Dissertations / Theses on the topic 'Modélisation numérique discrète (DEM)'
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Nguyen, Minh-Duc. "Modélisation numérique discrète des matériaux bitumeux." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSET003/document.
Abstract:
Les enrobés bitumineux ont été utilisés habituellement dans des constructions routières et récemment sous les ballasts des ferroviaires. Sa grande rigidité aux températures relativement basses de l’ambiance et à haute fréquence explique son application répandue en Europe du nord. Ce matériau a été étudié au niveau global par à la fois des essais empiriques, expérimentaux et des approches analytiques. Pourtant, l’enrobé bitumineux possède un structure interne hétérogène et complexe qui peut-être engendrer des comportements complexe. Les analyses au niveau local permettent alors de compléter les connaissances de ses comportements.De nos jours, la méthode des éléments discrets est connue comme un outil numérique répandu dans le domaine granulaire. Elle peut modéliser son comportement à travers des modèles locaux et fournir des informations de sa structure interne. Une part, cette méthode considère que les particules sont quasi-solides. Son déplacement est régi par les lois de mouvement. L’autre part, le chevauchement au niveau de contact entre particules est admis. L’interpénétration des particules est calculée par les lois de contact locaux associées. Cette thèse constitue une maquette numérique des enrobés bitumineux dont les particules isolées s’interagissent à travers des lois d’interaction à distance. Cette maquette prend en compte la granulométrie des granulats (>1mm) et son rapport volumique vis-à-vis du mastic constitué par des grains (<1mm), le liant et des vides. Les granulats (>1mm) seuls sont modélisés par des particules numériques, tandis que du mastic est pris en compte par des lois d’interaction. Au premier lieu, une simulation élastique est réalisée afin de reproduire des comportements asymptotiques élastiques d’un enrobé bitumineux de référence de type GB3 qui apparaissent lors des conditions extrêmes (fréquence ou température). Des lois d’interaction élastiques ont appliqué à la maquette numérique créée. Sur deux directions normale et tangentielles, les raideurs du ressort et leur rapport sont constantes.Ensuite, les simulations viscoélastiques sont réalisées pour reproduire le comportement viscoélastique du même matériau de référence. Au premier temps, une loi d’interaction de type Kelvin-Voigt est utilisée pour mettre en évidence qualitativement l’application d’une loi viscoélastique. Ensuite, le comportement viscoélastique globale est modélisé à niveau des particules par quelques lois d’interaction de type 1KV1R (un Kelvin-Voigt et un ressort en série) repartant au réseau d’interaction de la maquette numérique. Les raideurs des ressorts prenant en compte la géométrie de l’interface de particules sont constantes pour toutes les modèle de 1KV1R. Cependant, des viscosités des amortisseurs sont différentes. Certaines hypothèses sont examinées pour distribuer ses viscosités dans le réseau d’interaction. A la fin des études, les analyses des efforts internes sont réaliséesBituminous mixtures have traditionally been used in road constructions and recently under railway ballast. Its high rigidity at relatively low ambient temperatures and high frequency explains its widespread application in northern Europe. This material has been studied at the global level by both empirical, experimental and analytical approaches. However, the asphalt has a heterogeneous internal structure and complex which may cause complex behavior. The analysis at the local level then make it possible to supplement the knowledge of its behaviors.Nowadays, the method of discrete elements is known as a numerical tool spread in the granular field. It can model its behavior through local models and provide information about its internal structure. On the one hand, this method considers that the particles are quasi-solid. Its displacement is governed by the laws of motion. On the other hand, the overlap at the particle contact level is allowed. The interpenetration of the particles is calculated by the associated local contact laws. This thesis constitutes a numerical model of bituminous mixes whose isolated particles interact through laws of interaction at a distance. This model takes into account the granulometry of the aggregates (> 1 mm) and its volume ratio with respect to the mastic constituted by grains (<1 mm), the binder and voids. The aggregates (> 1 mm) alone are modeled by numerical particles, while mastic is taken into account by laws of interaction.First, an elastic simulation is performed in order to reproduce the elastic asymptotic behaviors of a reference bituminous mix of GB3 type that appear during extreme conditions (frequency or temperature). Elastic interaction laws have applied to the created numerical model. In both normal and tangential directions, the stiffness of the spring and its ratio are constant.Then, the viscoelastic simulations are performed to reproduce the viscoelastic behavior of the same reference material. At first, a Kelvin-Voigt interaction law is used to qualitatively highlight the application of a viscoelastic law. Then, the global viscoelastic behavior is modeled at the level of the particles by some laws of interaction of type 1KV1R (a Kelvin-Voigt and a spring in series) leaving again to the network of interaction of the numerical model. The stiffness of the springs taking into account the geometry of the particle interface is constant for all models of 1KV1R. However, the viscosities of the dashpots are different. Some hypotheses are examined to distribute its viscosities in the interaction network. At the end of the studies, the analysis of the internal efforts are carried out
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Fakih, Mahmoud. "Modélisation numérique discrète de la croissance racinaire dans un sol : relation force-forme." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT323/document.
Abstract:
Les racines des plantes jouent un rôle important dans la croissance et le développement des plantes, et il est bien connu que les interactions mécaniques entre une croissance racinaire et le sol environnant peuvent avoir un impact majeur sur la croissance des racines et par conséquent sur la production de biomasse végétale. Ces interactions mécaniques sont l'un des nombreux facteurs qui peuvent expliquent la variabilité de l'architecture des racines, y compris les facteurs génétiques, environnementaux et l'instabilité du développement. Mais ce facteur a souvent été sous-estimé. Nous supposons que la structure hétérogène du sol à l'échelle des grains, démontrée par la large répartition des forces, peut influencer d'une manière significative sur les trajectoires de croissance des racines. Ce travail de thèse vise à déterminer comment les grains dans les sols granulaires se réorganisent sous l'action de la croissance des racines, et en retour, comment les forces résultantes agissant sur les apex des racines modifient leur développement, y compris la cinématique de leurs trajectoires. Nous avons développé un modèle numérique 2D de la croissance des racines dans un milieu granulaire en utilisant la méthode des éléments discrets (DEM). Le modèle est capable de calculer les forces de contacts grain-grain et racine-grain dans un milieu granulaire. Le système racinaire est modélisé en utilisant des chaînes d'éléments de spheroline connectés. L'orientation de la croissance des racines, à chaque étape de croissance est déterminée par la dynamique de la racine entière sous l'action des forces élastiques internes et des forces de réaction exercées par les grains, ces sont les interactions mécaniques qui contrôlent la croissance numérique dans le modèle.Des études paramétriques ont été réalisées afin (i) d'estimer l'influence de la structure granulaire (distribution de grains de diamètre, la cohésion, la fraction volumique ...) et les propriétés mécaniques des racines (la rigidité à la flexion) sur le signal de force axiale agissant sur la pointe de la racine, et sur les trajectoires et (ii) de définir les lois physiques générales qui peuvent être utilisées en outre pour analyser des données expérimentales. Les courbes de distribution des forces axiales calculées normalisées par leurs moyens au cours d'une période donnée de la croissance, sont caractérisées par une loi de puissance décroissante pour les forces en dessous de la force moyenne, et une décroissance exponentielle pour les forces ci-dessus de la force moyenne, reflétant ainsi la large répartition des forces à l'intérieur d'un matériau granulaire. Une analyse de l'écart-type des déformations locales des trajectoires des racines, résulte deux régimes en fonction la rigidité de la racine. Une première lorsque le sol contrôle les déformations des racines, et une deuxième lorsque la racine est trop rigide, et se déplace plus les grains environnants durant la croissancePlant roots play an important role in the growth and development of plants, and it is well known that the mechanical interactions between a growing root and the surrounding soil can have a major impact on root growth and consequently on plant biomass production. These mechanical interactions are one of numerous factors that explain the variability of root architecture, including genetics, environment and developmental instability. But this factor has often been under-estimated. I hypothesize that the heterogeneous structure of soil at the particle scale, demonstrated by the broad distribution of forces, can significantly influence root growth trajectories. This thesis aims at determining how grains in granular soils are reorganized under the action of growing roots, and in return how the resulting forces acting on root tips modify their development, including the kinematics of their trajectories, in order to develop a general biophysical law of root-soil mechanical interactions. I developed a 2D numerical model of root growth in a granular medium using a Discrete Element Model (DEM). The model is able to compute grain-grain and root-grain contact forces within a granular medium. The root system is modelled using chains of connected spheroline elements. The orientation of root growth at every growth step is determined by the dynamics of the whole root under the action of its internal elastic forces and reaction forces exerted by the grains, which are the mechanical interactions that control numerical growth in the model.Parametric studies were carried out in order to (i) estimate the influence of granular structure (grain diameter distribution, cohesion, volume fraction) and root mechanical properties (root bending stiffness) on the axial force signal acting on the root tip, and on the root trajectories and (ii) define general physical laws that can be used further to analyze experimental data. The distribution curves of computed root tip-grain forces normalized by the mean force during a given period of growth were characterized by a decreasing power law for forces below the mean force, and an exponential fall-off for forces above the mean force, thus reflecting the broad distribution of forces inside the granular material. An analysis of the standard deviation of the local deformations of root trajectories resulted in two different regimes with regard root stiffness. In the first regime, soil controlled the root deformation and in the second, the root trajectory was straighter and displaced more significantly the surrounding grains during growth
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Al, Tfaily Bilal. "Capacité prévisionnelle de la modélisation discrète pour application aux ouvrages géotechniques complexes." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2023. http://www.theses.fr/2023GRALI077.
Abstract:
L'ingénierie géotechnique est un domaine crucial dans la conception et la construction de fondations, de tunnels, de remblais et autres ouvrages en interaction avec le sol ou la roche. Cependant, la description de la réponse élastoplastique du sol, avec des déformations fortement non linéaires et irréversibles ainsi qu’une règle d'écoulement non associée, reste complexe. La difficulté est encore plus élevée dans le cas de chemins de chargement non monotones où les relations constitutives phénoménologiques nécessitent des paramètres d’histoire ad hoc et des essais mécaniques avancés pour leur calibration.La méthode des éléments discrets s'est avérée être une méthode efficace pour décrire quantitativement la réponse constitutive des sols, même dans le cas de chargements complexes (avec rotation des axes principaux de contraintes ou des cycles de chargement/déchargement) où les relations constitutives élastoplastiques conventionnelles peuvent conduire à des réponses simulées non réalistes. Pour les sols granulaires à granulométrie étroite, une représentation directe des grains du sol par des particules polyédriques ou à partir de level set est possible, tandis que pour les sols plus fins ou à granulométrie plus étalée, des solutions alternatives doivent être envisagées. Des particules sphériques avec des lois de contact enrichies ou des agrégats de sphères peuvent être utilisées pour conserver un modèle numérique relativement léger afin de résoudre des problèmes aux limites avec un coût en calcul limité. Cependant, même si ces modèles donnent des résultats satisfaisants pour des essais de cisaillement direct ou des compressions triaxiales drainées par rapport aux mesures expérimentales, leur validation par rapport à des trajets de chargement plus complexes tels que la compression isochore ou le chemin à déviateur de contrainte constant présente encore des difficultés, en particulier pour les assemblages granulaires initialement lâches.Dans cette étude, nous proposons tout d'abord de comparer de tels modèles. Cette comparaison se fait en termes de capacités prédictives à l'échelle macroscopique des réponses constitutives des sols, en particulier pour des trajets de chargement complexes. Deux types de modèles discrets sont considérés : (i) des particules sphériques avec une résistance au roulement, (ii) des agrégats simples composés de 2 à 6 sphères. Les modèles sont calibrés à partir de deux compressions triaxiales drainées sur du sable d’Hostun dense et lâche. Ils sont ensuite évalués, en fonction de la réponse macroscopique, sur des trajets de chargement nettement différents des trajets de calibration (compressions isochores, chemins de contrainte circulaires dans le plan déviatoire, chemin à déviateur de contrainte constant, etc.).Ensuite, nous étudions l'importance de la description de l'anisotropie de la micro-structure initiale et de la loi de frottement inter-particules dans les réponses simulées des assemblages granulaires lâches pour différents types de chemins de chargement. Cela montre comment la combinaison des deux peut modifier de manière importante les réponses simulées pour certains chemins de chargement. Cette étude est réalisée avec un modèle numérique discret composé de sphères comparé à des résultats expérimentaux réalisés sur un sable.Enfin, le modèle est utilisé pour simuler l'interaction non linéaire entre une fondation superficielle d'une structure de bâtiment et le sol lors de sollicitations sismiques intenses, comme testé expérimentalement pour le projet TRISEE avec un modèle physique à échelle 1. Une technique de discrétisation adaptative est mise en œuvre pour limiter le nombre de particules dans un tel problème aux limites et rendre le calcul possible avec un ordinateur de bureau classique. Les résultats numériques sont comparés aux mesures expérimentales du projet TRISEE, ainsi qu'à des simulations numériques par éléments finis (FEM) ou des modèles basés sur des macro-élémentsGeotechnical engineering is a crucial field in the design and construction of foundations, embankments, tunnels, and other structures interacting with soil and rock. However, the description of the elastoplastic response of soil, with preponderant non-linear and non-reversible deformations together with a non-associative flow rule, is complex. The difficulty is even higher in the case of non-monotonous loading paths where phenomenological constitutive relations require ad-hoc history parameters and advanced experimental tests for their calibration.Discrete element method has been proved to be an effective method in predicting quantitatively the constitutive response of soils, even in the case of complex loadings (with rotation of principal stress directions, or loading/unloading cycles) where conventional elastoplastic constitutive relations may fail to simulate realistic responses. For granular soils with a narrow grading, a direct representation of soil grains by polyhedral particles or with the level set method is possible, whereas for finer soils, or soils with a wider grading, alternative solutions should be considered. Spherical particles with enriched contact laws (e.g. by introducing rolling resistance at the contact) or rather simplified clumps of spheres can be used to keep the model relatively light to tackle further boundary value problems with limited computational cost. However, even if the models provide satisfying results for direct shear tests or drained triaxial compression loading paths compared to experimental measurements, their validation with respect to more complex loading paths as the isochoric compression or the path at constant stress deviator still present difficulties, in particular for initially loose granular assemblies.First, this study aims to compare such different approaches in terms of the prediction abilities at the macroscopic scale of the constitutive responses of soils, particularly for complex loading paths. Two kinds of discrete models are considered: (i) spherical particles with rolling resistance, (ii) simple clumps made of 2 to 6 spheres. The models are calibrated from two drained triaxial compressions on dense and loose Hostun sand. They are then assessed, according to the macroscopic response, on loading paths significantly different from the calibration loading paths (isochoric compressions, circular stress paths in the deviatoric plane, constant deviatoric stress path, etc.).Then, we investigate the importance of the description of the anisotropy of the initial fabric and of the inter-particle friction law in the simulated responses of loose granular assembly to different kinds of loading paths. It shows how the combination of both can modify importantly the simulated responses to some kinds of loading paths. This investigation is carried out for a numerical discrete model made of spheres by comparison with experimental results on sand.Finally, the model is used to simulate the nonlinear interaction between a shallow foundation of building structure and the supporting soil during strong seismic loadings, as tested experimentally for the TRISEE project with a full scale physical model. An adaptative discretization technique is implemented to limit the number of particles in such a boundary value problem and make the computation possible with a conventional desktop computer. Numerical results are benchmarked against experimental measurements from the TRISEE project, and FEM numerical simulations or macro-element models
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Tran, Duc Kien. "Modélisation numérique discrète de l'érosion interne par renard hydraulique dans les barrages ou digues en terre." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEC055/document.
