir d'un modèle avec méconnaissances, et d'obtenir des indicateurs de la marge disponible par l'amélioration de telle ou telle méconnaissance. Cette approche permet d'inscrire la théorie des méconnaissances dans une optique de conception robuste.
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Luu, D. H. "Théorie à Gradient: Models de Comportement et Critères de Fatigue; Application en Micromécanique." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00866081.
Full textAbstract:
Le travail porte sur deux grandes classes de modèles mécaniques à gradient : les modèles de comportement élastoplastiques et les modèles de fatigue à grand nombre de cycles. Sa principale motivation vient du fait que les problématiques nanomécaniques deviennent de plus en plus importantes dans l'ingénierie et les technologies microélectromécaniques. Dans ces problèmes à petites échelles, les effets de gradient et d'échelle deviennent significatifs. Leur prise en compte dans le dimensionnement et donc dans les modèles de comportement et de durée de vie est nécessaire pour une bonne estimation de la fiabilité de tels dispositifs. Dans cette thèse, l'auteur s'est attaché à étudier d'une part les modèles de comportement élastoplastiques à gradient dans un cadre standard généralisé, d'autre part les possibilités d'extension des critères fatigue à grand nombre de cycles. Ces deux thématiques constituent les deux grandes parties (A et B) du mémoire présenté. Partie A- Modèles de comportement standards à gradient Après une analyse de la littérature abondante sur les formulations des lois de comportement élastoplastiques à gradient, l'auteur a retenu celles proposées par Q.S. Nguyen (2000, 2005, 2011 et 2012). Elle se base sur une approche globale cohérente, mise en oeuvre dans le cadre standard généralisé (à partir du potentiel thermodynamique et du potentiel de dissipation). Elle permet l'obtention des équations de comportement, d'évolution ainsi que des principes variationnels associés. Ce cadre rend aisé aussi le traitement des questions relatives à l'unicité des solutions. Les modèles à gradient élastoplastiques considérés comprennent différents types d'écrouissage (cinématique et isotrope). Lorsque le potentiel de dissipation dépend du gradient des variables internes, l'implémentation numérique de ces modèles présente des difficultés. Une méthode de régularisation de l'énergie permet de surmonter celles-ci. La présence du gradient conduit à un problème d'évolution non standard avec une équation de Laplace et des conditions aux limites traduites par des équations différentielles du second ordre. La méthode de résolution choisie et implémentée dans la code CAST3M est similaire à celle utilisée pour les problèmes de diffusion. Quelques exemples typiques d'illustration sont ensuite traités et comparés aux résultats de la littérature pour montrer la pertinence des modèles. Il s'agit de la torsion des fils minces, du cisaillement des films minces ainsi de la croissance des microcavités. L'effet bien connu resumé par les mots "smaller is stronger" est retrouvé. Cette partie comporte quatre chapitres. Partie B- Critères de fatigue à gradient Les effets de gradient et de taille sont bien connus en fatigue des matériaux. Ils sont souvent mis en évidence dans les problèmes d'entailles, de fretting fatigue et de micromécaniques. S'il existe un très grand nombre de critères de fatigue, très peu de ceux-ci sont à même de reproduire ces effets. Un travail pertinent est celui effectué par Papadopoulos et Panoskaltsis en 1996. A partir d'une analyse des essais disponibles dans la littérature, il met en évidence les effets de gradients et ceux de taille et propose un critère de fatigue prenant en compte uniquement le gradient de la contrainte hydrostatique. Les travaux de la thèse partent de cette analyse et reformulent les critères de fatigue multiaxiale à gradient pour prendre en compte le gradient des contraintes dans les deux principales composantes des critères (relatives à l'amplitude du cisaillement et à la contrainte hydrostatique) d'une manière générale en définissant une amplitude de cisaillement et une contrainte hydrostatique étendues intégrant des termes de gradient. Deux critères classiques, très utilisés dans le dimensionnement des structures industrielles, sont en particulier formulés dans le nouveau cadre à gradient. Il s'agit du critère de Crossland et de celui de Dang Van. Une validation de ces propositions est ensuite effectuée en utilisant les résultats expérimentaux de la littérature. De très bonnes corrélations sont obtenues. Cette partie comporte deux chapitres, suivis d'une conclusion générale et d'une annexe sur l'implémentation numérique.
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Caprio, Silva Gustavo. "L' identification de propriétés de matériaux à partir des mesures de champ utilisant la modélisation par éléments finis avec accent sur la caractérisation d'erreurs expérimentales déterministes." Saint-Etienne, EMSE, 2009. http://www.theses.fr/2009EMSE0008.
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Les progrès réalisés par les codes Eléments Finis et par les méthodes optiques de champ, en particulier leur traitement de grandes quantités de points de mesure et leur capacité à visualiser des variations de déformation ont rendu possible l’identification directement sur des pièces industriels de propriétés de matériaux ou de structure. Cette thèse décrit une stratégie d’implémentation d’un code de recalage de modèle Eléments Finis dédié à l’identification. Un effort particulier est porté sur l’appariement des champs numériques et expérimentaux ; des développements originaux ont permis de prendre en compte des phénomènes expérimentaux déterministes parasites et de calculer des intervalles de confiance pour chaque valeur identifiée ; des applications à l’identification de propriétés élastiques orthotrope de plaques composites à partir d’un essai normalisé sur structure sont décrites. Enfin, la thèse se conclut par une étude de cas sur une pièce industrielleProgresses in Finite Elements, and Optical Full Field Measurement techniques, in particular their treatment of a large number of data points and their ability to visualize strain variations have made possible the identification of more realistic material/structure properties on direct industrial parts. This thesis describes the implementation of a Finite Element Model Updating strategy employed for the identification of material/structures properties. A special effort is made to map accurately and efficiently experimental data points into the FE model. Some original developments were also made to take into account several deterministic experimental phenomena. An estimate of statistical confidence intervals is described. Applications are given for the identification of elastic orthotropic properties of composite materials using a classical standard test on a structure. Last, the thesis is concluded with a case study using stereo-correlation on an industrial airplane part
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Perrin, Frédéric. "Prise en compte des données expérimentales dans les modèles probabilistes pour la prévision de la durée de vie des structures." Clermont-Ferrand 2, 2008. http://www.theses.fr/2008CLF21823.
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La mécanique probabiliste est une discipline qui permet de tenir compte d'incertitudes concernant un système physique et d'étudier l'impact de ces incertitudes sur la réponse du modèle qui représente le système étudié. Dans certains cas, le point faible de la chaîne de calcul est la construction du modèle probabiliste des données d'entrées, souvent par absence ou manque de données sur ces paramètres. Dans le but de mieux évaluer l'aléa de la réponse d'un modèle, l'objectif majeur de la thèse est de développer un formalime général d'identification des modèles probabilistes à partir des données expérimentales disponibles directement ou indirectement. Dans ce contexte, on propose une formulation pour évaluer le vecteur aléatoire des paramètres d'entrée d'un modèle dans deux cas de figure. En phase de conception du système étudié, on s'intéresse à la prédiction de la variabilité globale de la réponse du modèle : il s'agit de traiter un problème inverse probabiliste. En phase de suivi de maintenance d'un système mécanique particulier, on souhaite actualiser la description probabiliste réalisée en phase de conception. La première partie de la thèse s'intéresse à des méthodes originales qui permettent d'identifier l'incertitude aléatoire portée par le vecteur d'entrée d'un modèle, dans le cas d'un problème inverse probaliste. La seconde partie de la thèse précise comment des méthodes bayésiennes peuvent être utilisées dans l'optique d'actualiser des modèles représentatifs de phénomènes évolutifs. Les méthodes d'identification probabilistes et d'actualisation sont finalement appliquées et validées sur des modèles représentatifs de structures sollicitées en fatigue
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Wargnier, Hervé. "Étude des structures fissurées par la méthode des équations intégrales : développement d'un code de calcul." Toulouse, ENSAE, 1990. http://www.theses.fr/1990ESAE0007.
