Academic literature on the topic 'Constructions, Théorie des – Propriétés mécaniques – Élastoplasticité'

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 fissure
The 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

Dans cette etude, nous presentons une extension du theoreme d'adaptation aux cas des geomateriaux sous sollicitations dynamiques. Le comportement du sol sous de telles sollicitations est fortement non-lineaire et presente un caractere dissipatif qui n'existe pas dans un milieu elastique ; ces caracteristiques doivent etre prises en compte pour obtenir des solutions raisonnables. L'effet de l'ecrouissage (cinematique lineaire et isotrope) est pris en compte par l'utilisation du concept des materiaux standards generalises. Le caractere dissipatif est represente par l'introduction d'une matrice de rigidite complexe. L'amortissement est introduit dans la loi de comportement et conduit aux memes solutions formelles que la loi d'elasticite lineaire. Les modules complexes sont definis uniquement pour une excitation harmonique, mais une classe tres large d'excitation peut etre decomposee en une somme de fonctions harmoniques par l'application de la transformee de fourier. D'ou la generalisation de l'approche par modules complexes a l'etude des systemes soumis a une excitation quelconque. L'introduction d'une matrice de rigidite complexe permet de tenir compte de l'amortissement mais pas des non-linearites physiques, ces dernieres sont prises en compte a travers le concept de l'adaptation lui-meme. L'approche developpee est appliquee pour l'etude du comportement des chaussees sous sollicitations de type impulsif. La procedure numerique pour l'etude de l'adaptation plastique est basee sur le couplage de la methode des elements finis avec la programmation mathematique non-lineaire qui donne ainsi le facteur de securite contre la defaillance.

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 industrielle
Progresses 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

Nous developpons un code d'elements finis base sur une methode de relaxation dynamique permettant de traiter des problemes de grandes deformations de structures bi-dimensionnelles elastoplastiques et visco-elastiques avec contact unilateral et frottement. Ce programme est specialement concu pour etudier des phenomenes geodynamiques a grandes echelles, tels que la localisation de la deformation lithospherique. La notion d'erreur en relation de comportement est utilisee pour controler la qualite des calculs et un module de remaillage adaptatif en resulte. Ceci permet de changer de maillage des que celui ci s'avere trop deforme ou mal adapte au chargement actuel pour conduire a la precision souhaitee par l'utilisateur. Deux conditions necessaire de bifurcation sont utilisees pour caracteriser les zones de localisation de la deformation pour les materiaux plastiques a comportement independant du temps. Quelques exemples d'applications, au cours des differents chapitres, montrent l'efficacite de ces divers points

Les matériaux argileux sont soumis aux chemins complexes de succion/contrainte qui se manifestent par des désordres affectant principalement les structures construites en surface et les ouvrages enterrés. Dans ce contexte, il est important d’appréhender le comportement hydromécanique de ces matériaux afin de mieux maîtriser leur utilisation. Le comportement hydromécanique complexe des matériaux argileux est directement relié à leur structure interne qui a été le principal sujet de plusieurs études sur la micro- et macrostructure des sols. Ces études ont conduit aux développements des modèles élastoplastiques pour sols gonflants. Les modèles existants sont capables de simuler le comportement principal de sol gonflant non saturé, mais ils présentent un grand nombre de paramètres, ce qui prend du temps pour le calcul. Par conséquence, on propose une méthode simplifiée pour modéliser le comportement hydromécanique des sols gonflants basée sur la théorie de l’état limite. Ce modèle est tout d’abord validé par les résultats de l’essai oedométrique. Ensuite, il est implanté dans un code aux éléments finis (CAST3M) pour simuler le comportement in situ des sols gonflants. Enfin, l’application de la théorie de l’état limite au sol gonflant avec une grande densité est effectuée par la combinaison de l’écrouissage cinématique et l’écrouissage isotrope
Clayey materials are often subjected to the complex suction/stress paths, causing many problems in both surface structures and buried structures built on them. In this context, it is important to study the hydromechanical behavior of these materials in order to better control their use in civil engineering. The complex hydromechanical behavior of clay materials is basically connected to their fabric which has been the main subject of several studies on the micro- and macrostructure of soils. These studies have led to the development of elastoplastic models for expansive soils. The existed models are able to simulate the basic behavior of unsaturated expansive soil, but present a large number of model parameters, leading to a time-consuming calculation. Therefore, we propose a simplified method to model the hydromechanical behavior of expansive soils based on shakedown concept. This model is first validated by the experimental results of cyclic suction-controlled oedometer tests. Then, it is implemented in a finite element code (CAST3M) to simulate the in-situ behavior of expansive soils. Finally, the application of shakedown theory to heavily dense expansive soils is carried out by considering a combined hardening plasticity

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 étudiée
This 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