Abstract:
Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la modélisation discrète de l’évolution régressive du front d’un conduit d’érosion qui peut se produire dans les barrages ou digues en remblai. Des outils numériques ont été développés en se basant sur le couplage entre la méthode des éléments discrets (DEM) et la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) pour la description, respectivement, des phases solide et fluide. L’implémentation de la méthode DEM suit une approche standard de type dynamique moléculaire (DM) et les interactions intergranulaires sont modélisées par des contacts unilatéraux visco-élastiques frottants ou bilatéraux (ponts solides) viscoélastiques, afin de permettre la modélisation d’un sol légèrement cohésif. La méthode LBM est implémentée ici avec des temps de relaxation multiples (MRT) et une condition de rebondissement interpolée pour les frontières solides en mouvement, afin d’améliorer la stabilité numérique des calculs. Le schéma du couplage entre les deux méthodes, ainsi que les critères pour le choix des paramètres numériques des deux méthodes. Pour étudier le phénomène visé, un échantillon représentatif de sol granulaire situé au front d’un conduit d’érosion est d’abord assemblé par une procédure de préparation “à sec”, puis testé dans des conditions saturées sous un chargement hydraulique monotone croissant. L’érosion régressive se produit par amas de grains au niveau du front d’érosion ayant subi au préalable une dégradation due à de nombreuses ruptures de ponts solides en traction. L’autre phénomène important observé est la présence d’arcs associés a` des chaines de forces en compression qui parviennent à maintenir parfois totalement, parfois partiellement l’intégrité du matériau non érodéThe work reported in this thesis consists in a discrete modelling of the backward front propagation of an erosion pipe, as can take place in embankment dams or dikes. Some numerical tools have been developed to this end, based on the coupling between the Discrete Element Method (DEM) and the Lattice Boltzmann Method (LBM) for the representation of the solid and uid phases, respectively. The implementation of DEM follows a standard molecular dynamics approach and the interaction among grains are regulated by unilteral frictional visco-elastic and breakable visco-elastic bonds, in order to take into account a slightly cohesive soil behaviour. The LBM was implemented according to the Multiple Relaxation Time (MRT) scheme along with an interpolated non-slip conditions for moving boundaries, in order to improve the numerical stability of the calculations. The coupling scheme is described along with the criteria for the numerical parameters of the two methods. A representative specimen of a granular soil located at the front of an erosion pipe is first assembled by a \dry" preparation precedure and then tested under fully-saturated conditions and increasing hydraulic load over time. Backward erosion is takes place in the form of clusters of grain being eroded at the erosion front after a degradation of the material due to the breakage of tensile bonds. The other interesting feature that was observed is the creation of arches of compressive force chains. These arches enabled the specimen to maintain a stable or metastable configuration under the increasing hydraulic load
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Than, Vinh-Du. "Comportement en compression des matériaux granulaires humides lâches : expérience et simulation numérique discrète." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1204/document.
Abstract:
Une approache combinant la méthode des élements discrets (DEM) et expériences techniques (essai oedométrique et microtomographie aux rayons X (XRCT)) est proposée pour observer le comportement mécanique des matériaux granulaires mouillés (des billes de verre mouillées) en état très lâche sous le chargement extérieur. Une observation expérimentale combinant l'essai oedométrique et XRCT est premièrement présentée. La réponse plastique du materiau réel (des billes de verre) est illustrée avec des certaines valeurs de densité initiale très faible. Le comportement à l'échelle du grain de ce matériau est puis caractérisé en utilisant à l'aide de microtomographie aux rayons X et d'essais mécaniques in-situ. Une méthode pour détecter des structures sphériques qui ont obtenu depuis des images de la tomographie est proposée. Ensuite, les propriétés micro-structurales sont analysées et calculées avec les données des sphères détectés. Ce matériau simplifié donne une meilleure compréhension du comportement à macro-échelle des sols granulaires mouillés basée sur leur caractérisation micro-structurale. La simulation numérique a permis de prévoir précisément en 3D la réponse plastique d'assemblages très lâches de billes de verre modélisé soumis à une compression isotrope/ oedométrique. Ce maériau a été préparé avec la présence d'une petite quantité d'un liquide interstitiel qui contrôle à capillaire ménisque and des forces attractives. Les réponses plastiques le long des courbes de compression sont présentées dans les cas avec et sans des résistance au roulement/ pivotement en contacts. L'effet du grain polydispersité en taille a aussi mentionné. L'évaluation de la microstructure et transmission de force le long de la courve de compression est également caractérisé. Finalement, nous comparons les prévisions des résultats expérimentals avec ceux de la simulation numérique. Nos comparaisons montrent que les prévisions de l'expérience sont sous-estimées pour celles de la DEM. Néanmoins, cette approache dans ce travail également fournit une caractérisation complète de la réponse plastique et du comportement à l'échelle du grain de sol granulaire mouillé à l'état très lâcheAn approach combining the Discrete Element Method (DEM) and experimental techniques (oedometric compression test and X-ray Computed Tomography (XRCT)) is proposed to observe the mechanical behavior of wet granular material, modeled as frictional spherical glass beads, in very loose state under growing of applied external force. An experimental observation combining one-dimensional compression test and XRCT is first presented. The plastic responses of real material (spherical glass beads) are depicted with different values of very low initial densities. The grain-scale behavior of this material is then characterized by using the XRCT and in-situ compaction test. We propose a method to detect the spherical structures from the 3D tomography images. Microstructure properties of the loose system are then analyzed and computed from the detected spherical structures. This simplified material gives further a better understanding of the macroscale behavior of wet granular soils based on their microstructure characterization. The DEM simulation then allowed us to predict accurately in 3D the plastic response of very loose assemblies of modeled wet beads to an isotropic/ oedometric compression in the presence of a small amount of an interstitial liquid, which gives rise to capillary menisci and attractive forces. The plastic responses along the compression curves are then shown in particular without and with the appearance of rolling/ pivoting resistances in contacts and also the effect of size polydispersity. The evaluation of microstructure and force transmission along the compression curve is also characterized. Finally, we compare the predictions of the experimental results with the DEM simulations results. Our comparisons show that the predictions of experiments are underestimated for the DEM simulations. Nevertheless, the combined approach in this work also provides an comprehensive characterization of the plastic and grain-scale compression behavior of wet granular soil at very loose state
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Dugelas, Loic. "Stratégies probabilistes appliquées à la modélisation numérique discrète : le cas des filets pare-pierres." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02498238.
Abstract:
L'objectif de ce travail de recherche est le développement d'outils numériques pour l'aide à la conception d'écrans souples de protection contre les chutes de blocs.Des modèles, basés sur la Méthode des Éléments Discrets (DEM), ont tout d'abord été développés à partir d'approches de modélisation issues de la littérature, pour deux écrans souples. La principale différence entre les deux écrans étudiés réside dans la nature de la nappe de filet : nappe à anneaux ou nappe ELITE. Pour l'écran équipé d'une nappe à anneaux, le modèle de structure développé s'est avéré suffisant pour obtenir un compromis en termes de pertinence, précision et efficacité. Par contre, pour l'écran équipé d'une nappe ELITE, de nouveaux développements numériques ont été nécessaires pour obtenir un tel compromis.L'obtention d'un modèle d'ouvrage complet efficace pour l'écran ELITE a nécessité la prise en compte du glissement entre les câbles constitutifs de la nappe. Deux approches ont été proposées pour l'intégration de ce glissement. La première approche intègre le glissement sans prendre en compte le frottement à l’interface entre les câbles, alors que la seconde permet cette prise en compte. Cependant, cette seconde approche ne peut être utilisée à l’échelle d’un ouvrage en raison de durées de calcul trop importantes.Les modèles d'écran développés ont été intégrés dans un outil d'aide à la conception, basé sur des approches de méta-modélisation. Cet outil permet de réaliser des études paramétriques et de sensibilité sur la réponse de l'ouvrage, ainsi que d'identifier les configurations optimales de l'ouvrageThis research aims at developing numerical tools to help the design of flexible fences against rockfall.Models based on the Discrete Element Method (DEM) are developed for two flexible fences, using modeling approaches taken from the literature. The main difference between the two flexible fences investigated is their interception structure: ring net or ELITE net. For the ring net flexible fence, the DEM model proved to be a sufficient compromise between relevance, accuracy, and efficiency. On the other side, for the flexible fence with a ELITE net, new numerical developments are necessary to reach such compromise.In order to get an efficient DEM model for the ELITE flexible fence, the sliding between the cables of the net has to be taken into account. Two approaches are proposed to integrate this sliding. In the first approach, the sliding is considered without friction between the cables, while in the second approach the friction is considered. However, the calculation duration obtained with the second approach was too important to integrate it into a complete fence model.The developed models have been integrated into a design assistance tool for flexible fences, based on surrogate modeling. Parametric and sensitivity analysis are carried out with this tool, and the optimal configurations of the fence are identified
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Boltcheva, Dobrina. "Modélisation géométrique et topologique des images discrètes." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2007. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2007/BOLTCHEVA_Dobrina_2007.pdf.
Abstract:
La problématique générale de cette thèse est la reconstruction de maillages géométriques à partir d'images tridimensionnelles adaptés à la visualisation et au calcul scientifique. Nous proposons une solution au problème de la reconstruction à partir de données 3D qui combine des techniques issues de la géométrie algorithmique et de la topologie discrète. L'idée centrale est de mélanger dans une même formulation algorithmique le concept de la triangulation de Delaunay et les surfaces discrètes. Notre approche permet la reconstruction sous forme de surface(s) triangulées(s) des données discrètes, soit d'un objet dans le cas d'une image binaire, soit de plusieurs objets simultanément dans le cas d'une image multicouleur segmentée. Nous proposons deux méthodes de reconstruction qui diffèrent par la surface discrète considérée : la première méthode utilise la frontière de voxels alors que la seconde utilise la frontière interpixel de l'objet discretThe subject of this thesis is the reconstruction of geometrical meshes from three-dimensional images for visualisation and scientific computation purposes. We introduce a new approach to handle surface reconstruction from 3D discrete data which combines techniques from both, algorithmic geometry and digital topology. The key idea is to join together two concepts: the Delaunay triangulation and the digital surfaces. Our approach allows to reconstruct triangular meshe(s) from discrete data either as a single object for a binary image, or as several objects simultaneously for a multi-labelled segmented image. We introduce two reconstruction methods which use different digital surface definitions: the first method uses a set of voxels as object boundary whereas the second is based on a combinatorial intervoxel boundary
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Sakami, Siham. "Modélisation numérique des structures composites multicouches à l’aide d’une approche discrète au sens de Mindlin. Le modèle DDM (Displacement Discrete Mindlin)." Reims, 2008. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000982.pdf.