Full textAbstract:
L'objectif de cette étude est le développement d'un code de calcul des structures bi-dimensionnelles fissurées en utilisant la méthode des équations intégrales. La discrétisation de la frontière du domaine est réalisée à l'aide d'éléments linéaires sur lesquels on effectue des intégrations analytiques. Une méthode de discrétisation adaptative au voisinage du fond de fissure est presentée; elle permet de juxtaposer des éléments quadratiques spéciaux et des éléments linéaires en optimisant la longueur de ceux-ci afin de diminuer le nombre de degrés de liberté et d'améliorer la précision des calculs. L'utilisation des éléments spéciaux permet le calcul de l'ouverture de fissure et des facteurs d'intensité des contraintes par des analyses limites en contraintes ou en déplacements. Il est également possible de déterminer ces facteurs en utilisant l'intégrale de RICE. L'étude des modes mixtes de fissuration est réalisée à l'aide d'une technique de sous structuration; on peut ainsi déterminer l'angle de déviation de fissure. Afin d'effectuer le couplage entre la méthode des équations intégrales et la méthode des éléments finis, il est proposé une méthode de prise en compte des discontinuités apparaissant en fond de fissure permettant de construire une matrice de rigidité équivalente à la structure. Il est proposé enfin deux extensions aux possibilités du code de calcul : l'une est la prise en compte des phénomènes de plasticité, l'autre est l'étude des panneaux raidis. Différents exemples numériques permettent de valider le code de calcul, on trouvera notamment une comparaison avec des résultats d'essais et une étude sur les possibilités de corrections plastiques.
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Valotaire, Franckie. "Conception d'outils numériques destinés à dimensionner des structures soumises à une onde de choc." Lyon, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAL0057.
Full textAbstract:
Ce travail a pour but de contribuer a l'amélioration des connaissances actuelles en matière de dimensionnement d'ouvrages devant résister a une explosion. De nombreux outils de calculs, aidant l'ingénieur concepteur a optimiser le dimensionnement des structures durcies ont été développes et compares dans cette étude. Dans une première partie, un logiciel appelé EXPLO a été développe afin de calculer les différentes grandeurs (pression, densité, énergie) dans les produits de détonation d'une charge sphérique. Dans la seconde partie, deux codes de calculs (PROPA et REFLEX) destines à modéliser la propagation et la réflexion d'onde de choc dans l'air sont écrits. La troisième partie consiste à réunir un certain nombre de données sur les propriétés dynamiques du béton arme et de l'acier. Dans la quatrième partie, plusieurs méthodes de calcul de réponse de structure sont présentées: calcul d'un seul mode de déformation (logiciels STRUCT-RM et STRUCT-IMP), méthode de superposition modale (STRUCT-MOD et STRUCT-MOD+), méthode des éléments finis (STRUCT-EF). Enfin, tous ces codes de calcul sont mis en ouvre, compares et valides a partir d'essais expérimentaux. On peut des lors, réaliser un calcul complet d'une cellule pyrotechnique à partir d'une modélisation de l'explosion, de la propagation de l'onde de choc et de la réponse dynamique de la structureThe subject of this research is to contribute to the improvement of the present acknowledges in design of structures to resist the effects of accidental explosions. Many programs which help the architect to improve design of explosion resistant structures have been developed and compared in this study. First, a hydro-code called EXPLO has been used to calculate pressure, density and energy inside the spherical charge. Secondly, two codes (PROPA and REFLEX) intended for simulating propagation and successive reflection of the pressure wave in the air have been created. Thirdly, dynamic properties of concrete and steel are presented. Fourthly, severa! codes are developed and used to calculate the effects of blast wave on structure: STRUCT-RM and STRUCT-IMP (Simplified analysis method with a single degree of freedom) ; STRUCT-MOD (Normal mode technique in the linear analysis); STRUCT-EF (Finite element code). Finally, all of these codes are compared with experimental results. So, high explosion-resistant structure can be totally designed with numerical simulation of accidental explosion, propagation and multiple reflexion of blast wave and behaviour of the structure
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Hautefeuille, Martin. "Modélisation numérique des matériaux hétérogènes : une approche EF multi-échelle et orientée composant." Compiègne, 2009. http://www.theses.fr/2009COMP1802.
Full textAbstract:
Les matériaux comme le béton présentent une meso structure de type matrice/inclusions visible à l'oeil nu. On propose dans ce travail de thèse une méthode de calcul par Eléments Finis à deux niveaux de résolution, intégrant des calculs à l'échelle de la meso structure à un calcul de structure. On souhaite par cette méthode décrire la ruine des structures en prenant en compte les phénomènes de fissuration à leur échelle d'occurrence. La stratégie de calcul adoptée s'inspire des méthodes de décomposition de domaines non recouvrants. Chaque élément composant le maillage de la structure accueille une description fine de la meso structure sous-jacente. La compatibilité cinématique entre ces deux niveaux est assurée par un raccord dual, au moyen de multiplicateurs de Lagrange localisés. Une architecture logiciel dédié a été implémentée en utilisant la technologie des composants et le middleware CTL (Component Template Library) déeveloppé à la TU Braunschweig. Pour la description de l'échelle mesoscopique, un modèle treillis a été employé. Ce dernier est constitué d'élément bar possédant deux enrichissements cinématiques permettant la prise en compte conjointe de l'arrangement hétérogènes des phases et du comportement quasi-fragile de ce type de matériauConcrete like materials display a matrix/inclusions heterogeneous meso structure visible to the naked eye. In this PhD thesis, an integrated multiscale Finite Element based strategy is proposed. The latter carries out simultaneously structural level computation and mesoscale ones which enriched the macro scale behavior. This method aims at describing global structural collapse accounting for complex failure mechanisms at their proper scales of occurrence. The proposed computational approach derives from non-overlapping domain decomposition techniques. Each element of a structure discretization receives a finner description of the underlying meso structure. Localized Lagrange multipliers ensure a dual compatibility between the macroscale and the mesoscale displacements. A dedicated parallel software architecture has been implemented using the middleware CTL (Component Template Library) developed at the TU Braunschweig. A lattice meso model has been employed in order to describe the fine scale. Each truss element is provided with two kinematics enrichments. Such model is able to account for the heterogeneous phase arrangement and the quasi-brittle behavior of such materials
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Boutet, Pierre. "Prise en compte des méconnaissances dans la quantification de la nocivité des fissures en fatigue." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLN034/document.
Full textAbstract:
Dans les installations industrielles, des inspections régulières sont planifiées pour évaluer l’état de santé interne des composants. Si des fissures sont révélées, il est souhaitable de savoir si l’exploitation de la structure peut se poursuivre ou si un régime de fonctionnement dégradé pourrait être envisagé. En se basant sur la mécanique élastique linéaire de la rupture, les travaux présentés traitent donc dans le cas de composants fissurés de la dispersion de durée de vie résiduelle relative aux incertitudes sur les paramètres du modèle de prévision. La longueur de fissure initiale, les propriétés du matériau ainsi que les paramètres d’entrée de la loi de Paris ont été considérés comme des variables aléatoires, dont les distributions ont été déterminées expérimentalement puis ajustées par des lois statistiques adéquates. Des contrôles ultrasonores par mesure du temps de vol de l’onde diffractée – Time Of Flight Diffraction (TOFD) en anglais – et des mesures de champs obtenues par corrélation d’images numériques ont été utilisés pour quantifier la propagation d’une fissure dans une éprouvette à défaut soumise à des sollicitations cycliques uniaxiales. Les données expérimentales recueillies ont été utilisées pour initialiser les calculs et valider les résultats numériques. Les distributions de taille de fissure obtenue après un nombre donné de cycles de sollicitation et de nombre de cycles de sollicitation conduisant à une taille définie de fissure ont été obtenues par une méthode de Monte-Carlo appliquée au modèle de prévision. L’ajustement de ces distributions par de lois log-normales a fourni des outils analytiques d’estimation probabiliste de propagation de fissure. Cela a notamment permis la réalisation de cartographies de risques et l’évaluation de l’évolution de la fiabilité du composant étudié. Enfin, les effets d’une actualisation de la connaissance de la longueur de fissure au cours de la vie de ce composant en termes d’incertitude de prévision et d’extension de durée de vie résiduelle prévisionnelle ont été étudiés. En particulier, afin de limiter le coût des campagnes de contrôle non destructifs dans le cas industriel, une stratégie d’optimisation de l’actualisation de cette connaissance basée sur l’étude de fiabilité a été proposéeIn industrial plants, regular inspections are planned to assess the internal state of installations. If some cracks are revealed, it is desirable to know whether the structure can still be used or if a degraded mode of operation should be considered. Starting from a linear elastic fracture mechanics model, the work presented studied the scatter of the remaining life of such cracked parts due to the uncertainties on the parameters of the prediction model. Initial crack size, material properties and input parameters of Paris’ law have been considered as random variables and their distributions have been experimentally identified and fitted with convenient statistical laws. Time Of Flight Diffraction (TOFD) and field measurement technique based on Digital Image Correlation (DIC) were used to monitor the crack propagation initiated from a notch introduced in specimen submitted to uniaxial cyclic loading. Experimental crack length results were used to initiate computations and as a mean to validate numerical results. Both the crack lengths distributions resulting from the application of loading cycles and the distribution of the number of cycles leading to a given crack length were obtained from a Monte-Carlo method applied to the prediction model. The fit of these distributions with log-normal laws provided analytical tools to assess probabilistic crack propagation. It allowed for risk mapping and for the evaluation of the studied component’s reliability evolution. Last, the effects of an actualisation of crack length knowledge along the life of this component in terms of assessment uncertainty and predicted residual life extension has been studied. Especially, to limit the cost of non-destructive techniques inspection in industrial cases, a reliability-based strategy has been proposed for the optimisation of the crack knowledge actualisation
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Gros, Céline. "Durabilité de joints adhésifs silicone sous conditions environnementales sévères : application au packaging en électronique de puissance." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2006. http://oatao.univ-toulouse.fr/7643/1/gros.pdf.
Full textAbstract:
Des méthodologies d'étude de la durabilité de systèmes collés existent. Elles consistent à optimiser les assemblages avant vieillissement dans un premier temps de sorte à obtenir des propriétés optimales du collage suivi de l’étude de l'adhérence au cours du vieillissement. En vieillissement, les matériaux à assembler ont montré une résistance remarquable. Puis, nous avons étudié l'adhérence de ces systèmes par l’utilisation d’un test spécifique indiquant une diminution importante de l'adhérence au cours du vieillissement. Afin de calculer une durée de vie, nous avons décidé d'appliquer une méthode basée sur la superposition temps - temps de vieillissement en sollicitant les assemblages à des niveaux de contrainte proches de ceux rencontrés lors du fonctionnement. Ainsi, dans des conditions de sollicitation n'impliquant pas la rupture des assemblages collés, les modifications liées au vieillissement envisagé sont moins sensibles.
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Sellier, Alain. "Modélisations probabilistes du comportement de matériaux et de structures en génie civil." Cachan, Ecole normale supérieure, 1995. http://www.theses.fr/1995DENS0012.
Full textAbstract:
Des méthodes de calcul basées sur la théorie des probabilités sont développées. Elles permettent d'étudier la sécurité de structures métalliques à assemblages semi-rigides et la sécurité de structures en béton arme. Ces méthodes sont également intéressantes pour la modélisation de matériaux hétérogènes. Elles permettent alors de développer une loi de comportement du béton intégrant des phénomènes aussi divers que la localisation des déformations, les effets d'échelle ou les mécanismes physico-chimiques de la réaction alcali-granulats
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Massi, Francesco. "Dynamic and tribological analysis of brake squeal." Lyon, INSA, 2006. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2006ISAL0101/these.pdf.
Full textAbstract:
This thesis is addressed to understand the physics of the instability that is at the origin of squeal noise. Due to the interdisciplinary nature of this issue, involving especially dynamic and tribological aspects, the work is organized into four main branches, developed parallely. I) A linear finite element model is developed to predict the squeal frequencies by a parametrical analysis (complex eigenvalue analysis). Ii) The unstable values of the system parameters are introduced into a nonlinear finite element model to study the system vibrations and the behaviour of the contact stresses with and without squeal. Iii) A dynamic experimental analysis is performed to understand the macroscopic behaviour of the system and to link the squeal instability with the system dynamics. The design of a simplified brake set-up, characterized by a dynamics that can be simply monitored and modified, allows to highlight the modal coupling (lock-in) phenomenon. Iv) A tribological experimental analysis is developed to understand the role of the components of the tribological triplet (mechanism, first bodies, third body). The topography of the contact surfaces allows to validate the numerical results and to evidence fatigue phenomena. The results obtained from the four branches of the research converge together, characterizing the squeal as a dynamic instability of the brake system due to unstable couplings between two modes of the brake components. The coupling occurs at the contact where the oscillations of the local contact stresses and the friction coefficient couple the normal and tangential vibrations of the brake components, causing auto-excited vibrations of the systemLe but de cette thèse est l’étude des phénomènes d’instabilités à l’origine des bruits de crissement lors du freinage. L’interdisciplinarité du sujet qui traite majoritairement des aspects tribologiques et dynamiques, est prise en compte. Le rapport est structuré en quatre parties principales, menées en parallèle. I) Un modèle numérique linéaire basé sur la méthode des éléments finis est développé pour prédire les fréquences de crissement avec une analyse paramétrique. Ii) Les valeurs instables des paramètres sont alors introduites dans un modèle numérique non linéaire développé pour les problèmes de contact. Les nonlinéarités du contact sont donc prises en compte et la simulation numérique dans le domaine temporel permet d’analyser les vibrations du système et le comportement local des contraintes de contact. Iii) Une analyse dynamique expérimentale est effectuée pour comprendre le comportement macroscopique du système et lier l’instabilité de crissement à la dynamique du système. V) Une analyse tribologique expérimentale est conduite pour comprendre les rôles des éléments du triplet tribologique (mécanisme, premier corps et troisième corps). Les résultats obtenus dans chacun des quatre parties de ce travail convergent et permettent l’interprétation de la physique du phénomène du crissement : l’instabilité est due au couplage entre deux vecteurs propres du système. Le couplage s’initie dans la surface du contact où l’oscillation local des contraintes de contact et le coefficient de frottement assurent le couplage entre les vibrations tangentielles et normales des composants du système de freinage, et causent ainsi les vibrations auto-excitées du système
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Corfdir, Alain. "Analyse de la stabilité d'ouvrages en gabions cellulaires par la théorie du calcul à la rupture." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00523026.
Full textAbstract:
Les gabions cellulaires sont constitués d'une enceinte de palplanches métalliques remplie d'un remblai frottant. Ils sont utilisés dans des sites portuaires ou fluviaux comme soutènements ou comme batardeaux. Bien qu'utilisés depuis plus de 80 ans, leur fonctionnement mécanique n'est qu'imparfaitement compris et des accidents surviennent encore, y compris en cours de construction. L'emploi des méthodes fondées sur la théorie du calcul à la rupture peut contribuer à fonder le dimensionnement de ces ouvrages sur des bases rigoureuses. Le calcul à la rupture des gabions cellulaires présente plusieurs particularités géométrie authentiquement tridimensionnelle, modélisation mixte des éléments constitutifs (enceinte de palplanches modélisées comme une coque, matériau de remblai modélisé comme un milieu continu 3D). La modélisation coque des palplanches permet notamment d'envisager des cinématiques avec des déformations en flexion des palplanches ce qui correspond à certaines observations d'accidents ou de modèles réduits à grande échelle. Un premier chapitre introductif rappelle la constitution des gabions et des gabionnades, leurs utilisations et leurs méthodes de dimensionnement. Le chapitre 2 donne les bases de la modélisation des gabions que nous utiliserons dans la suite. Les chapitres 3, 4, 5 et 6, appliquent les méthodes statique et cinématique au gabion isolé et à la gabionnade. Le chapitre 7 est consacré à la comparaison des résultats avec des données de différents types : mesures in situ, cas d'accident, essais sur modèles réduits.
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Tayeb, Frédéric. "Simulation numérique du comportement mécanique non linéaire de gridshells composés de poutres élancées en matériaux composites et de sections quelconques." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1067/document.