Abstract:
Ce travail de thèse consiste le développement d’un élément fini de plaque et de coque courbe géométriquement simple (4 nœuds), basé sur une nouvelle approche variationnelle appelée DDM (Displacement Discrete Mindlin). Il prend en compte l’effet du cisaillement transversal CT à travers l’épaisseur. Le modèle DDM introduit de manière discrète deux hypothèses de Mindlin. La première hypothèse est cinématique, elle consiste à introduire sous la forme d’une intégrale de contour une équation cinématique de la déformation de CT. Elle permet l’élimination du verrouillage en CT sans introduire des fonctions bulles ou sans recourir à l’intégration réduite ou sélective. Il s’agit de l’approche des déformations de CT de substitution, connue sous le nom de « ANS method : Assumed Natural Strains ». La seconde hypothèse fait appel à deux lois de comportement, l’une en flexion et l’autre en CT, et deux équations d’équilibre d’une plaque en flexion/CT. Elle a pour principal avantage une élimination locale des degrés de libertés de rotation, introduits initialement au milieu d’un bord élémentaire par le biais d’une approximation quadratique des rotations de la normale à la surface moyenneThe present work of the thesis deals with the theoretical formulation and the evaluation of a new first order finite element for multilayered/sandwich plates and shells. It’s based on a displacement variational model that we consider as discrete, insofar as we introduce kinematic and mechanical hypothesises in a discrete manner. This model, labelled DDM (Discrete Displacement Mindlin), leads to a finite element which is geometrically simple (4 node) and efficient, owing to the linearity of bending curvatures obtained from a quadratic approximation of the normal rotations to the plate mid-surface. The new element takes into account the transverse shear effects along thickness direction and gives thin plate results when the ratio L/h (Length/ thickness) becomes big. It has been successfully validated across some known testing problems, from thin to thick laminated and sandwich
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Coulibaly, Jibril. "Modélisation numérique discrète du comportement mécanique sous impact des structures d'écrans de filets pare-pierres." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI040/document.
Abstract:
Cette thèse présente un modèle générique d'écrans de filets pare-blocs sous sollicitations dynamiques de type impacts. Ces ouvrages pare-blocs sont décrits comme un assemblage abstrait de leurs principaux constituants. Le modèle développé permet ainsi de représenter la plupart des technologies existantes. Un code de calcul en C++ utilisant une Méthode aux Éléments Discrets est développé afin de réaliser les simulations numériques d'impacts. La description générique des ouvrages est mise en œuvre au niveau du code de calcul grâce à une structuration des données et une programmation orientée objet correspondantes. Le modèle générique est complété par deux modèles mécaniques de constituants. Dans un premier temps, un modèle mécanique de filet à anneaux à 4 contacts est développé. Ce modèle est calibré et validé par une campagne expérimentale réalisée sur des anneaux en acier utilisés dans les écrans de filets. Dans un second temps, un modèle général de câble glissant est développé pour modéliser le phénomène d'effet rideau. Ce modèle démontre de fortes capacités de description des phénomènes de glissement et de très bonnes performances de calcul. Enfin, des essais d'impact en vraie grandeur sur deux écrans de filets de technologies différentes sont utilisés afin de valider le modèle générique. Les simulations numériques de ces essais sur ouvrages réels mettent en évidence la pertinence du modèle développé. Les résultats numériques sont en très bon accord avec les expérimentations et le modèle présente des capacités prédictives pertinentes dans la perspective d'usage en ingénierie. Les déformations, les temps de chargement et l'intensité des efforts sont obtenus avec des erreurs inférieures à 10 %. Des simulations complexes d'impacts répétés sont réalisées pour la première fois et le comportement lors de l'impact et pendant la phase de retour élastique après impact est bien appréhendé par le modèleThis thesis introduces a generic model of rockfall barriers under impact loading. The structures are described as an abstract assembly of their main components. The developed model thereby enables the consideration of most of the existing technologies. A C++ code based on the Discrete Element Method is developed in order to perform the numerical simulations of impacts. The generic description of the barriers is implemented at the code level using a corresponding data structure and object-oriented programming. The generic model is completed by the mechanical models of two components. First, a mechanical model of 4-contact interlaced ring nets is developed. An experimental campaign is carried out to calibrate and validate the model against steel wire rings used in rockfall restraining nets. Second, a general sliding cable model is developed to account for the curtain effect. This model demonstrates great capabilities in describing sliding phenomena and a low computational cost. Finally, full-scale impact tests performed on two barriers of different technologies are used to validate the generic model. Numerical simulations of the full-scale tests highlight the relevance of the developed model. Numerical results agree finely with experiments and the model exhibits compelling predictive capacities for engineering applications. Deformations, loading time and forces magnitude are all predicted within 10 % relative error. Complex and unprecedented simulations of repeated impacts are carried out and the model is able to reproduce the barrier behavior both during the impact phase and after springback
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Lachihab, Adel. "Un modèle numérique pour les composites biphasés matrice - inclusions rigides : Application à la détermination des propriétés élastiques et en fatigue des enrobés bitumeux." Marne-la-vallée, ENPC, 2004. http://www.theses.fr/2004ENPC0025.
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Ikezouhene, Yaghkob. "Analyse numérique discrète de l'aléa fontis et du foisonnement associés aux cavités souterraines." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1109/document.
Abstract:
Au cours du temps, les cavités souterraines sont soumises à un vieillissement et plusieurs types de dégradation peuvent apparaitre. Les anciennes exploitations souterraines, parfois constituées d’un ou plusieurs niveaux, n’ont, sans doute, pas été conçues pour être stables à long terme. Elles ont été réalisées à une époque où n'existaient pas d'enjeux en surface, de zones de travaux, ce qui permettait d’éviter de se préoccuper des mouvements de sol induits. Elles ont pu quelquefois être totalement ou partiellement remblayées, mais pas de manière systématique. L’effondrement d'une cavité souterraine engendre la déconsolidation des niveaux supérieurs des terrains de recouvrement. Ces mécanismes peuvent provoquer en surface deux types de désordres : un affaissement ou un fontis. L'affaissement et le fontis peuvent provoquer des graves dommages aux structures et aux infrastructures en surface mais aussi mettre en péril la sécurité des populations. Les travaux de cette thèse s’articulent autour de l’étude du foisonnement, du fontis et de sa propagation dans les terrains de recouvrement.Les objectifs de cette thèse sont doubles : tout d’abord il s’agit d’étudier le foisonnement de la roche lors d’un effondrement de toit de carrières souterraines ; ensuite il s’agit de modéliser la propagation du fontis dans les terrains de recouvrement et ainsi hiérarchiser les paramètres associés à ce phénomène.La première partie de cette thèse repose sur une étude bibliographique qui récapitule les méthodes d’exploitation, méthodes d’analyse de stabilité de carrières souterraines, méthodes de prévision de la hauteur d’effondrement et estimation de foisonnement. A l’issue de cette synthèse bibliographique l’étude s’est focalisée sur les carrières souterraines à faible profondeur exploitées par chambres et piliers. Ainsi, la modélisation numérique par la méthode des éléments discrets (MED) a été choisie pour analyser l’instabilité des toits de carrières souterraines.La seconde partie s’intéresse au développement d’un modèle numérique qui a pour objectifs : d’une part, le développement d’un Programme de Discrétisation des Massifs Rocheux (PDMR) qui constitue le préprocesseur du logiciel STTAR3D et le développement d’un code permettant le calcul du coefficient de foisonnement des débris de l’effondrement. D’autre part, l’implémentation des lois de comportement sur STTAR3D.La troisième partie consiste à déterminer, d’une part les caractéristiques physico-mécaniques d’échantillons prélevés dans la carrière de la Brasserie (Paris-France), qui a été choisie pour une tester le modèle développé et d’autre part, les deux paramètres de la loi de comportement utilisée pour modéliser les contacts à savoir et µ.Enfin, la dernière partie de ce travail est constituée des simulations numériques pour lesquelles les paramètres de la loi de comportement mesuré expérimentalement ont été introduits dans STTAR3D. Dans la première étude numérique menée, on s’intéresse à l’effet de la hauteur de chute, du rayon de l’ouverture initiale du fontis et du degré de fracturation sur le foisonnement des décombres, ainsi qu’à l’effet de la variation du foisonnement sur la hauteur de l’effondrement et sur l’affaissement. Dans un second temps, on réalise un modèle de la carrière de la Brasserie dont on calcule le comportement par simulation numérique afin d’obtenir l’affaissement en surface et la hauteur de l’effondrement qui sont comparés aux observations in-situOver time, the underground cavities are subjected to aging and several types of degradation can occur. The old underground cavities have probably not been designed to be stable over the long term. They have sometimes been totally or partially backfilled, but not in a systematic way. The collapse of a mine causes deconsolidation of the upper levels of the overburden. These mechanisms can cause two types of disorders on the surface: subsidence or sinkhole. Subsidence and sinkhole can cause severe damage to structures and infrastructures in surface, but also jeopardize the safety of the population.The work of this thesis revolves around the study of rock's bulking, sinkhole and its spread in the overburden. The aims of this thesis are twofold: firstly, to study the bulking of rock during the roofs mine collapse; Secondly, modeling the spread of the sinkhole in the overburden and thus to prioritize the parameters associated with this phenomenon.The first part of this thesis is a bibliographical study which summarizes the methods of exploitation, methods of analysis of stability of underground quarries, methods of prediction of the height of collapse and estimation of the bulking factor. At the end of this bibliographic synthesis, the study focused on shallow underground quarries operated by rooms and pillars. Thus, numerical modeling using the discrete element method (MED) was chosen to analyze the instability of roofs of underground quarries.The second part focuses on the development of a numerical model with the following objectives: on the one hand, the development of a Rock Mass Discretization Program (RMDP) which constitutes the preprocessor of the STTAR3D software and the development of a Code allowing calculation of the bulking factor of the rubble of collapse. On the other hand, implementation of the behavior laws on STTAR3D.The third part consists of determining, on the one hand, the physicals and mechanicals characteristics of samples taken from the quarry of the Brasserie (Paris-France), which was chosen to test the model developed. On the other hand, determining of parameters of the behavior law used for modeling the contacts, namely “” and “μ”.Finally, the last part of this work is made of numerical simulations for which the parameters of the behavior law measured experimentally have been introduced in STTAR3D. In the first numerical study, we investigate the effect of fall height, the radius of the initial opening of the sinkhole and the fracturing degree on the bulking of the rubble, as well as the effect of variation of the bulking on the collapse height and on the subsidence. In a second step, a model of the Brasserie’s mine is realized, the behavior of which is studied by numerical simulation in order to obtain the subsidence on the surface and the collapse height, which are compared with the in-situ observations
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Lachihab, Adel. "Un modèle numérique pour les composites biphasés matrice-inclusions rigides: Application à la détermination des propriétés élastiques et en fatigue des enrobés bitumineux." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001036.
Abstract:
Un modèle discret tridimensionnel dédié à la prédiction des propriétés élastiques linéaires et en fatigue des matériaux granulaires cohésifs (matrice+inclusions) tel que les bétons bitumineux est présenté. Le matériau est considéré comme un assemblage d'inclusions cohésives infiniment rigides. La mosaïque de Voronoï pour un ensemble de sphères et sa triangulation duale de Delaunay sont utilisées pour modéliser la microstructure du matériau. Le comportement mécanique des contacts entre particules est modélisé via une loi d'interface. Une méthode d'homogénéisation discrète est employée pour l'estimation des propriétés effectives du matériau. Les prédictions du modèle sont comparées à celles déterminées par la méthode des éléments finis pour les réseaux cubique simple et cubique centré. Les résultats des simulations ont montré que les erreurs de modélisation sont inférieures à 15% lorsque à la fois le contraste entre rigidité des inclusions et celle de la matrice est supérieure à 100 et la compacité des inclusions est assez élevée (>50%). Dans un premier lieu, le modèle discret est appliqué aux matériaux aléatoires pour la détermination de la taille minimale du Volume Élémentaire Représentatif (VER) en élasticité linéaire et en fatigue en utilisant une approche statistique. Dans un second lieu, le modèle proposé est appliqué à l'étude de l'influence des caractéristiques morphologiques sur les propriétés effectives du matériau.
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Debry, Edouard. "Modélisation et simulation numérique de la dynamique des aérosols atmosphériques." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001030.
Abstract:
Des modèles de chimie transport permettent le suivi réaliste des polluants en phase gazeuse dans l'atmosphère. Cependant, lapollution atmosphérique se trouve aussi sous forme de fines particules en suspension, les aérosols, qui interagissent avec la phase gazeuse, le rayonnement solaire, et possèdent une dynamique propre. Cette thèse a pour objet la modélisation et la simulation numérique de l'Equation Générale de la Dynamique des aérosols (GDE). La partie I traite de quelques points théoriques de la modélisation des aérosols. La partie II est consacrée à l'élaboration du module d'aérosols résolu en taille (SIREAM). dans la partie III, on effectue la réduction du modèle en vue de son utilisation dans un modèle de dispersion tel que POLAIR3D. Plusieurs points de modélisation restent encore largement ouverts: la partie organique des aérosols, le mélange externe, le couplage à la turbulence, et les nano-particules.
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Koutsawa, Yao. "Modélisation et conception multi-échelles des matériaux : de la description atomique discrète aux modèles du continu. Application aux propriétés amortissantes des pare-brises." Thesis, Metz, 2008. http://www.theses.fr/2008METZ030S/document.