Full textAbstract:
Les structures constructives de type Gridshells sont réalisées à partir d'une grille régulière plane que l'on déforme élastiquement, puis que l'on rigidifie dans la position souhaitée. Les Gridshells en matériaux composites ont été développés et étudiés depuis plusieurs années au laboratoire Navier. La thèse propose, à travers un historique des réalisations Navier, un retour d'expérience. Elle identifie également les aspects à mieux maîtriser, d'un point de vue simulation numérique ou d'un point de vue matériau et technologie. La thèse détaille alors des développements numériques nouveaux permettant l'analyse ultime de la structure, prise en compte des ruptures de barres (robustesse), et permettant la prise en compte de la torsion dans des poutres anisotropes, c'est-à-dire à section quelconque. Dans le premier chapitre on traite ainsi du contexte dans lequel s'inscrivent les travaux sur les gridshells. La conception des gridshells au laboratoire Navier y est détaillée. En particulier, la méthode numérique historiquement utilisée, à savoir la méthode de relaxation dynamique, est présentée. Le second chapitre présente les réalisations du laboratoire Navier. Plusieurs prototypes ont été réalisés durant les dix dernières années. Les deux dernières structures, le gridshell de Solidays et la Cathédrale Ephémère de Créteil, ont été conçues et fabriquées pour accueillir du public. Les choix importants de conception et de fabrication de ces gridshells sont détaillés, avec un accent sur les avancées technologiques et sur les retours d'expérience. Le troisième chapitre traite du comportement des gridshells en matériaux composites. La démarche a été d'investiguer le comportement du gridshell pour comprendre les processus d'endommagement des gridshells. On montre que le flambement conditionne la robustesse des gridshells. En effet, les résultats de l'étude montrent que lorsque le gridshell a été bien dimensionné et que les risques de flambement de la structure sont écartés, la structure se comporte de manière robuste, du fait de sa forte redondance. Finalement, le dernier chapitre traite d'un nouveau modèle de poutre permettant de prendre en compte la torsion dans les poutres de section quelconque. Dans les précédents chapitres, il est souligné que la non prise en compte de la torsion peut-être préjudiciable pour diverses raisons, sous-estimation des contraintes, méconnaissance des efforts de jonctions, erreur sur la géométrie. Dans ce chapitre, le modèle de poutre est un modèle à quatre degrés de liberté, à la manière des travaux de Basile Audoly et Ethan Grinspun. La simulation numérique, à nouveau réalisée à l'aide d'un algorithme de relaxation dynamique, permet d'obtenir les configurations d'équilibre de structures fortement réticulées telles que les gridshells. Une des particularités de ce travail est que le modèle de poutre est développé en continu jusqu'à l'obtention des efforts intérieurs. Le modèle est ensuite discrétisé et implémenté de manière à pouvoir être utilisé. Une sous-étape permet d'ajouter des forces et des moments extérieurs. Pour des poutres de section rectangulaire, les résultats du modèle sont comparés à un logiciel élément fini et donnent de bons résultats en termes de précision et de temps de calcul. Finalement la méthode numérique est appliquée à des structures composées de poutres connectées. La transmission des efforts au niveau des connexions est implémentée. L'excentricité des connexions est également modélisée ce qui permet d'obtenir de précieuses informations sur les efforts transitant au sein des connexions. Grâce à ces travaux, il devient possible d'utiliser la richesse de forme que peuvent offrir les poutres élancées présentant deux inerties en flexion différentesThe structures like gridshells are structures made of a plane regular grid which is elastically deformed and then stiffened in the wished configuration. The composite materials gridshells have been developed and studied for several years at Navier laboratory. The thesis offer a feedback, through a history of Navier realisations. It also precise the points to improve, in numerical simulation or about materials or technological aspects. Then, the thesis explains the new numerical developments that make possible the ultimate analysis of the structure, taking account the ruptures of beams (robustness), and that makes possible the consideration of the torsion in anisotropic beams, that is to say beams with any cross-section. In the first chapter the context of the work is presented. This chapter explains how the Navier laboratory designs and builds gridshells. In particular, the numerical method historically used - the dynamic relaxation method - is presented. The second chapter presents the gridshell realisations of the Navier laboratory. Several prototypes have been built during the past ten years. The two last ones, the Solidays gridshell and the Ephemeral Cathedral of Creteil, have been designed to shelter public. The important choices during design and fabrication are detailed with an accent on technological progresses and feedbacks. The third chapter deals with the behaviour of composite materials gridhsells. The approach was to investigate the behaviour of the gridshell to understand the processes of damage. It is shown that buckling is particularly dangerous for the gridshell. The results of the study shows that when the gridshell has been well designed and in particular if buckling is avoided, the gridshell behave in a robust manner, thanks to its redundancy. Finally the last chapter deals with a new beam model, able to take into account torsion, for beams with any section. In the previous chapters it was underlined that the consideration of torsion aspects was lacking and has various consequences – incorrect estimation of stress, ignorance of forces and moments in connections, imprecision in geometry. In this chapter, the model of beams used is a four degrees of freedom model, similar to the ones presented by Basile Audoly and Ethan Grinspun. The numerical simulation, performed once again thanks to a dynamic relaxation algorithm, is able to provide equilibrium configurations of highly reticulated structures as gridshells. One of the particularity of this work is the fact that the model is a continuous model, only discretized for numerical simulations. The external forces and moments can be implemented. For beams with rectangular cross-section, the results of the model are compared to finite element modelling simulations. The results are satisfying in term of accuracy and computational time. Finally the numerical method is applied to structures made of interconnected beams. The connections are modelled and the efforts through them are provided by the model. This provides important information about how to design the connections. Thanks to these work it become possible to use the large possibility of shapes offered by slender beams whose flexural inertias are different
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Peigney, Benjamin-Edouard. "Contribution à l'analyse de problèmes multi-échelles : application à des processus de diffusion et de combustion." Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCC096.
Full textAbstract:
Les résultats établis durant ce travail de thèse concernent la résolution de problèmes multi-échelles, pour lesquels nous mettons en place - en les justifiant aussi rigoureusement que possible - des techniques de résolution en vue de répondre à une problématique physique particulière. Le premier problème multi-échelle traité est celui de la diffusion de la chaleur dans un milieu fissuré, où coexistent deux échelles spatiales. Nous montrons en particulier que l'effet des fissures peut être modélisé par un terme source volumique dans l'équation de la chaleur homogénéisée. Le second problème multi-échelle abordé traite des plasmas de fusion étudiés dans le contexte de la Fusion par Confinement Inertiel (FCI). On établit une modélisation détaillée au niveau cinétique du processus de combustion de l'hydrogène réagissant suivant la réaction de fusion D + T→ α + n + 17. 56 MeV. L'aspect mufti-échelle du problème est ici lié à la co-existence de deux échelles d'énergie nécessaires pour décrire les populations ioniques à traiter. Une analyse mufti-échelle du processus de ralentissement des particules suprathermiques modélisé par l'opérateur de Fokker-Planck conduit à l'élaboration d'une stratégie originale de résolution des équations cinétiques et apporte des résultats nouveaux relatifs à la combustion des cibles FCIThe results established in this thesis deal with some multi-scale problems for which we design specially taylored techniques in order to tackle a specific physical problem, in which the multi-scale aspect plays a crucial role. We also try to justify, as rigorously as possible, the different methods we propose. The first considered multi-scale problem deals with the heat equation inside a cracked medium. In particular, following a homogeneization approach, we show that the crack effects can be modeled by a volume source term in the homogenized heat equation. The second multi-scale problem is related to the modeling of fusion plasma, in the Inertial Confinement Fusion (ICF) context. We derive an accurate kinetic modeling of the combustion process of hydrogen. The multi-scale aspect of the problem comes from the coexistence of two energy scales that are required to describe the different ion populations. A multiscale analysis of the Fokker-Planck operator leads to an original and efficient strategy to solve the kinetic modeling of ICF target combustion
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Panunzio, Alfonso. "Influence des irrégularités de la voie sur la fatigue du rail." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC016/document.
Full textAbstract:
La réponse dynamique d’un train roulant sur une voie réelle dépend de plusieurs paramètres. Certains d’entre eux ne peuvent pas être correctement identifiés et doivent être considérés comme incertains. L’objectif de cette thèse est la construction d’un modèle probabiliste de la fatigue du rail, en considérant la géométrie de la voie et l’usure des rails comme champs aléatoires modélisés en utilisant le développement de Karhunen-Loève. Ce dernier requiert le calcul des fonctions et des valeurs propres de l’opérateur de covariance pour la représentation modale du champ. Cette étape peut devenir très coûteuse si le domaine est beaucoup plus grand que la longueur de corrélation. Pour résoudre ce problème, une adaptation de la technique est proposée. Les distributions multivariées des coefficients de projection sont identifiées à l’aide d’un développement en Chaos Polynomiaux, qui est calibré sur des données de mesures. Le rayon de courbure, l’âge du rail et la vitesse opérationnelle du train induisent des effets non stationnaires qui doivent être pris en compte dans le modèle. La validation du modèle probabiliste des quantités d’entrée est faite en comparant des données de mesure des efforts de contact roue-rail avec les résultats des simulations. Une analyse de sensibilité globale est menée sur des quantités d’intérêts dynamiques pour quantifier l’impact des irrégularités aléatoires sur la dynamique du véhicule et l’initiation à fatigue du railThe dynamical response of a train rolling on a real track depends on several parameters. Most of them cannot be accurately identified and have to be considered as uncertain. The aim of this thesis is the construction of a probabilistic model of the rail fatigue life considering the track geometry and the rail wear as random fields modelled with the Karhunen-Loève expansion. This latter requires the modal decomposition of the covariance operator. This step can be very expensive if the domain if much larger than the correlation length. To deal with this issue, an adaptation of the KLE, consisting in splitting the domain in sub-domains where this modal decomposition and the sample generation can be comfortably computed, is proposed. A correlation between the KLE coefficients of each sub-domain is imposed to ensure the desired correlation structure. The multivariate distributions of the random projection coefficients are characterized using a Polynomial Chaos Expansion (PCE) calibrated on measurements data of the track irregularities. The curve radius, the rail age and the train operational velocity introduce nonstationary effects that have to be taken into account to model the track. A validation of the random models is therefore performed using a set of measurements of the wheel-rail contact forces.A global sensitivity analysis is performed on some dynamical quantities of interest in order to quantify the impact of the random fields on the vehicle dynamics and the rail fatigue initiation. Since this step is computationally expensive, a PCE-based meta-modelling technique is employed to estimate the fatigue index
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Gallegos, Mayorga Linamaría. "Contribution à la compréhension du comportement mécanique des assemblages rivetés anciens." Thesis, Brest, 2016. http://www.theses.fr/2016BRES0038/document.
Full textAbstract:
Le patrimoine ferroviaire français comporte de nombreux ponts métalliques, principalement construits au cours de la seconde moitié du XIXème siècle. Ces ouvrages d'art sont donc en service depuis plus d’un siècle et nécessitent une politique de maintenance adaptée. En collaboration avec SNCF Réseau, cette thèse de doctorat apporte des éléments de compréhension sur le comportement mécanique des assemblages rivetés à chaud sous sollicitations monotones et cycliques. Une stratégie expérimentale a été mise en oeuvre afin d'identifier les mécanismes de ruine des assemblages rivetés. Dans un premier temps, le matériau objet de cette étude, un fer puddlé, a été extrait d'éléments provenant du pont sur l'Adour à Bayonne (1864-2013). Ce matériau a été notamment caractérisé sous chargements monotones et cycliques ; sa fragilité, son anisotropie et son comportement dispersif ont été mis en évidence et analysés. Des outils numériques ont été développés pour l’étude microscopique de cette famille de matériaux. Des éprouvettes rivetées de type détail constructif ont par la suite été conçues, fabriquées et testées sous chargements monotones et cycliques. Un scénario précis du fonctionnement et de ruine d'un assemblage mono-rivet en double recouvrement a pu être identifié. Pour cela, les influences des caractéristiques matériau, des concentrations de contraintes, du cisaillement du rivet et de l'effort de serrage ont été étudiées. Les résultats de ce travail, comparés à ceux de la littérature et aux standards de dimensionnement des structures métalliques, montrent la complémentarité d'une étude à plusieurs échelles (comportement matériau et étude locale du fonctionnement des assemblages) dans le but de comprendre et estimer le comportement des structures rivetées anciennesNumerous metallic bridges can be found in the French railway heritage. Since a majority of these structures was built during the second half of the 19th century, they have been in service for over a hundred years and need an adapted maintenance policy.These doctoral thesis, done in collaboration with SNCF Réseau, improves the understanding of the mechanical behaviour of hot riveted assemblies under monotonic and cyclic loadings. An experimental strategy was proposed and carried out in order to identify the failure mechanisms of riveted assemblies. First, the studied material, a puddled iron, was obtained from recovered elements from the bridge over the Adour river in Bayonne (1864-2013). Mechanical testing and characterisation was performed under monotonic and cyclic loadings. Puddled iron’s brittle, anisotropic and scattered behaviour was observed and analysed. In-house software applications were developed in order to study this kind of material. Additionally, hot riveted specimens (constructional details) were designed, manufactured and tested under monotonic and cyclic loadings. A precise working (and failure) scenario of the double shear mono-rivet assembly was identified. The influence of the material’s behaviour, stress concentrators, shearing of the rivet and clamping force of the rivet were studied. The results obtained during these research works, compared to the ones found in academic literature as well as construction norms for metallic structures, showed the importance and complementarity of a multi-scale approach (material behaviour and local study of assemblies) in order to understand and assess the behaviour of ancient riveted structures
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Refai, Khalil. "Effet de la méso-architecture sur le comportement en fatigue des structures lattices optimisées obtenues par fabrication additive." Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAE028.
Full textAbstract:
Une approche numérique est proposée pour évaluer la résistance en fatigue à grand nombre de cycles des structures cellulaires périodiques produites par SLM sous des chargements multiaxiaux. Le modèle est basé sur un schéma général d'homogénéisation numérique et une description explicite de la cellule élémentaire combinée à une analyse des valeurs extrêmes utilisant un paramètre indicateur de fatigue basé sur le critère de Crossland. De plus, l'écart géométrique et la rugosité de surface sont caractérisés expérimentalement et prisent en compte dans le modèle numérique en utilisant trois méthodes qui sont comparées à la résistance en fatigue expérimentale. L'optimisation topologique (OT) repousse encore plus loin les limites de la liberté de conception. Dans notre étude, l'OT a été développée pour prévenir les défaillances dues à la fatigue en utilisant la méthode SIMP reformulée dans le cadre mathématique des fonctions NURBS (Non-Uniform Rational BSpline)A numerical approach is proposed to assess the high cycle fatigue strength of periodic cellular structures produced by SLM under multiaxial loads. The model is based on a general numerical homogenisation scheme and an explicit description of the Elementary Cell combined to an extreme values analysis making use of a fatigue indicator parameter based on Crossland’s criterion. Also, geometric discrepancy and surface roughness are experimentally characterised and considered in the numerical model using three methods which are compared to the experimental fatigue strength. Topology optimisation (TO) pushes the boundaries of design freedom even further. In our study, Topology Optimisation was developed to prevent fatigue failure using SIMP method revisited and reformulated within the mathematical framework of Non-Uniform Rational BSpline functions
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Allou, Fatima. "Un modèle élastoplastique pour la modélisation de l’orniérage des chaussées à faible trafic." Limoges, 2006. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/93d6406d-717a-455f-a660-0ad854f7bc9c/blobholder:0/2006LIMO0067.pdf.
Full textAbstract:
L'orniérage, dû aux déformations permanentes des matériaux non traités (assise en grave non traitée) est l'un des principaux modes de dégradations des chaussées souples. La méthode de dimensionnement des chaussées souples reste empirique. Cette méthode ne caractérise pas le comportement inélastique de ces matériaux (elle fixe implicitement un comportement élastique linéaire des couches constituant la chaussée), et ne prédit pas les déformations permanentes sous un grand nombre de cycles de chargements. Une méthode d'analyse limite pour la prédiction des déformations permanentes des graves non traitées soumises à un chargement cyclique a été développé et présenté dans le cadre de ce travail. Cette méthode, basée sur le concept de l'état limite (shakedown theory), est développée par Zarka (1979) pour les structures métalliques soumises à un chargement cyclique. L'état de contrainte initiale, la teneur en eau et l'anisotropie initiale des graves non traitées sont prises en compte dans la méthode proposée. Une procédure, basée sur les résultats d'essais triaxiaux à chargements répétés, a été développée pour la détermination des paramètres du modèle proposé. Les résultats de modélisation éléments finis du comportement à long terme d'une structure de chaussée obtenus avec le modèle sont présentés et comparés aux résultats issus de l'expérience du manège de fatigue au LCPCRutting, due to permanent deformations of unbound materials, is one of the principal damage modes for low traffic pavements. The flexible pavement design methods remain empirical. These mechanistic methods do not characterize the inelastic behaviour of these materials (only linear elasticity is used as mechanical model) and do not predict the rutting under large loading cycles number. A simplified method, based on the concept of the shakedown theory developed by Zarka for metallic structures under cyclic loadings, to estimate the permanent deformations of unbound granular materials (UGM) subjected to traffic loading has been developed and presented in the framework of this study. The mechanical initial states of granular layers are taken into account with an anisotropic hyperelastic model and the calculation of the rut depth evolution with time is carried out. Based on repeated loading triaxial tests, a general procedure has been developed for the determination of the material parameters of the constitutive model. The results of a finite elements modelling of the long-term behaviour of a flexible pavement with the simplified method are presented and compared with the results of the LCPC full scale pavement experiment
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Doulgeroglou, Androniki-Anna. "A novel macroelement to assess the vulnerability of reinforced concrete frame stuctures under severe dynamic loadings." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDN0042.