Abstract:
Dans ce travail nous avons montré une démarche de modélisation multi-échelle des structures afin d'améliorer leurs caractéristiques amortissantes. L'influence des paramètres mécaniques, géométriques et des conditions aux limites viscoélastiques sur les comportements statique, vibratoire et acoustique des sandwich Verre / PVB Verre a été étudiée. Les études ont montré que les sandwich viscoélastiques (VE) ont de très bonnes caractéristiques amortissantes qui sont toutefois limitées aux propriétés des matériaux utilisés. Pour améliorer les propriétés amortissantes des matériaux, nous avons utilisé le modèle micromécanique de Lipinski et al. [Philosophical Magazine 86 (10), 1305-1326, 2006] en tenant compte de la dépendance en fréquence des propriétés des matériaux VE grâce au principe de la correspondance élastique-viscoélastique. Ce modèle nous a permis de montrer qu'avec un choix adéquat des phases du composite VE, on peut obtenir des matériaux VE ayant de très bonnes performances amortissantes. Sachant que l'amortissement est introduit dans les sandwich VE par l'importante déformation de cisaillement de la couche centrale VE, nous avons étudié l'influence des interfaces imparfaites sur les caractéristiques amortissantes des composites VE. Les études paramétriques ont révélé que le glissement interfacial peut améliorer d'une façon significative les propriétés amortissantes des composites VE. Afin d'étudier les effets des tailles nanométriques sur l' amortissement des matériaux, nous avons proposé une approche pour résoudre le problème d'homogénéisation des matériaux contenant des nano-hétérogénéités ellipsoïdales anisotropes avec des interfaces anisotropes. Cette approche concilie la micromécanique classique et la mécanique moléculaire. Les informations à l'échelle atomiques peuvent être incorporées dans les modèles micromécaniques conventionnels pour étudier les effets de la taille nanométrique sur les propriétés des nanocomposites. Les études menées ont montré la validité et les avantages de l'approche. En addition à ces modèles d'homogénéisation, nous avons développé une librairie MATLAB de différentiation automatique (Diamant MATLAB Toolbox). Cette librairie permet de calculer de façon exacte et automatique les coefficients de Taylor des codes écrits en langage MATLAB. Ces coefficients peuvent être ensuite exploités pour la résolution des problèmes non linéaires comme les problèmes non linéaires aux valeurs propres ou dans d'autres types de problèmes. Grâce à cet outil et à d'autres outils numériques développés, nous avons montré les effets de la microstructure des couches de PVB et de Verre sur les caractéristiques modales et acoustiques de la structure Verre/PVB/Verre. Pour finir, nous avons montré un exemple de conception hiérarchique des microstructures des couches du pare-brise pour (i) minimiser sa masse globale, avoir une bonne perte de transmission du son, (iii) déplacer le phénomène de coïncidence dans la gamme des fréquences non sensibles à l'oreille humaine et iv maintenir une bonne rigidité de la structure à travers un problème d'optimisation multiobjectifThis thesis focuses on multiscale approaches to model and design multifunctional composite materials for damping applications. The main objective is to develop a multiscale modeling framework that implements hierarchical models from atomistic level modeling to structural level modeling in order to include material creation in the design of the system as a whole. Since damping applications are of interest in this study, we explore some avenues for the design of high loss materials. So, the mean-field micromechanical model introduced by Lipinski et al. [Philosophical Magazine 86 (10), 1305-1326, 2006] is extended to include frequency dependence through the viscoelastic (VE) correspondence principle. The results indicate that with proper choice of VE material properties, it is possible to have a multiphase VE composite with a high loss modulus (good energy dissipation characteristics) for a wide range of frequencies without substantially degrading the stiffness of the composite (storage modulus). Then the slightly weakened interface micromechanical model of Qu [Mechanics of Materials, 14:269-281, 1993] is also extended to investigate imperfect interface effect on damping behavior of viscoelastic composite materials. In order to investigate the nanosize effect on damping caracteristics of nanocomposite materials, we develop and validate an atomistic-continuum interface model for effective properties of elastic composite materials containing ellipsoidal nano-inhomogeneities. This approach bridges the gap between discrete systems (atomic level interactions) and continuum mechanics. An advantage of this approach is that it is developed from earlier models that consider inhomogeneities shape, thereby enabling both the nano-inhomogeneities shape and the nano-interphase shape to be simultaneously accounted for in computing the overall composite stiffness with any case of material and surface/interface anisotropies. On structural level modeling, we developed an analytical tool to study the static behavior of laminated glass beams with silicone material at ends. Then two sandwich finite elements have been developed to study static and modal behavior of viscoelastic sandwich beams and plates with complex boundaries conditions. Based on automatic differentiation and asymptotic numerical method, we developed the Diamant MATLAB toolbox which is a powerful tool to investigate many nonlinear problems namely complex non linear eigenvalue problem. Using all theses numerical tools, we investigate the effects of the materials microstructures on the modal and acoustic properties of the automotives windshields. To finish, this work shows a simple example to conceive the windshield materials microstructures to fulfill four design requirements of the whole windshield structure in service by solving a multi-objectives
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Trabelsi, Brahim. "Simulation numérique de l’écoulement et mélange granulaires par des éléments discrets ellipsoïdaux." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://oatao.univ-toulouse.fr/9300/1/trabelsi.pdf.
Abstract:
Les matériaux granulaires sont omniprésents, ils se trouvent aussi bien dans la nature que dans quelques applications industrielles. Parmi les applications industrielles utilisant les matériaux granulaires, on cite le mélange des poudres dans les industries agro-alimentaires, chimiques, métallurgiques et pharmaceutiques. La caractérisation et l'étude du comportement de ces matériaux sont nécessaires pour la compréhension de plusieurs phénomènes naturels comme le mouvement des dunes et les avalanches de neige, et de processus industriels tel que l'écoulement et le mélange des grains dans un mélangeur. Le comportement varié des matériaux granulaires les rend inclassables parmi les trois états de la matière : solide, liquide et gazeux. Ceci a fait dire qu'il s'agit d'un ``quatrième état'' de la matière, situé entre solide et liquide. L'objectif de ce travail est de concevoir et de mettre en oeuvre des méthodes efficaces d'éléments discrets pour la simulation et l'analyse des processus de mélange et de ségrégation des particules ellipsoïdales dans des mélangeurs culbutants industriels tels que le mélangeur à cerceaux. Dans la DEM l'étape la plus critique en terme de temps CPU est celle de la détection et de résolution de contact. Donc pour que la DEM soit efficace il faut optimiser cette étape. On se propose de combiner le modèle du potentiel géométrique et la condition algébrique de contact entre deux ellipsoïdes proposée par Wang et al., pour l'élaboration d'un algorithme efficace de détection de contact externe entre particules ellipsoïdales. Puis de de prouver un résultat théorique et d'élaborer un algorithme pour le contact interne. D'autre part, le couplage DEM-chaîne de Markov permet de diminuer très sensiblement le temps de simulation en déterminant la matrice de transition à partir d'une simulation à courte durée puis en calculant l'état du système à l'aide du modèle de chaîne de Markov. En effet, en utilisant la théorie des matrices strictement positives et en se basant sur le théorème de Perron-Frobenius on peut approximer le nombre de transitions nécessaires pour la convergence vers un état donné.
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Tran, Quoc Anh. "Modélisation numérique du comportement des milieux granulaires à partir de signaux pénétrométriques : approche micromécanique par la méthode des éléments discrets." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22561/document.
Abstract:
Dans la pratique actuelle du génie géotechnique, les essais de pénétration tels que les CPT, SPT, Panda sont largement utilisés pour caractériser mécaniquement les sols, au travers notamment d’une caractéristique de rupture appelée résistance de pointe. Par ailleurs, les dernières évolutions technologiques apportées aux essais de pénétration dynamique (Panda 3) permettent d’obtenir pendant chaque impact une courbe charge–enfoncement donnant la charge en pointe en fonction de l’enfoncement à partir de la mesure et du découplage des ondes générées durant l’essai. L’exploitation de cette nouvelle courbe fournit des informations non seulement sur la résistance de pointe dynamique mais également sur des paramètres mécaniques complémentaires mis en jeu pendant l’enfoncement de la pointe. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle numérique en 2D capable de reproduire les signaux pénétrométriques obtenus expérimentalement par essais de type statique ou dynamique. Ce modèle est basé sur la méthode des éléments discrets avec une loi de contact linéaire simple. Une fois le modèle validé, une étude paramétrique a été réalisée en jouant essentiellement sur les modes d’application de la sollicitation (vitesse d’impact ou de pénétration), la granulométrie du matériau ainsi que l’arrangement granulaire (variation de la densité). Outre l’influence de ces paramètres sur les signaux pénétrométriques et la résistance de pointe mesurée, une attention particulière est portée sur l’analyse micromécanique : dissipation d’énergie dans le milieu, évolution des chaines de force, orientations des contacts. Cette analyse nécessite de développer des outils numériques spécifiques afin de mieux comprendre le mécanisme de l’enfoncement et tenter d’expliquer la réponse mécanique macroscopique obtenue. L’effet de la vitesse n’influence significativement que sur les essais de pénétration statiques et dynamiques en régime d’écoulement dense. A vitesse d’enfoncement comparable, il n’y a aucune différence significative au niveau microscopique entre les deux modes de sollicitation statique et dynamique. En ce qui concerne l’influence des caractéristiques du matériau, les résultats obtenus par le modèle numérique conforment aux celui réel lors que le frottement entre particules ou la compacité du milieu varie. Concernant la granulométrie, la variation de la courbe charge-enfoncement et la force de pointe dynamique augmente lorsque le diamètre moyen augmenteIn the field of in situ mechanical characterization of soils, penetration tests are commonly used. Penetration tests measure the properties of soils in the domain of large deformations. The tip resistances, deduced from pile driving theory, can be measured either in dynamic conditions (q d ) either in static conditions (q c ). Recently, the measurement technique in dynamic conditions has been improved and it is now possible to record the whole response of the soil during one impact in terms of tip force and penetration distance. The exploitation of this new curve provides information not only on dynamic tip resistance but also on additional mechanical parameters involved during the driving of the tip. The objective of this work is to develop a numerical model in 2D able to reproduce the penetrometric record obtained experimentally by static or dynamic penetration tests. This model is based on the discrete element method with a simple linear contact model. After the validation of the model, a parametric study was performed essentially on the loading type (static or dynamic), the penetration rate, the particle size of the granular material and the arrangement (density variation). Besides the influence of these parameters on the penetrometer signals and the tip resistance, a particular attention was focused on micromechanical analysis: energy dissipation in the medium, force chain evolution, contact orientation. This analysis requires the development of specific numerical tools to better understand the penetration mechanism and try to explain the macroscopic mechanical response obtained. The penetration rate influences significantly only in the dense flow regime on the static and dynamic penetration tests. There is no significant microscopic difference between static and dynamic penetration tests with similar penetration rates. Regarding the influence of the characteristics of the material, the numerical results obtained conform to the real results when the particle friction or the compactness of the medium varies. Concerning the particle size, the dynamic signal variation and the dynamic tip force increases when the average particle diameter increases
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Liu, Hua. "Nouveau procédé d'enrobage de particules en voie sèche et modélisation numérique : préparation de catalyseur solide propre pour la méthanisation." Electronic Thesis or Diss., Centrale Lille Institut, 2021. http://www.theses.fr/2021CLIL0016.