Full textAbstract:
Cette thèse est réalisée en collaboration avec Ecole Centrale de Nantes et Groupe- ESSOR (thèse CIFRE). L’objectif principal est de développer un outil simplifié, basé sur le concept du macroélément, la théorie des poutres et la Méthode des Eléments Finis Intégrés (E-FEM), pour étudier numériquement la vulnérabilité des structures en Béton Armé (BA) de type poteaux-poutres soumises à des chargements dynamiques sévères et leur comportement jusqu’à la rupture. Un modèle aux éléments finis en 3D est d’abord établi et des lois de comportement appropriées sont adoptées. Des simulations numériques sont effectuées, en considérant plusieurs combinaisons de chargement en 3D en termes de force axiale, force du cisaillement et moment fléchissant, afin d’identifier des états caractéristiques de la réponse de la section de la poutre. Des diagrammes d’interaction en3D pour des sections carrées en BA avec des armatures positionnées symétriquement sont obtenus et un modèle de comportement simplifié en forces généralisées est implémenté dans un élément fini poutre Timoshenko. Le comportement adoucissant jusqu’à la rupture est finalement reproduit par le couplage du modèle continu généralisé à un modèle cohésif, qui décrit la réponse en termes de force généralisée-saut de déplacement généralisé, avec l’E-FEM. Des comparaisons aux résultats expérimentaux démontrent la performance de nouveau macroélément, qui en étant simple d’utilisation et rapide, est approprié pour des applications d’ingénierieThis thesis has been carried out in collaboration with Ecole Centrale Nantes and Groupe- ESSOR (thèse CIFRE). The main objective is to develop a simplified tool, based on the macroelement concept, beam theory and the Embedded Finite Element Method (E-FEM), to numerically study the vulnerability of Reinforced Concrete (RC) frame structures subjected to severe dynamic loads and their behavior till failure. A 3D finite element model of a RC structural element is first built and suitable constitutive laws are adopted. Numerical simulations, considering various 3D loading combinations of axial, shear and flexural loads, are carried out to identify characteristic states of the beam sectional response.3D interaction diagrams for symmetrically reinforced concrete square sections with various reinforcement ratios are obtained and a simplifiedstress-resultant constitutive model is implemented in a Timoshenko beam finite element. The softening behavior till failure is finally reproduced by coupling the continuous stress-resultant model to a cohesive model, which describes the response in terms of generalized force-generalized displacement jumps, within E-FEM. Comparisons with experimental results show the performance of the novel macroelementthat being simple and computationally fast is suitable for engineering design purposes
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Zhang, Jin. "Shakedown of porous materials." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1I044/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à la détermination des états limites de l'adaptation des matériaux ductiles poreux sur la base du théorème de Melan et en considérant le modèle de la sphère creuse. Dans un premier temps, nous proposons le critère analytique macroscopique d'adaptation avec la matrice de von Mises sous deux charges particuliers, alterné et pulsé. Le critère analytique dépend des première et seconde invariants des contraintes macroscopiques, du signe du troisième et du coefficient de Poisson. Ensuite, ce critère est étendu aux charges cycliques répétées générales par la construction d'un champ de contraintes résiduelles d'essai plus approprié permettant simultanément des calculs analytiques et l'amélioration du modèle précédent. De plus, il est également utilisé pour les matériaux ductiles poreux avec une matrice de Drucker-Prager.L'idée repose d'abord sur la solution exacte pour le charge purement hydrostatique. Il s'avère que la ruine se produit par fatigue. Ensuite, des champs de contrainte d'essai appropriés sont construits avec des termes supplémentaires pour capter les effets de cisaillement. Le domaine de sécurité, défini par l'intersection du domaine d'adaptationet celui d'analyse limite (la ruine survenant brusquement par formation d'un mécanisme au premier cycle), est entièrement comparé avec des simulations élasto-plastique incrémentales et des calculs directs simplifiés.Enfin, nous fournissons une méthode numérique directe pour prédire le domaine de sécurité de l'adaptation des matériaux poreux soumis à des charges variant de manière indépendante en considérant le chemin critique du domaine de chargement au lieu de l'histoire entière. Le problème de l'adaptation est transformé en un problème d'optimisation de grande taille, qui peut être résolu efficacement par l'optimiseur non-linéaire IPOPT pour donner non seulement le facteur de charge limite, mais aussi le champ de contrainte résiduelle correspondant à l'état d'adaptationThis thesis is devoted to the determination of shakedown limit states of porous ductile materials based on Melan's static theorem by considering the hollow sphere model, analytically and numerically. First of all, we determine the analytical macroscopic shakedown criterion of the considered unit cell with von Mises matrix under alternating and pulsating special loading cases. The proposed macroscopic analytical criterion depends on the first and second macroscopic stresses invariants, the sign of the third one and Poisson's ratio. Then, the procedure is extended to the general cyclically repeated loads by the construction of a more appropriate trial residual stress field allowing analytical computations and the improvement of the previous model simultaneously. Moreover, this approach is applied to porous materials with dilatant Drucker-Prager matrix.The idea relies firstly on the exact solution for the pure hydrostatic loading condition. It turns out that the collapse occurs by fatigue. Next, suitable trial stress fields are built with additional terms to capture the shear effects. The safety domain, defined by the intersection of the shakedown limit domain and the limit analysis domain corresponding to the sudden collapse by development of a mechanism at the first cycle, is fully compared with step-by-step incremental elastic-plastic simulations and simplified direct computations. At last, we provide a direct numerical method to predict the shakedown safety domain of porous materials subjected to multi-varying independent loadings by considering the critical loading path of the load domain instead of the whole history. The shakedown problem is transformed into a large-size optimization problem, which can be solved efficiently by the non-linear optimizer IPOPT to give out not only the limit load factor, but also the corresponding residual stress field for the shakedown state
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Sagnol, Loba. "Experimental and analytical study of the reinforcement of pavements by glass fibre grids." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAD042.
Full textAbstract:
Cette thèse traite de l’effet des grilles en fibre de verre, utilisées pour renforcer les structures routières, sur la liaison entre deux couches d’enrobés bitumineux, la durée de vie en fatigue et le module de rigidité des ´éprouvettes cylindriques renforcées, ainsi que sur les déflexions mesurées sur une section de route renforcée in situ. Des essais de cisaillement (LEUTNER) ainsi que de module et de fatigue (ITT) ont été conduit sur des éprouvettes renforcées et non renforcées en utilisant différentes grilles, différentes émulsion ainsi que différentes quantités d’émulsion. Pour ces essais, une surface de test a été construite in-situ, de laquelle les ´éprouvettes ont ´été extraites. Une section de route in-situ a ´également été construite, renforcée avec 3 différentes grilles et avec deux sections de références. Les déflexions de la chaussée ont été déterminées avant et après les travaux. Une modélisation de la structure a été faites basée sur les résultats des mesures de déflexionThis PhD-study evaluates the impact of glass fibre grids, used to reinforced asphalt structures, on the bonding between two asphalt layers, the fatigue life and the stiffness modulus of reinforced cylindrical specimens as well as on the deflections measured on a reinforced in-situ road section. Shear tests (LEUTNER) as well as modulus-tests and fatigue-tests (ITT) were conducted on reinforced and unreinforced specimens, using different grids, different emulsions and different emulsion quantities. For this tests, an outdoor test-surface was constructed, from which the specimens were extracted. A in-situ road test section was also constructed, reinforced with 3 different grids and having two reference sections. The deflections of the road were determined before and after the construction works. A modelisation of the structure, based on the deflection measurements, was made
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Kagho, Gouadjio Nadia Christiana. "Étude de la vulnérabilité et de la robustesse des ouvrages." Thesis, Paris Est, 2013. http://www.theses.fr/2013PEST1003/document.
Full textAbstract:
Le terme de robustesse structurale donne lieu à diverses définitions et domaines d'application. Dans le domaine de l'ingénierie structurale, le cadre réglementaire des Eurocodes définit la robustesse structurale comme « l'aptitude d'une structure à résister à des événements tels que les incendies, les explosions, les chocs ou les conséquences d'une erreur humaine, sans présenter de dégâts disproportionnés par rapport à la cause d'origine ». Cette définition fait clairement ressortir les notions de dommage initial (défaillance locale) et de dommage disproportionné (défaillance globale). Cette thèse propose une approche de la quantification de la robustesse structurale en contexte probabiliste pour mesurer l'impact d'une défaillance localisée sur la défaillance globale de la structure. L'objectif majeur de la thèse est de quantifier l'écart entre une défaillance locale et une défaillance globale, en introduisant différents indices de robustesse selon que la structure soit intègre ou initialement endommagée. Pour cela, dans le but de caractériser et quantifier les liens existant entre la performance des différents éléments d'une structure et la performance globale de la structure, il est nécessaire d'introduire une étude en système qui intègre de manière concomitante des notions de défaillance locale (modes de défaillance) et des notions de défaillance globale. Une recherche « par l'intérieur » des chemins de défaillance dominants est présentée. Le terme « par l'intérieur » est utilisé car c'est le cheminement interne de la défaillance dans la structure qui est recherché. Des méthodes de parcours d'arbre d'évènements sont introduites telles que la méthode des « branches et bornes », du β-unzipping, ou encore du β-unzipping avec bornage. Ces méthodes permettent d'identifier les chemins de défaillance dominants avec des temps de calcul raisonnables. En particulier, il est possible de déterminer le chemin de défaillance associé à la plus grande probabilité de défaillance, appelé encore chemin de référence. Une approche « par l'extérieur » est également proposée, qui consiste à identifier la défaillance globale sans parcourir un arbre d'évènement (et donc sans s'intéresser à l'ordre avec lequel la défaillance survient). Le terme « par l'extérieur » correspond donc à regarder la défaillance de manière globale sans chercher à déterminer la chronologie de la défaillance. Dans les deux cas, l'enjeu est au final de développer une démarche globale permettant d'apprécier et de quantifier la robustesse des structures neuves ou existantes au travers de méthodes et d'indices pouvant s'appliquer à une large variété de problèmesStructural robustness is associated with several definitions depending on context. In the field of structural engineering, the Eurocodes define structural robustness as “the ability of a structure to withstand events like fire, explosions, impact or the consequences of human error, without being damaged to an extent disproportionate to the original cause”. Such a definition clearly involves concepts of local and global failures. This PhD work proposes a methodology to quantify structural robustness in a probabilistic way and to assess the impact of local failures on global failures. The main objective of this PhD is to quantify the gap between local and global failures by introducing several robustness indices proposed for undamaged and damaged structures. To qualify and quantify the relationships between the performance of the different structural components and the overall structural performance, it is necessary to introduce a system-level analysis which simultaneously considers concepts of local failure modes and global failure events. An inner approach is introduced to determine significant failure sequences and to characterize stochastically dominant failure paths identified by using branch-and-bound, β-unzipping, and mixed β-unzipping with bounding methods. These methods enable to determine significant failure paths with reasonable computational times. In particular, the path with the largest probability of occurrence is considered as the reference failure path. An outer approach is also proposed which identifies global failure without using an event-tree search (and, consequently, without analyzing the order in the failure sequence). This concept characterizes an overall and simultaneous failure of different components without determining the chronology in the failure event. In both cases, the goal is to provide a general and widely applicable framework for qualifying and quantifying the robustness level of new and existing structures through the introduction of methodologies and indices
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Lambert, Sylvain. "Contribution à l'analyse de l'endommagement par fatigue et au dimensionnement de structures soumises à des vibrations aléatoires." Phd thesis, INSA de Rouen, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00560885.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée au développement d'un outil de pré-dimensionnement par éléments finis pour l'estimation de l'endommagement par fatigue polycyclique de structures linéaires sous chargements multiaxiaux et stationnaires gaussiens. L'état de contraintes atteint dans ces structures étant aléatoire, il devient nécessaire de raisonner en terme de statistique et l'approche spectrale s'avère particulièrement adaptée pour cette situation. Dans ce travail, les méthodes spectrales sont améliorées par la prise en compte des largeurs de bande des spectres de réponses des structures soumises à des chargements nonproportionnels et de moyennes non nulles. Le critère d'endommagement de Sines est retenu. L'étude numérique de la distribution de l'endommagement résultant des incertitudes sur les paramètres matériaux et des applications dans le domaine de l'optimisation des structures sont également abordées.
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Sahlaoui, Ramzi. "Panneaux en maçonnerie renforcés à l'aide de matériaux composites : approche de type calcul à la rupture et étude expérimentale." Phd thesis, Université Paris-Est, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00672356.
Full textAbstract:
La maintenance, la réparation et le renforcement de murs en maçonnerie par matériaux composites collés nécessitent le développement de méthodes et techniques d'évaluation de l'aptitude au service et de requalification tant pour leur restauration fonctionnelle que pour leur adaptation à de nouvelles contraintes (évolution du zonage sismique par exemple). Le présent travail de thèse a pour objectif de proposer un outil d'évaluation par calcul de l'état limite ultime de murs en maçonnerie, renforcés par composites collés, chargés dans leur plan.Les travaux effectués concernent la modélisation par homogénéisation de murs en maçonnerie et une campagne expérimentale de caractérisation du transfert de charge entre un renfort en tissu de fibres de carbone et un support en blocs creux de béton par le biais d'un joint de colle. Pour modéliser la résistance des murs maçonnés, nous proposons une loi élastique parfaitement plastique pour le comportement dans le plan d'une maçonnerie constituée de blocs liés par des joints de mortier. Le convexe de plasticité est obtenu par une technique d'homogénéisation périodique qui prend en compte la nature tridimensionnelle de la cellule de base. On obtient alors un convexe limité par plusieurs surfaces de charge. Un algorithme numérique original est ensuite proposé et programmé dans le logiciel aux Eléments Finis ABAQUS. Des simulations numériques utilisant le module développé sont présentées
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Brach, Stella. "Strength properties of nanoporous materials : theoretical analyses and molecular dynamics computations." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066618.
Full textAbstract:
L’objectif principal de la thèse a été d’étudier les propriétés de résistance des matériaux nanoporeux par des approches théoriques et numériques. Dans le contexte des méthodes d’homogénéisation, des critères de résistance macroscopiques ont été établis par des approches analytiques à l’homogénéisation non-linéaire et à l’analyse limite. Les critères de résistance ainsi obtenus permettent de tenir en compte les effets de taille, tout en améliorant les formulations déjà existantes. En outre, dans le but de servir de référence pour la calibration et/ou la validation des modèles analytiques, des simulations numériques basées sur la dynamique moléculaire ont été conduites, en se référant à des monocristaux d’aluminium contenant des nanopores sphériques, sous des conditions multiaxiales de vitesse de déformation. Par rapport aux simulations actuellement disponibles dans la littérature, les résultats obtenus ont clairement établi que les surfaces de résistance sont significativement influencées par les trois invariants isotropes de contrainte. Finalement, dans le but de mettre à profit les indications fournies par les simulations numériques, le cas d’un matériau nanoporeux constitué d’une matrice ductile sensible aux trois invariants isotropes a été étudié par une approche par l’analyse limite, en prenant en compte une formulation modifiée du critère de résistance de bigoni. La solution exacte du problème a été établie dans le cas d’un chargement isotrope. A partir des résultats ainsi obtenus, une approche d’analyse limite cinématique a été mise en place, et permet de fournir des estimations des propriétés de résistance macroscopiques sous chargements axisymétriquesThe main objectif of the thesis consisted in investigating strength properties of nanoporous materials by means of theoretical and numerical approaches. In the framework of homogenization methods, novel macroscopic strength criteria have been established via a non-linear homogenization procedure and a kinematic limit-analysis approach. Resulting yield functions allowed to take into account void-size effects on nanoporous materials strength properties, thereby resulting in a strong enhancement of available estimates. Furthermore, aiming to funish effective benchmarking evidence for the calibration and/or the assessment of theoretical models, molecular-dynamics based computations have been carried out on in-silico single crystals embedding spherical nanovoids, simulation domains undergoing multiaxial strain-rate boundary conditions. With respect to available numerical studies, proposed results clearly showed the influence of all the three isotropic stress invariants on computed material strength surfaces. Finally, with the aim to account for physical indications coming from numerical simulations, a ductile nanoporous material with a general isotropic plastic matrix has been investigated via a limit analysis approach, by referring to a modified version of the bigoni strength criterion. The limit state of a hollow-sphere model undergoing isotropic loadings has been exactly determined. Correspondigly, a novel strength criterion has been analytically established in the case of axysimmetric boundary conditions