Abstract:
L'objectif de ce travail de thèse est de proposer une nouvelle méthodologie pour préparer des supports de catalyseurs pour la réaction de méthanation. En particulier,l’application d’une technique d’enrobage de particules en voie sèche. L'enrobage à sec des particules est considéré comme une technique respectueuse de l'environnement et peu coûteuse. Cependant, il est crucial de comprendre le mécanisme du processus d'enrobage à sec, les facteurs qui affectent la performance de l'enrobage, l'évaluation de la qualité de l'enrobage, la production à grande échelle ainsi que l'exploration de nouveaux champs d'application.Dans ce travail, la méthode de préparation de nouveaux supports de catalyseurs consiste à enrober des particules de γ-Al2O3 et d’acier 316L avec des nanoparticulesde TiO2, SiO2, et Zeolite. Cependant, ces poudres (TiO2, SiO2, et Zeolite) sont très cohésives et forment des agglomérats de tailles incontrôlables, l'échelle nanométrique des poudres pose un problème majeur dans la précision des mesures de la taille. Le processus de revêtement nécessite une analyse des nanoparticules. Cinq techniques d’analyses ont été appliquées et comparées. Le principe de base du processus d'enrobage des particules en voie sèche consiste à mélanger des particules hôtes et invitées sous l'effet des forces mécaniques (impact/compression/force de cisaillement). Particules hôtes : γ-Al2O3 et l’acier 316L ont un diamètre moyen d'environ 67μm et 98.3 μm seront utilisées comme particules hôtes pour préparer de nouveaux supports. Les particules invitées : TiO2, SiO2 et Zeolite de taille nanométrique seront utilisées pour revêtir la surface de γ-Al2O3 et d’acier 316L pour préparer les nouveaux supports (tels que TiO2/γ-Al2O3, SiO2/γ-Al2O3, zéolite/γ-Al2O3, TiO2/S316L,SiO2/S.S316L, zéolite/S316L). L'enrobage des particules en voie sèche est dû aux forces mécaniques/cisaillements et il dépend des paramètres comme les mouvements des particules forces de collisions, interactions entre les particules et l'impact des conditions opératoires (la vitesse de rotation et le temps d'enrobage) dans le mélangeur.Ainsi, on a mis en place un programme de modélisation numérique par DEM (Discrete Element Method) qui semble indispensable pour permettre de répondre et d'expliquer les phénomènes et le mode d'enrobage.Les résultats de l'analyse des nanoparticules ont montré que la technique de diffraction/diffusion laser (LD) met en évidence une plus grande taille de particules de nanopoudres (surestimation) par contre la diffusion dynamique de la lumière (DLS) montre une taille plus petite. La microscopie électronique à transmission (TEM)indique le plus petit diamètre des nanopoudres. Les résultats de l'enrobage met en évidence un bon enrobage par nanoparticules SiO2, TiO2, et Zeolite sur la surface des solides γ-Al2O3 et acier 316L sous 3500 rpm et 5 min. Cependant, pour les mêmes particules invitées avec différentes particules hôtes, le revêtement de l’acier316L montre un enrobage excellent. La modélisation numérique révèle que les principaux facteurs affectant la simulation sont : la vitesse de rotation et la taille des particules. La simulation de l’enrobage, indique que l'énergie interfaciale entre l'hôte et l'invité s'est avérée être le principal paramètre affectant le revêtementThe objective of this thesis is to propose a new methodology – dry particle coating technique to prepare catalyst supports for the methanation reaction. Dry particlecoating is considered as an environmentally friendly and low-cost technique. However, it is crucial to understand the mechanism of the dry coating process, the factorsaffect the coating performance, the evaluation of the coating quality, the large-scale production as well as the exploration of new application fields.In this work, the method of preparing new catalyst supports is to coat γ-Al2O3 and 316L steel (S.S316L) particles with TiO2, SiO2, and Zeolite nanoparticles. However,these powders (TiO2, SiO2, and Zeolite) are highly cohesive and form agglomerates of uncontrollable sizes, the nanoscale of the powders poses a major problem inthe accuracy of size measurements. The coating process requires analysis of the nanoparticles. Four analytical techniques were applied and compared. The basicprinciple of the dry particle coating process is the mixing of particles under mechanical force (impact/compression/shear force). Host particle: γ-Al2O3 and S.S316Lhave an average diameter of about 67 μm and 98.3 μm will be used as host particles to prepare new carriers. The guest particles: TiO2, SiO2 and Zeolite with nanosizewill be used to coat the surface of γ-Al2O3 and S.S316L to prepare the new substrates (such as TiO2/S.S316L, SiO2/S.S316L, Zeolite/S.S316L and TiO2/γ-Al2O3,SiO2/γ-Al2O3, Zeolite/γ-Al2O3,). The coating of particles in dry process is due to mechanical/shear forces and it depends on collisions, particle movements, interactionsbetween particles and the impact of operating conditions (the rotation speed and coating time) in the mixer. A numerical modeling DEM (Discrete Element Method)has been implemented to answer and explain the phenomena and the coating process.The results of the analysis of the nanoparticles showed that the technique of diffraction/laser scattering (LD) highlights a larger size of particle of the nanopowder(overestimation) on the other hand the dynamic diffusion of the light (DLS) shows a smaller size. Transmission electron microscopy (TEM) indicates the smallerdiameter of the nanopowder. The coating results highlight a good coating by SiO2, TiO2, and Zeolite nanoparticles on the surface of γ-Al2O3 and S.S316L under 3500rpm and 5 min. However, for the same guest particles with different host particles, the S.S316L coating shows excellent coating. Numerical modeling reveals that themain factors affecting the simulation are: rotational speed and particle size. Simulation of the coating indicates that the interfacial energy between the host and theguest is the main parameter affecting the coating
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Rastiello, Giuseppe. "Influence de la fissuration sur le transfert de fluides dans les structures en béton : stratégies de modélisation probabiliste et étude expérimentale." Phd thesis, Université Paris-Est, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00861375.
Abstract:
Une structure en béton doit assurer des fonctions structurales qui vont au delà de la simple résistance. Dans ce cadre, la fissuration du béton armé joue un rôle primordial sur la durabilité, l'étanchéité et même la sûreté des structures. La structure poreuse du béton rend naturellement possible la pénétration au cours du temps d'espèces délétères. En outre, sous l'effet des chargements mécaniques et des conditions environnementales au sens large, le béton se fissure. Les fissures constituent, elles aussi, des voies préférentielles pour la pénétration de fluides ou d'agents agressifs et ajoutent de manière significative leur contribution à la dégradation des performances structurelles. Dans la thèse une stratégie de modélisation macroscopique probabiliste du couplage entre fissuration et transferts de fluides dans les structures en béton est présentée. Le béton est modélisé comme un milieu poreux saturé d'eau tandis que la fissuration (mécanique) est modélisée au travers d'une approche numérique probabiliste tenant compte de l'hétérogénéité naturelle du matériau et des effets d'échelle qu'elle induit. L'hypothèse physique de base du modèle de fissuration est que chaque élément fini peut être considéré comme représentatif d'un volume de matière hétérogène dont le comportement est géré par son degré d'hétérogénéité, défini comme le rapport entre le volume élémentaire et un volume représentatif de l'hétérogénéité du matériau. Dans la formulation développée, les propriétés mécaniques du matériau sont considérées comme des variables aléatoires (non corrélés) distribuées dans les éléments du maillage selon des distributions statistiques validées expérimentalement. Une approche par analyse inverse permet d'accéder aux paramètres de fonctions de distribution qui, selon les hypothèses du modèle, varient en fonction de la dimension des éléments finis. Le couplage fissuration-transfert est traité de manière faible, sous l'hypothèse d'absence d'interaction entre les deux processus (à savoir que la fissuration de l'élément fini, d'origine mécanique, induit une variation locale de sa perméabilité). L'utilisation d'une loi de Poiseuille modifiée et adaptée expérimentalement selon un protocole développé dans le cadre de la thèse permet de mettre en relation une telle variation avec l'ouverture de fissure et de prendre en compte, de manière macroscopique, les principales causes d'écart entre l'écoulement idéalisé, représenté par la loi de Pouiselle, et l'écoulement dans des fissures réelles. Une approche de type Monte-Carlo permet de valider les résultats des simulations mécaniques et hydriques. Les capacités de la stratégie de modélisation proposée en termes de prédiction des débits d'eau en milieu fissuré sont explorées au travers de la simulation d'essais de perméabilité sous charge sur des éprouvettes cylindriques soumises à du fendage. Ces essais sont utilisés dans le cadre du protocole expérimentale. Une première validation à l'échelle d'un élément structurel multifissuré est presentée. Elle consiste en la simulation d'un essai (récemment proposé dans la littérature) developpé pour l'étude de l'impact de la fissuration sur les propriétés de transfert de tirants en béton armé
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Taforel, Paul. "Apport de la Méthode des Éléments Discrets à la Modélisation des Maçonneries en Contexte Sismique : Vers une Nouvelle Approche de la Vulnérabilité Sismique." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00801814.
Abstract:
L'évaluation des risques naturels et du risque sismique en particulier a pris une importance croissante pour les autorités publiques ces dernières années, entraînant une adaptation importante des outils utilisés jusqu'à présent dans l'étude de la vulnérabilité du bâti. Il est nécessaire de mieux évaluer ces risques afin de mieux y faire face. De nouvelles approches doivent être proposées pour répondre à ces objectifs dont les approches numériques font partie. Parmi les méthodes numériques développées pour tenir compte de la spécificité du bâti maçonné figurent les approches par éléments discrets comme la méthode NSCD (" Non Smooth Contact Dynamics "). Les travaux présentés dans cette thèse visent à mieux appréhender le comportement mécanique et dynamique des ouvrages maçonnés en utilisant ce type de méthode implémenté dans le code de calcul LMGC90, afin d'affiner la compréhension et la caractérisation de la vulnérabilité sismique des édifices en maçonnerie. La méthodologie que nous cherchons à mettre en place vise à traiter la vulnérabilité sismique de bâtiments spécifiques ou au contraire d'ensembles de bâtiments de même typologie.
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Al-Hout, Julie. "Etudes expérimentales et numériques du comportement des structures en Pisé et en maçonnerie : Apport de la MED." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI079/document.
Abstract:
Cette contribution, en s’appuyant sur un travail expérimental et de modélisation numérique à l’aide de la méthode des éléments distincts, vise l’étude de structures en maçonnerie et de structures en pisé. Pour la partie maçonnerie, notre étude traite tout d’abord de modèles réduits testés sur table inclinable, puis dans un second temps nous avons testé des murs en briques à une échelle représentative. Dans la deuxième partie, nous avons mené des essais sur des murs en pisé sous un chargement en cisaillement, avec ou sans précontrainte axiale de confinement qui correspond à une descente de charge. Une modélisation numérique par la méthode des éléments discrets a été réalisée pour ces différents cas d’étude. La comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques, nous a permis, d’évaluer les pertinences et limites de la modélisation via la méthode des éléments discrets (DEM)This contribution, based on experimental work and numerical modeling using the distinct elements method, aims to study masonry structures and rammed earth structures. For the masonry part, our study first deals with reduced models tested on tilting table, then in a second time we tested brick walls on a representative scale. In the second part, we conducted tests on rammed earth walls under a shear loading, with or without axial prestressing of the containment which corresponds to a descent of load. Numerical modeling using the discrete element method has been carried out for these different case studies. The comparison between the experimental and numerical results, allowed us to evaluate the relevance and limits of modeling via the discrete element method (DEM)
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Barbier, Carine. "Modélisation numérique du comportement mécanique de systèmes enchevêtrés." Grenoble INPG, 2008. http://www.theses.fr/2008INPG0159.
Abstract:
Un modèle numérique basé sur des techniques de dynamique moléculaire a été développé pour étudier le comportement mécanique d'ensembles de fibres enchevêtrées. Pour limiter le nombre de degrés de liberté, les fibres sont discrétisées en une suite de segments. Le modèle permet de prendre en compte des paramètres géométriques (fraction volumique, facteur de forme, distribution d'orientation. . . ) et des paramètres « matériaux » (flexibilité, frottement aux contacts. . . ). Les comportements macroscopiques d'ensembles de fibres orientées aléatoirement ont été identifiés en fonction de ces paramètres, enrichissant ainsi les lois d'échelles simples de la littérature. Des informations microscopiques telles que l'évolution du nombre de contacts en fonction des sollicitations (compression isostatique, cisaillement) ont également pu être obtenues numériquement. Ceci a notamment permis de valider des techniques d'analyse d'image, ensuite appliquées à des images de tomographie aux rayons X de laines d'acierWe employ a discrete simulation adapted from molecular dynamics techniques in order to study the mechanics of entangled semiflexible fibers. Each fiber is discretized by a small number of segments allowed to stretch and bend. A few hundred fibers, initially straight and placed and oriented at random are simulated during incremental compressions in the three directions of space or incremental shear. This model can take into account geometrical parameters (volume fraction, aspect ratio, orientation distribution. . . ) as well as “material” parameters (flexibility, nature of contacts. . . ). This model is also employed to generate samples used to validate image analysis techniques
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Bargui, Henda. "Modélisation des comportements mécaniques et hydrauliques de massifs rocheux simulés par des assemblages de blocs rigides : Introduction d'un couplage hydro-mécanique." Phd thesis, Marne-la-vallée, ENPC, 1997. http://www.theses.fr/1997ENPC9705.
Abstract:
Ce travail de recherche concerne la modélisation des comportements hydromécaniques des massifs rocheux fissures par amélioration et extension d'un modèle par éléments discrets, brig3d. Ce modèle, brig3d, assimile un massif rocheux fissure a un assemblage de blocs rigides qui interagissent au niveau de leurs interfaces. La déformation du massif résulte des déformations au niveau des interfaces, définies à l'aide des déplacements des blocs. Sous l'effet des sollicitations du massif, chaque bloc, en interaction avec d'autres, se déplace vers une position qui assure l'équilibre entre les efforts de contact et les sollicitations extérieures. Les améliorations concernent la reformulation mécanique de brig3d. De nouvelles définitions concernant la position des interfaces et le champ des contraintes sont introduites. Ce travail de recherche concerne également l'introduction d'un modèle par éléments frontières décrivant un écoulement laminaire, permanent et plan, aux interfaces des blocs. Ces deux modelés ont été ensuite couples et appliques a l'analyse des comportements hydromécaniques des massifs rocheux fissures soumis à diverses sollicitations. Une étude particulière a été consacrée pour analyser le comportement d'une fondation de barrageThis research aims at modelling the hydro-mechanical behaviour of fissured rock masses by improvement and extension of a discrete element model, called BRIG3D. This model simulates fissured rock mass as a set of rigid blocks interacting along their interfaces. Interface deformation is related to the relative displacement of the corresponding blocks. Being subject to external loads, the total set of blocks moves until equilibrium is reached. The computation of this equilibrium has been improved by redefining the model description of the rigid block movement, the interface position and the stress distribution along an interface. To describe flow problems through blocks interfaces, a boundary element model has been developed. Flow through each interface is assumed to be laminar, stationary and planar. This hydraulic model has then been coupled with the mechanical model BRIG3D and used to analyse hydro-mechanical rock mass behaviour under varying loads ; In particulard, a study of a dam foundation has been carried out
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Cadile, Claudia. "Modélisation DEM et approche expérimentale de la dynamique d'un système réactif en lit fluidisé dense : application à la gazéification de la biomasse." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4769/document.
Abstract:
Le travail réalisé en collaboration entre l’entreprise CNIM et le laboratoire IUSTI a permis la miseen place d’un outil de simulation numérique afin d’étudier à l’échelle locale différents phénomènescouplés qui se produisent dans un réacteur de gazéification en lit fluidisé dense. L’approche choisie,DEM (Discrete Element Method), est basée sur le suivi de paquets de particules. Les résultats desimulation ont été comparés à des mesures expérimentales réalisées dans les laboratoires IUSTIet LERMAB : mesure de pression dans un lit fluidisé peu profond et caractérisation de la réactionde pyrolyse par suivis temporels de la masse volumique par une méthode innovante et de latempérature de la particule de biomasse ainsi que la composition des gaz produits. À plus grandeéchelle, les prédictions numériques du code ont été comparées à des mesures expérimentales deprofil de vitesse des particules et de mélange et ségrégation issues de la littérature. Les résultatsnumériques du lit fluidisé bisolide sans et avec réactions chimiques, obtenus sont en bon accordavec les mesures expérimentales. Ils ont permis de mettre en évidence le fort couplage entre lesphénomènes hydrodynamiques et thermochimiques.Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives tant sur le plan de l’expérimentation que de la simulation numérique où l’approche DEM retenue a montré un fort potentiel. L’extrapolation dumodèle DEM pour la simulation de la gazéification à des réacteurs industriels reste encore un défiau regard des ressources informatiquesEnergy production from green and renewable resources, such as biomass, are currently experiencinga significant growth. Thermochemical conversion of this biomass by gasification is a process usedfor over a century but still requires significant developments in terms of rentability optimizationand quality improvement of products gases.The work carried out in collaboration between the CNIM company and the IUSTI laboratoryallowed the establishment of a numerical simulation tool to study locally different coupled phenomenaoccurring in a dense fluidized bed gasification reactor. The chosen approach, DEM (DiscreteElement Method), is based on the monitoring of particle packets. The simulation results werecompared to experimental measurements realised in IUSTI and LERMAB laboratories : measuringpressure in a shallow fluidized bed and characterization of pyrolysis reaction with the timetracking of particle density by an innovative method, temperature and the composition of theproducts gases. On a larger scale, the numerical code predictions were compared with velocity,particles mixing and segregation profiles from experimental measurements of the literature. Theobtained numerical results of bi-solid fluidized bed with and without chemical reactions are ingood agreement with the experimental measurements. It helped to highlight the strong couplingbetween hydrodynamic and thermochemical phenomena.This work opens up new perspectives on the experimental plan and numerical simulation whichDEM approach has shown great potential. The extrapolation of the DEM model for the simulationof gasification industrial reactors remains a challenge in terms of computer resources
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Bargui, Henda. "Modélisation des comportements mécaniques et hydrauliques de massifs rocheux simulés par des assemblages de blocs rigides : Introduction d'un couplage hydro-mécanique." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1997. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529406.
Abstract:
L'objectif de ce travail est de modéliser le comportement hydro-mécanique de massifs rocheux fissurés. Ceci concerne précisément l'amélioration et l'extension d'un modèle par éléments discrets appelé BRIG3D. Ce modèle assimile un massif rocheux fissuré à un assemblage de blocs rigides qui interagissent au niveau de leurs interfaces. La déformation de ces interfaces est reliée aux déplacements relatifs des blocs. Sous l'effet des sollicitations du massif, chaque bloc, en interaction avec d'autres, se déplace vers une position d'équilibre. Les améliorations concernent la reformulation mécanique de BRIG3D. De nouvelles descriptions concernant le mouvement d'un corps rigide, la position des interfaces et le champ des contraintes sont introduites. Ce travail de recherche concerne également l'introduction d'un modèle par éléments frontières décrivant un écoulement laminaire, permanent et plan aux interfaces des blocs. Le couplage de ces deux modèles à permis d'analyser le comportement hydro-mécanique de massifs rocheux fissurés soumis à diverses sollicitations. Une étude particulière a été consacrée à l'analyse du comportement d'une fondation de barrage.
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Kunhappan, Deepak. "Modélisation numérique de l’écoulement de suspensions de fibres souples en régime inertiel." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI045/document.
Abstract:
Un modèle numérique décrivant le comportement de fibres souples en suspension dans un écoulement de fluide en régime inertiel a été développé au moyen d'un couplage entre la méthode des éléments discrets et la méthode des volumes finis. Chaque fibre est discrétisée en plusieurs éléments de type poutre permettant de prendre en compte une déformation (flexion, torsion, allongement) et un mouvement de corps rigide. Les équations du mouvement des fibres sont résolues au moyen d'un schéma explicite du second ordre (temps et espace). Le mouvement de la phase fluide est décrit par les équations de Navier-Stokes, qui sont discrétisées et résolues au moyen d'un schéma aux volumes finis non structurés, d'ordre 4 (temps et espace). Le couplage entre la phase solide (discrète) et la phase fluide (continue) est obtenue par une pseudo méthode IBM (Immersed Boundary Method) dans laquelle l'effort hydrodynamique est calculé analytiquement. Plusieurs modèles de force hydrodynamique issus de la littérature sont analysés et leur validité ainsi que leurs limites sont identifiées. Pour des nombres de Reynolds (Re) correspondant au régime inertiel (0.01 < Re < 100, Re défini à l'échelle de la fibre), des formulations non-linéaires de la force hydrodynamique exercée par un écoulement uniforme sur un cylindre infini sont utilisées. Le couplage a aussi été utilisé pour des fibres rigides en écoulement de Stokes, en utilisant l'expression de la force de traînée issue de la théorie des corps élancés (`slender body theory'). Une expression du moment hydrodynamique par unité de longueur est obtenu à partir de simulations numériques par volumes finis de l'écoulement autour d'un cylindre élancé.Le modèle développé a été validé par comparaison avec plusieurs résultats expérimentaux et analytiques, du régime de Stokes (pour des fibres rigides) jusqu'aux régimes inertiels. Dans le cas du régime de Stokes, des simulations numériques du cisaillement de suspensions de fibres semi-diluées ont été réalisées. Le modèle développé permet de capturer les interactions hydrodynamiques et non-hydrodynamiques entre les fibres. Les interactions élasto-hydrodynamiques pour $Re$ fini ont été validées dans deux cas. Dans le premier cas, la flèche d'une fibre encastrée-libre dans un écoulement uniforme a été obtenu par calcul numérique et le résultat validé par comparaison aux résultats expérimentaux de la littérature. Dans le second cas, la conformation de fibres élancées et très déformables dans un écoulement turbulent homogène et isotrope a été obtenu par calcul numérique et le résultat validé par comparaison aux résultats expérimentaux de la littérature. Deux études numériques ont été réalisées pour étudier l'effet de la présence de fibres en suspension sur la turbulence au sein du fluide suspensif. Le modèle numérique a permis de reproduire le phénomène de réduction/amplification de la turbulence dans un écoulement en canal ou en conduite, dû à l'évolution microstructurale de la phase fibreuseA numerical model describing the behavior of flexible fibers under inertial flows was developed by coupling a discrete element solver with a finite volume solver.Each fiber is discretized into several beam segments, such that the fiber can bend, twist and rotate. The equations of the fiber motion were solved usinga second order accurate explicit scheme (space and time). The three dimensional Navier-Stokes equations describing the motion of the fluid phase was discretizedusing a fourth th order accurate (space and time) unstructured finite volume scheme. The coupling between the discrete fiber phase and the continuous fluid phasewas obtained by a pseudo immersed boundary method as the hydrodynamic force on the fiber segments were calculated based on analytical expressions.Several hydrodynamic force models were analyzed and their validity and short-comings were identified. For Reynolds numbers (Re) at the inertial regime(0.01 < Re < 100, Re defined at the fiber scale), non linear drag force formulations based on the flow past an infinite cylinder was used. For rigid fibers in creeping flow, the drag force formulation from the slender body theory was used. A per unit length hydrodynamic torque model for the fibers was derived from explicit numerical simulations of shear flow past a high aspect ratio cylinder. The developed model was validated against several experimental studies and analytical theories ranging from the creeping flow regime (for rigid fibers) to inertial regimes. In the creeping flow regime, numerical simulations of semi dilute rigid fiber suspensions in shear were performed.The developed model wasable to capture the fiber-fiber hydrodynamic and non-hydrodynamic interactions. The elasto-hydrodynamic interactions at finite Reynolds was validated with against two test cases. In the first test case, the deflection of the free end of a fiber in an uniform flow field was obtained numerically and the results were validated. In the second test case the conformation of long flexible fibers in homogeneous isotropic turbulence was obtained numerically and the results were compared with previous experiments. Two numerical studies were performed to verify the effects of the suspended fibers on carrier phase turbulence and the numerical model was able to reproduce the damping/enhancement phenomena of turbulence in channel and pipe flows as a consequence of the micro-structural evolution of the fibers
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Lajevardi, Seyed Hamid. "Comportement des géosynthétiques en ancrage : Modélisation physique et numérique." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00995109.
Abstract:
Le renforcement des sols par géosynthétique est appliqué dans de nombreux types d'ouvrage : remblais sur sol compressible, talus sur fondations stables, remblais sur des cavités et ouvrages de soutènement. La stabilité de ces ouvrages dépend entre autres de l'efficacité des ancrages des nappes géosynthétiques. Les ancrages droit et avec retour sont les plus couramment utilisés. Afin d'améliorer les connaissances actuelles sur le comportement des systèmes d'ancrage, des études expérimentales et numériques ont été développées conjointement. Ce travail de thèse concerne dans une première partie, la modélisation physique tridimensionnelle du comportement des géosynthétiques pour deux types ancrages (ancrage droit et ancrage avec retour). Ces essais ont été réalisés dans une chambre d'étalonnage en conditions contrôlées et instrumentées en laboratoire. Dans une deuxième partie de cette thèse, les paramètres d'interaction sol/géosynthétique déduits à partir de l'étude expérimentale ont été implémentés dans le code de calcul numérique bidimensionnel en milieu continu FLAC2D pour une meilleure compréhension du comportement des géosynthétique en ancrage. L'influence de plusieurs paramètres sur le comportement du géosynthétique en ancrage avec et sans retour a été traitée dans cette étude numérique. Parallèlement à cette modélisation, une autre modélisation numérique (discontinue) par la méthode des éléments discrets (PFC2D) a été réalisée. Ces modélisations ont donné des résultats proches de ceux obtenus expérimentalement et confirme l'analyse faite au sujet des mécanismes d'ancrage.
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Ghaouti, Abdelwahab. "Modélisation numérique des matériaux granulaires à interactions à distance." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1995. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1641_aghaouti.pdf.
Abstract:
L'objectif de la thèse est la simulation du comportement des matériaux granulaires à interactions à distance à l'aide du code de calcul TRUBAL développé par Peter Cundall. Ce logiciel qui est à la base de ces simulations numériques est tout d'abord décrit en rappelant le principe de la Méthode dite des Eléments Discrets (M. E. D. ) et les différentes particularités de ce logiciel. Dans cette méthode, le mouvement des particules est décrit par la résolution des équations du mouvement et les forces de contact s'obtiennent par implication d'une loi de contact. L'approche théorique développée, à l'Ecole Centrale de Lyon, qui relie le comportement global d'un milieu granulaire à son comportement local est ensuite présentée: l'approche par homogénéisation statistique. Le premier milieu étudié est le milieu forme de bulles de savon pour lequel de nombreuses expériences menées au Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes a l'Ecole Centrale de Lyon ont servi de support. L'interaction entre les bulles de savon comporte un terme attractif à longue distance, qui a nécessité des modifications du logiciel, et un terme répulsif à courte distance. Les simulations homogènes effectuées ont montré que le comportement simulé est représentatif du comportement habituellement observé. L'effet de l'ensemble des forces d'attraction est décrit par un tenseur de contraintes de cohésion qui a été défini par homogénéisation. L'expression de celui ci est obtenue en utilisant une fonction de distribution radiale. L'utilisation de l'approche par homogénéisation a permis également de définir le comportement global du milieu à partir d'une loi locale élastique: les résultats numériques sont en bon accord avec la théorie. Deux essais non homogènes sur ce milieu ont montré la capacité de la M. E. D. à simuler des problèmes réels sur les interfaces: l'essai d'indentation d'une couche mince par un indenteur cristallin et l'essai d'usure au cours d'un cisaillement alterné (probleme du troisième corps). Le deuxième milieu étudié est le milieu granulaire en présence de forces capillaires. La modélisation de la force capillaire par la relation de Laplace-Young a permis de réaliser des simulations homogènes et non-homogènes sur ce type de milieu. Un essai triaxial non confiné montre l'influence de la présence d'eau sur le comportement du milieu. Par contre, sous un confinement important, cette influence est faible. Des essais non-homogènes concernent les écoulements bidimensionnels dans les silos, en présence ou non de cohésion capillaire, en fonction de la taille d'ouverture et de l'inclinaison du fond. La formation de voûtes est étudiée en particulier ainsi que la distribution des contraintes le long des parois. L'ensemble de ces résultats montre l'intérêt de la méthode des éléments discrets pour l'analyse fine du comportement des milieux granulaires à interaction à distanceThe numerical simulation of the behaviour of granular materials interacting at large scale, using the TRUBAL software of Peter Cundall, is the topic of this thesis. This software is described by recalling the principle of the Discrete Element Method (D. E. M. ) and the particularity of TRUBAL. In this method, particles motion is described by integration of motion equations and contact forces are calculated by using an appropriate contact law. The theoretical approach developed at "Ecole Centrale de Lyon" that lies the global behaviour of a granular material to its local behaviour is then presented : the statistical homogenisation approach. The first medium studied is the soap bubbles medium for which many experiments made at "Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systemes" of the "Ecole Centrale de Lyon" help us to fixe the modelling. The interaction law between soap bubbles is formed by an attractive part at large scale, which requires modifications of the Trubal software, and a linear elastic part at short scale. Homogeneous tests showed that the simulated behaviour is representative of the behaviour generally observed. The effect of the set of attractive forces is described by using a cohesive stress tensor which was defined by homogenisation. The expression of the tensor is obtained by using a radial distribution function. The homogenisation approach allowed to define the global behaviour of the medium from the local contact law : numerical tests are in good agreement with the theory. Two non-homogeneous tests showed the ability to use the Trubal software to simulate Tribological problems on interfaces: the indentation test of a thin half layer with a crystalline punch and the alternate shearing (friction and wear) of an amorphous layer (third body). The second medium studied is a granular material with capillary forces. The modelling of the capillary forces by the Laplace-Young relation allowed to carry out homogeneous and non-homogeneous tests. A non-confined triaxial test showed the influence on the behaviour of the water presence in the medium. Otherwise the influence is negligible under an important confinement. Non-homogeneous tests concern bidimensionnal flows in silos in different conditions: capillary cohesion (moisture content) or not, the outlet width ant the angle of the walls. The formation of arches is particularly studied as well as the stress distribution on the walls. The set of this results show the advantage of the Discrete Element Method to analyse the behaviour of granular materials interacting at large scale
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Pacheco-Martínez, Ana María. "Extracting cell complexes from 4-dimensional digital images." Thesis, Poitiers, 2012. http://www.theses.fr/2012POIT2262/document.