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Caisso, Camille. "Caractérisation et modélisation de la rupture dans le domaine de la transition ductile-fragile de matériaux tubulaires utilisés dans la fabrication de générateurs de gaz pour airbags." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2021. http://www.theses.fr/2021ENTA0014.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la caractérisation des mécanismes de rupture, ductile et fragile, de matériaux tubulaires utilisés pour la fabrication de générateurs de gaz pour airbag. Lors d’un accident, le coussin d’un airbag est gonflé en quelques millisecondes par un générateur de gaz. En cas de défaillance de ce dernier, un mode de rupture ductile doit être assuré jusqu’à des températures de -60°C. Un essai Charpy sur éprouvette anneau a été proposé pour quantifier le risque de rupture fragile des matériaux des générateurs de gaz. Cependant, cette modification de l’essai Charpy soulève deux problématiques : dans quelle mesure cet essai permet de caractériser la transition ductile-fragile et comment déduire le risque de rupture fragile d’un générateur de gaz en fonctionnement à partir des résultats des essais Charpy ? Pour répondre à ces questions, une approche combinant essais et simulations numériques a été mise en place. Différents essais ont été développés afin de caractériser le comportement et l’endommagement ductile du matériau de l’étude. Une approche locale de la rupture ductile a été adoptée pour la modélisation. Ensuite, une campagne d’essais Charpy sur anneau effectuée pour des températures comprises entre -160°C et 23°C a permis de caractériser la transition ductile-fragile. Une étude numérique de cet essai a été menée puis couplées aux essais Charpy, cela a permis de mettre en place une modélisation de la rupture fragile. Le risque de rupture fragile des éléments structuraux de générateurs de gaz est enfin évalué. L’influence du procédé de fabrication sur le risque de rupture fragile a aussi été étudiéeThis work deals with the characterization of the ductile and brittle failure mechanisms of tubular materials used for the manufacture of airbag gas generators. During a crash, airbag cushion is inflated in a few milliseconds by a gas generator. In case of gas generator failure, a ductile failure mode must be ensured up to temperatures of -60°C. A Charpy ring test has been proposed to quantify the risk of brittle failure of gas generator materials. However, this modification of the Charpy test raises two issues: to what extent does this test allow to characterize the ductile-fragile transition and how can the risk of brittle failure of an operating gas generator be deduced from the results of the Charpy test? To answer these questions, an approach combining experiments and numerical simulations was implemented. Various experimental configurations were developed in order to characterize material behavior and ductile damage. The ductile failure is modeled with a local approach. Then, ductile to brittle transition was characterized by a Charpy ring test campaign performed for temperatures between -160°C and 23°C. A numerical study of this test was carried out. Coupled with the Charpy tests, it allowed to set up a model of the brittle failure. The risk of gas generators brittle failure is finally evaluated. The influence of the manufacturing process on the risk of brittle failure was also studied
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Zouaghi, Ahmed. "Modélisation multi-échelle du comportement non linéaire et hétérogène en surface de l'acier AISI H11." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2015. http://www.theses.fr/2015EMAC0008/document.
Full textAbstract:
Les outillages de mise en forme en acier martensitique de type AISI H11 sont des pièces critiques dont le comportement en service est étroitement lié à leurs structures internes et à leur évolution. Les conditions des sollicitations lors de la mise en oeuvre du procédé est souvent à l'origine de modifications microstructurales en surface, à savoir la morphologie des lattes de martensite, les orientations cristallographiques, l'état d'écrouissage interne ou encore le profil de surface. Ces aspects peuvent éventuellement altérer les performances mécaniques de l'acier AISI H11. Afin d'appréhender et d'optimiser le comportement mécanique de celui-ci, une approche multi-échelle est mise en oeuvre dans ce travail. Celle-ci s'articule autour d'une investigation expérimentale et d'un traitement numérique. L'étude expérimentale s'attache à reproduire, à l'échelle du laboratoire, des surfaces équivalentes à celles issues lors des procédés de mise en oeuvre des outillages. Des techniques de caractérisation spécifiques, à savoir le MEB, l'EBSD, la nanoindentation ou encore l'altimétrie permettent de mettre en évidence un gradient de la stéréologie du matériau en surface et sous-surface. Les hétérogénéités locales induites concernent la morphologie des lattes de martensite, les orientations cristallographiques, l'état d'écrouissage interne mais également le profil de surface. Des essais mécaniques in-situ associés à la technique de corrélation d'images numériques sont réalisés pour des chargements monotones quasi-statiques et cycliques de type traction-traction. Une investigation des champs mécaniques locaux en surface est ainsi effectuée, elle permet d'analyser les schémas de localisations des déformations non linéaires liés aux artéfacts stéréologiques. Le traitement numérique s'intéresse à une modélisation multi-échelle, et plus particulièrement à des calculs par la méthode des éléments finis sur des microstructures virtuelles générées par tesselations de Voronoï. Celles-ci sont effectuées de manière à reproduire les structures martensitiques et considèrent des relations d'orientations spécifiques (de type Kurdjumov-Sachs) à l'issue du traitement thermique entre les lattes de martensite et le grain austénitique parent. Les équations constitutives du modèle de plasticité cristalline (élasto-viscoplastique) de Méric-Cailletaud sont implantées dans le code de calcul par éléments finis Abaqus dans le cadre de l'hypothèse des petites perturbations (HPP) et de la théorie des transformations finies. La formulation du modèle dans le contexte de la théorie des transformations finies est effectuée dans le cadre d'une description spatiale où la notion de dérivée objective est considérée. Celle-ci consiste en celle d'Oldroyd ou de Truesdell de manière à ce qu'une telle formulation soit équivalente à une description lagrangienne. Le traitement numérique a permis de reproduire de manière qualitative les schémas de localisation en surface mise en évidence lors de l'investigation expérimentale. L'influence des divers paramètres stéréologiques, évoqués ci-dessus, sur les champs mécaniques locaux a été analysée. De par cette approche, il a été possible de mettre en évidence certains mécanismes élémentaires, notamment les effets d'interaction et de surface. Enfin, il a été constaté que la prise en compte des rotations des réseaux cristallins par la théorie des transformations finies permet de relâcher certaines zones de localisation des champs mécaniques autour d'artéfacts stéréologiquesAISI H11 martensitic tool steels are critical mechanical components that behaviour during service is drastically linked to their internal structures and their possible evolution. Their manufacture processes are often at the origin of microstructural changes at the surface, namely the morphology of martensitic laths, the crystallographic orientations, the internal hardening state and the surface profile These aspects can potentially alter the mechanical performance of AISI H11 martensitic steel. In order to get better insight into and optimize its mechanical behaviour, a multi-scale approach involving an experimental investigation and a numerical treatment is taken in this work.The experimental investigation focuses to reproduce, at the laboratory scale, equivalent surfaces to those resulting from tool steels manufacture processes. Specific characterization techniques, namely SEM, EBSD, nanoindentation and altimetry enable to highlight a stereology gradient of the material in surface and sub-surface. The induced local heterogeneities consist in morphology of martensitic laths and crystallographic orientations, internal hardening state and surface profile. In-situ mechanical tests with digital image correlation technique (DIC) are carried out for monotonous quasi-static and tension-tension cyclic loads. An investigation of the local mechanical fields at the surface is thus performed and allows to analyze the localizations schemes of nonlinear strains which are related to stereological artifacts.The numerical treatment is focused on a multi-scale modelling, and more particularly on finite element calculations on virtual microstructures which are generated by Voronoi tesselations. The latters are carried out such that to reproduce martensitic structures and consider a specific orientation relationship between martensitic laths and parent austenitic grains (i.e. Kurdjumov-Sachs) after the heat treatment. The constitutive equations of the (elasto-viscoplastic) crystal plasticity of Méric-Cailletaud are implemented in the finite element code Abaqus in the context of the small strain assumption and the finite strain theory. The formulation of the model in the context of finite strain theory is is given a spatial description where the notion of objective derivative, namely the so called one of Oldroyd or Truesdell, is used in such a way that such formulation is equivalent to a Lagrangian description.The numerical treatment has allowed to qualitatively reproduce the localization patterns at the surface which have been highlighted in the experimental investigation. The influence of the different stereological parameters mentioned above on the local mechanical fields was analyzed. By this approach, it was possible to highlight some elementary mechanisms including interaction and surface effects. Finally, it was found that the inclusion of lattice rotations via the theory of finite strain allows to release certain areas of mechanical fields localization that are related to stereological artifacts