Abstract:
Une image numérique peut être définie comme un ensemble de n-xels sur une grille constituée de n-cubes. La segmentation consiste à calculer une partition d'une image en régions. Les n-xels ayant des caractéristiques similaires (couleur, intensité, etc.) sont regroupés. Schématiquement, à chaque n-xel est attribuée une étiquette, et chaque région de l'image est constituée de n-xels de même étiquette. Les méthodes "de type" Marching cubes et Kenmochi et al. construisent des complexes représentant la topologie de la région d'intérêt d'une image numérique binaire de dimension 3. Dans la première méthode, l'algorithme construit un complexe simplicial, dont 0-cellules sont des points des arêtes de la grille duale. Dans la deuxième méthode, les auteurs construisent un complexe cellulaire sur une grille duale, c.a.d les 0-cellules du complexe sont des sommets de la grille duale. Afin de construire le complexe, Kenmochi et al. calculent (à rotations près) les différentes configurations de sommets blancs et noirs d'un cube, puis, ils construisent les enveloppes convexes des points noirs de ces configurations. Ces enveloppes convexes définissent les cellules du complexe, à rotations près. Le travail développé dans cette thèse étend la méthode de Kenmochi et al. en dimension 4. L'objectif est de construire un complexe cellulaire à partir d'une image numérique binaire définie sur une grille duale. Nous calculons d'abord les différentes configurations de sommets blancs et noirs d'un 4-cube (à isométries près), puis, nous construisons des enveloppes convexes définies par ces configurations. Ces enveloppes convexes sont construites par déformation du 4-cube d'origine, et nous distinguonA digital image can be defined as a set of n-xels on a grid made up by n-cubes. Segmentation consists in computing a partition of an image into regions. The n-xels having similar characteristics (color, intensity, etc.) are regrouped. Schematically, each n-xel is assigned a label, and each region of the image is made up by n-xels with the same label. The methods "type" Marching cubes and Kenmochi et al. construct complexes representing the topology of the region of interest of a 3-dimensional binary digital image. In the first method, the algorithm constructs a simplicial complex, whose 0-cells are points of the edges of the dual grid. Inthe second one, the authors construct a cell complex on a dual grid, i.e. the 0-cells of the complex are vertices of the dual grid. In order to construct the complex, Kenmochi et al. compute (up to rotations) the different configurations of white and black vertices of a cube, and then, they construct the convex hulls of the black points of these configurations. These convex hulls define the cells of the complex, up to rotations. The work developed in this thesis extends Kenmochi et al. method todimension 4. The goal is to construct a cell complex from a binary digital image defined on a dual grid. First, we compute the different configurations of white and black vertices of a 4-cube, up to isometries, and then, we construct the convex hulls defined by these configurations. These convex hulls are constructed by deforming the original 4-cube, and we distinguishseveral basic construction operations (deformation, degeneracy of cells, etc.). Finally, we construct the cell complex corresponding to the dual image by assembling the cells so o
Una imagen digital puede ser definida como un conjunto de n–xeles en un mallado constituido de n–cubos. Los n–xeles pueden ser identificados con: (1) los n–cubos del mallado, o con (2) los puntos centrales de estos n–cubos. En el primer caso, trabajamos con un mallado primal, mientras que en el segundo, trabajamos con un mallado dual construido a partir del mallado primal. La segmentación consiste en calcular una partición de una imagen en regiones. Los n–xeles que tienen características similares (color, intensidad, etc.) son reagrupados. Esquemáticamente, a cada n–xel se le asocia una etiqueta, y cada región de la imagen está constituida de n–xeles con la misma etiqueta. En particular, si las únicas etiquetas permitidas para los n–xeles son “blanca” y “negra”, la segmentación se dice binaria: los n–xeles negros forman el primer plano (foreground) o región de interés en cuestión de análisis de la imagen, y los n–xeles blancos forman el fondo (background). Ciertos modelos, como los Grafos de Adyacencia de Regiones (RAGs), los Grafos Duales (DGs) y la carta topológica, han sido propuestos para representar las particiones en regiones, y en particular para representar la topología de estas regiones, es decir las relaciones de incidencia y/o adyacencia entre las diferentes regiones. El RAG [27] es un precursor de este tipo de modelos, y ha sido una fuente de inspiración de los DGs [18] y de la carta topológica [9, 10]. Un RAG representa una imagen primal etiquetada por un grafo: los vértices del grafo corresponden a regiones de la imagen, y las aristas del grafo representan las relaciones de adyacencia entre la regiones. Los DGs son un modelo que permite resolver ciertos inconvenientes de los RAGs para representar imágenes de dimensión 2. La carta topológica es una extensión de los modelos anteriores definida para manipular imágenes primales de dimensión 2 y 3, representando no solamente las relaciones topológicas, sino también las relaciones geométricas
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Oetomo, James. "Comportement des murs de soutènement en pierre sèche : une modélisation par approche discrète." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2014. http://www.theses.fr/2014ECDL0025/document.
Abstract:
Un mur de soutènement en pierre sèche (MSPS) est un ouvrage vernaculaire construit par empilement de blocs rocheux sans liant. Ce type de mur a fortement sculpté les campagnes françaises mais a aussi été utilisé par le passé dans des ouvrages de soutènement que ce soit routier ou ferroviaire. Pourtant, l’utilisation de cette technologie a disparu au cours du 20e siècle au profit de solutions industrialisées comme le béton armé. Face à ce patrimoine vieillissant, il est très difficile de proposer des protocoles de réparation alors que la réglementation associée à ces ouvrages est inexistante. Pour les mêmes raisons, alors que cette technologie répond parfaitement aux questions soulevées par le développement durable, elle est rarement envisagée ou retenue par les prescripteurs. La rupture des MSPSs neufs peut apparaître à cause de : (1) une poussée excessive du remblai soutenu par le mur, (2) un effort concentré excessif présent sur la surface du remblai et proche de la tête du mur. Ces deux causes induisent deux types de rupture très différents, respectivement : (1) rupture en déformation plane, (2) rupture par apparition d’un ventre. Trois expériences récentes à l’échelle 1 des MSPSs chargés par : (1) une poussée hydrostatique, (2) un remblai, (3) un remblai avec une force concentrée sur la surface de ce dernier, ont permis d’identifier certains phénomènes mis en jeu dans ces ruptures. Ce travail de thèse contribuera alors au développement de nouveaux outils scientifiques mais aussi à valider des outils existants pour dimensionner les MSPSs. Les expériences réalisées à l’échelle 1 serviront alors de cadre à ce travail pour valider les outils développés. Nous avons choisi d’utiliser une approche aux éléments discrets (MED) où chaque bloc de pierre du mur est modélisé individuellement, respectant ainsi la nature-Même de l’ouvrage réel. Dans un premier temps, une rupture de type déformation plane est modélisée par une approche discrète pure et une approche discrète-Continue. Les atouts et inconvénients de chacune des méthodes sont mis en avant. Une validation quantitative des modèles numériques est faite en comparant la hauteur critique de chargement avec les expériences à l’échelle 1. Ensuite, on étudie la sensibilité de plusieurs paramètres géométriques et mécaniques sur la hauteur critique de chargement, tout comme l’influence de la cohésion du remblai. Enfin, une première modélisation 3D de type qualitative sur la rupture des MSPS par un chargement concentré en surface du remblai est présentée. Les problèmes de modélisation sont soulevés et l’influence de la forme des blocs dans le processus de rupture est étudiéeA dry-Stone retaining wall (DSRW) is a vernacular structure constructed by stacking the stone blocks without using any binder. In the past, this wall has been extensively used, shaping the French countryside area, built either for road or railroad retaining wall. However, the use of this technology has disappeared during 20th century, due to the emergence of more industrialized materials such as reinforced concrete. Confronted by these ageing heritage structures, it is very difficult to propose a proper reparation procedure since the building codes associated with this structure are nonexistent. For the same reason, though this technology perfectly answers the questions raised by the concept of sustainable development, in practice this structure is rarely considered or used by the engineering advisors. The failure of the newly built DSRWs can be attributed to the following reasons: (1) an excessive pressure of backfill retained by the wall, (2) a presence of an excessive concentrated load on the backfill surface, close to the top part of the wall. These two types of loading lead to two very different types of failure, respectively: (1) plane strain failure, (2) bulging failure. Three recent experimental campaigns of DSRWs loaded with: (1) hydrostatic pressure, (2) backfill, (3) backfill with a concentrated on its surface, provided a better understanding of phenomena involved in these failures. The work presented in this PhD thesis contributes to the development of new scientific tools capable to help design the DSRWs, as well as validating existing tools. The recent full-Scale experimental campaign will serve as a basis to the validation of the developed numerical tools. We have chosen to use a discrete element method (DEM) where each stone block of the wall is modeled individually, complying with the nature of real DSRW. In the first place, the plane strain failure is modeled by a purely discrete approach and a discrete-Continuum approach. The advantage and inconvenient of each method will be presented in advance. A quantitative validation of numerical models is provided by comparing the critical height of loading with results derived from the full-Scale experimental campaign. Thereafter, a 3D qualitative model of DSRWs loaded with a concentrated load on the backfill surface is presented. The modeling problem is noted and the influence of the block form in regards of the related failure mechanism is studied
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Vernet, Raphaël. "Approche mixte théorie / expérimentation pour la modélisation numérique de chambres réverbérantes à brassage de modes." Phd thesis, Clermont-Ferrand 2, 2006. https://theses.hal.science/docs/00/69/11/24/PDF/2006CLF21654.pdf.
Abstract:
Cette thèse concerne le développement d'une méthodologie pour la modélisation numérique de chambres réverbérantes à brassage de mode (CRBMs). Ce moyen d'essai est utilisé pour les mesures en immunité et en émission de systèmes électroniques dans le domaine de la compatibilité électromagnétique (CEM). L'objectif de ces travaux consiste à proposer une modélisation numérique qui prend en compte un maximum de caractéristiques réelles des CRBMs. L'outil numérique utilisé pour la résolution des équations de Maxwell est la méthode des différences finies dans le domaine temporel. Les caractéristiques géométriques des équipements présents dans les CRBMs sont retranscrites dans le domaine numérique à l'aide de la géométrie discrète qui contrairement aux mailleurs commerciaux permet de contrôler les propriétés topologiques des maillages tridimensionnels obtenus. Les caractéristiques intrinsèques (le facteur de qualité essentiellement) sont intégrées a posteriori via un filtre spécifique appliqué aux solutions temporelles sans perte. Une étude approfondie de l'influence de la source (position, type. . . . ) sur la puissance numérique injectée est également présente. Enfin, ces travaux de thèse se concluent par une confrontation directe entre des résultats numériques et expérimentaux suivant les critères normatifs et statistiques actuels
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Vernet, Raphaël. "Approche mixte théorie / expérimentation pour la modélisation numérique de chambres réverbérantes à brassage de modes." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00691124.
Abstract:
Cette thèse concerne le développement d'une méthodologie pour la modélisation numérique de chambres réverbérantes à brassage de mode (CRBMs). Ce moyen d'essai est utilisé pour les mesures en immunité et en émission de systèmes électroniques dans le domaine de la compatibilité électromagnétique (CEM). L'objectif de ces travaux consiste à proposer une modélisation numérique qui prend en compte un maximum de caractéristiques réelles des CRBMs. L'outil numérique utilisé pour la résolution des équations de Maxwell est la méthode des différences finies dans le domaine temporel. Les caractéristiques géométriques des équipements présents dans les CRBMs sont retranscrites dans le domaine numérique à l'aide de la géométrie discrète qui contrairement aux mailleurs commerciaux permet de contrôler les propriétés topologiques des maillages tridimensionnels obtenus. Les caractéristiques intrinsèques (le facteur de qualité essentiellement) sont intégrées a posteriori via un filtre spécifique appliqué aux solutions temporelles sans perte. Une étude approfondie de l'influence de la source (position, type....) sur la puissance numérique injectée est également présente. Enfin, ces travaux de thèse se concluent par une confrontation directe entre des résultats numériques et expérimentaux suivant les critères normatifs et statistiques actuels.
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Mutabaruka, Patrick. "Modélisation numérique des milieux granulaires immergés : initiation et propagation des avalanches dans un fluide." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00984870.
Abstract:
Les études présentées dans ce mémoire portent sur la simulation numérique et l'analyse physique des milieux granulaires immergés dans un fluide. Des développements numériques ont été réalisés pour coupler la méthode Lattice Boltzmann pour la dynamique du fluide avec la méthode Contact Dynamics en 2D et avec la méthode Molecular Dynamics en 3D pour la dynamique des grains. Ces outils numériques ont été utilisés pour étudier l'initiation des avalanches sur un plan incliné en fonction de la compacité initiale et de l'angle d'inclinaison en 3D. Les résultats sont en bon accord quantitatif avec les expériences et ont permis de mettre en évidence la stabilisation de la pente granulaire par une pression négative du fluide interstitielle induite par la dilatance, et l'évolution spatiotemporelle des grandeurs telles que la compacité et la déformation de cisaillement. Ces évolutions dans la phase de fluage qui précède la rupture de pente ont pu être mises à l'échelle par un modèle théorique incorporant la loi de Darcy et l'effet de la dilatance sur l'angle de frottement interne. L'analyse de la texture granulaire a révélé la distortion du réseau des contacts pendant le fluage et la saturation de l'anisotropie comme un critère de rupture. La propagation des avalanches granulaires a été étudiée dans une configuration 2D pour deux géométries différentes : 1) l'effondrement et l'étalement d'une colonne sous son propre poids, 2) l'étalement d'une pente sous l'effet d'une énergie cinétique injectée. Nous avons en particulier montré que la distance et la durée d'étalement obéissent à des lois de puissance en fonction du rapport d'aspect initial ou de l'énergie injectée. Le fluide exerce deux effets contradictoires : réduire les temps de relaxation et lubrifier les contacts. Ces effets ont été analysés dans le régime visqueux en fonction des conditions initiales et la viscosité du fluide.
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Catalano, Emanuele. "Modélisation physique et numérique de la micro-mécanique des milieux granulaires saturés. Application à la stabilité de substrats sédimentaires en génie cotier." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENU012/document.
Abstract:
Le comportement des matériaux multiphasiques couvre une multitude de phénomènes qui suscitent un grand intérêt dans le domaine scientifique et professionnel. Les propriétés mécaniques de ces types de matériau trouvent leur origine dans les phases dont ils sont composés, leur distribution et interaction. Un nouveau modèle hydrodynamique couplé est présenté dans ce travail de thèse, à appliquer à l'analyse de l'hydrodynamique des milieux granulaires saturés. Le modèle associe la méthode des éléments discrets (DEM) pour la modélisation de la phase solide, avec une formulation en volumes finis, à l'échelle des pores (PFV), du problème de l'écoulement. Une importance particulière est donné à la description de l'interaction entre les phases, avec la détermination des forces fluides à appliquer sur chacune des particule, tout en assurant un coût de calcul abordable, qui permet la modélisation de plusieurs milliers des particules en trois dimensions. Le milieux est considéré saturé par un fluide incompressible. Les pores et leur connectivité est basée sur une triangulation régulière des assemblages. L'analogie de cette formulation avec la théorie classique de Biot est présenté. Le modèle est validé par la comparaison des résultats numériques obtenus pour un problème de consolidation d'un sol granulaire avec la solution analytique de Terzaghi. Une approche pour analyser l'hydrodynamique d'un sédiment granulaire est finalement présenté. La reproduction du phénomène de liquéfaction d'un sol est également présentéeThe behaviour of multiphase materials covers a wide range of phenomena of interest to both scientists and engineers. The mechanical properties of these materials originate from all component phases, their distribution and interaction. A new coupled hydromechanical model is presented in this work, to be applied to the analysis of the hydrodynamics of saturated granular media. The model associates the discrete element method (DEM) for the solid phase, and a pore-scale finite volume (PFV) formulation of the flow problem. The emphasis of this model is, on one hand, the microscopic description of the interaction between phases, with the determination of the forces applied on solid particles by the fluid; on the other hand, the model involve affordable computational costs, that allow the simulation of thousands of particles in three dimensional models. The medium is assumed to be saturated of an incompressible fluid. Pore bodies and their connections are defined locally through a regular triangulation of the packings. The analogy of the DEM-PFV model and the classic Biot's theory of poroelasticity is discussed. The model is validated through comparison of the numerical result of a soil consolidation problem with the Terzaghi's analytical solution. An approach to analyze the hydrodynamic of a granular sediment is finally presented. The reproduction of the phenomenon of soil liquefaction is analysed and discussed
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Archoun, Mohamed. "Modélisation prétopologique de la segmentation par croissance de régions des images à niveaux de gris." Lyon 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LYO10155.
Abstract:
L'objectif de la segmentation d'une image est de partitionner celle-ci en zones d'interet correspondant a des objets de la scene d'ou elle est issue. Elle permet d'obtenir une representation de l'information contenue dans l'image et constitue un premier pas vers son interpretation. L'objectif principal de notre these est de donner une modelisation mathematique du probleme de la segmentation, par croissance de regions, des images a niveaux de gris. Pour ce faire, notre outil est la pretopologie mathematique qui peut etre definie comme etant une version affaiblie de la topologie puisque necessitant moins d'axiomes. Correlativement, l'affaiblissement des axiomes entraine un enrichissement des resultats. Ainsi, entre autres, la fonction adherence n'est plus indempotente, comme c'est le cas en topologie, permettant alors le controle pas a pas d'un processus de croissance de regions par des applications successives. Des lors, nous pouvons structurer une image, en vue d'une modelisation de la segmentation, en munissant son support d'une structure pretopologique. Un des problemes des methodes de segmentation par regions est la dependance du resultat de la segmentation du sens de balayage de l'image et de l'ordre avec lequel les regions ont ete explorees. Ainsi, souvent ces methodes ne donnent pas la meme segmentation pour une image et sa transposee pour le meme critere d'homogeneite. Nous montrons dans notre approche pretopologique que le probleme de la segmentation se ramene a un calcul de fermetures pretopologiques et que dans le cas des structures de type 9 la segmentation est unique. Autrement dit, ne dependant ni du sens de balayage ni des germes initiaux. Elle ne depend que de la pretopologie consideree qui, elle, ne depend que du critere d'homogeneite considere. Dans un premier chapitre, nous faisons le tour des differentes classes de methodes de segmentation existantes, aussi bien par detection de contours que par regions. Nous concluons ce chapitre par quelques commentaires sur divers methodes, soulevant ainsi quelques questions justifiant notre formalisme. Dans le second chapitre, nous presentons les concepts de base des structures pretopologiques necessaires au developpement de la suite. Le chapitre 3 fait l'objet du modele que nous presentons. Dans un premier temps nous traitons la segmentation avec un seul critere d'homogeneite. Deux cas alors se presentent que nous modelisons avec deux types de structures pretopologiques: pretopologie de type 9, garantissant l'unicite de la segmentation et ceci independamment du sens de balayage de l'image et des germes initiaux et pretopologie de type induisant une dependance du resultat des germes initiaux, necessitant ainsi un bon choix de ces derniers. Dans un deuxieme temps nous traitons la segmentation multicriteres par le biais des structures pretopologiques definies a partir de base structurante en lieu et place d'element structurant unique. Enfin dans le dernier chapitre nous presentons la structure des donnees que nous utilisons, a savoir les pyramides, pour l'implementation du type d'algorithmes que nous proposons avec quelques illustrations sur des images
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Lakhlili, Jalal. "Modélisation et simulation numériques de l'érosion par méthode DDFV." Thesis, Toulon, 2015. http://www.theses.fr/2015TOUL0013/document.
Abstract:
L’objectif de cette étude est de simuler l’érosion d’un sol cohésif sous l’effet d’un écoulement incompressible. Le modèle élaboré décrit une vitesse d’érosion interfaciale qui dépend de la contrainte de cisaillement de l’écoulement. La modélisation numérique proposée est une approche eulérienne, où une méthode de pénalisation de domaines est utilisée pour résoudre les équations de Navier-Stokes autour d’un obstacle. L’interface eau/sol est décrite par une fonction Level Set couplée à une loi d’érosion à seuil.L’approximation numérique est basée sur un schéma DDFV (Discrete Duality Finite Volume) autorisant des raffinements locaux sur maillages non-conformes et non-structurés. L’approche par pénalisation a mis en évidence une couche limite d'inconsistance à l'interface fluide/solide lors du calcul de la contrainte de cisaillement. Deux approches sont proposées pour estimer précisément la contrainte de ce problème à frontière libre. La pertinence du modèle à prédire l’érosion interfaciale du sol est confirmée par la présentation de plusieurs résultats de simulation, qui offrent une meilleure évaluation et compréhension des phénomènes d'érosionThis study focuses on the numerical modelling of the interfacial erosion occurring at a cohesive soil undergoing an incompressible flow process. The model assumes that the erosion velocity is driven by a fluid shear stress at the water/soil interface. The numerical modelling is based on the eulerian approach: a penalization procedure is used to compute Navier-Stokes equations around soil obstacle, with a fictitious domain method, in order to avoid body- fitted unstructured meshes. The water/soil interface’s evolution is described by a Level Set function coupled to a threshold erosion law.Because we use adaptive mesh refinement, we develop a Discrete Duality Finite Volume scheme (DDFV), which allows non-conforming and non-structured meshes. The penalization method, used to take into account a free velocity in the soil with non-body-fitted mesh, introduces an inaccurate shear stress at the interface. We propose two approaches to compute accurately the erosion velocity of this free boundary problem. The ability of the model to predict the interfacial erosion of soils is confirmed by presenting several simulations that provide better evaluation and comprehension of erosion phenomena
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Salot, Christophe. "Modélisation du comportement mécanique d'un matériau granulaire composite par la méthode des éléments discrets." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00203393.
Abstract:
Les matériaux granulaires composites sont fréquemment utilisés dans les ouvrages géotechniques. Ces matériaux, composés de constituants de natures et de tailles différentes, ont une rhéologie complexe difficile à appréhender expérimentalement. Un modèle numérique tridimensionnel basé sur la méthode des éléments discrets est développé et une démarche spécifique est proposée afin de simuler le comportement mécanique de ces matériaux sous sollicitation triaxiale.Le modèle repose sur l'utilisation d'éléments discrets de formes simples non convexes et sur une procédure de calibration des paramètres. Il a été validé par des essais expérimentaux réalisés pour diverses densités sur des matériaux granulaires homogènes. Le modèle est appliqué aux mélanges sable – gravier et sable – pastilles de pneu pour diverses proportions et comparé à des résultats expérimentaux. L'influence de la forme et de la taille relative des éléments est discutée.
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Rousseau, Jessica. "Modélisation numérique du comportement dynamique de structures sous impact sévère avec un couplage éléments discrets / éléments finis." Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10219.
Abstract:
Cette thèse aborde le domaine de la prédiction des ouvrages en béton armé soumis à des charges dynamiques sévères de type impact. Elle s'intéresse plus particulièrement aux impacts d'avions sur les enceintes de confinement en béton armé. La modélisation de ces structures doit être capable de reproduire de manière fiable et efficace le comportement discontinu local ainsi que la réponse globale de l'ouvrage. Localement, la méthode des éléments discrets est utilisée pour représenter correctement les phénomènes discontinus. L'application de la méthode des éléments discrets sur des structures de grandes dimensions est limitée par le nombre d'éléments discrets nécessaires. Pour garder la qualité de prédiction locale et rendre cette méthode adaptée à l'échelle d'une structure, celle-ci est couplée à la méthode des éléments finis dans les parties qui ne sont pas soumises à d'importantes discontinuités. Cette approche couplée permet des gains de temps importants, tant pour la modélisation que la pour la simulation. Une partie importante de cette thèse concerne le développement et la validation du modèle éléments discrets de béton armé. Ce travail propose une optimisation du processus d'identification des paramètres locaux du modèle discret afin de le rendre plus prédictif en ce qui concerne le béton. Ensuite, une liaison particulière, entre éléments discrets d'acier et de béton, a été conçue pour la simulation du béton armé. Enfin, elle a été utilisée pour la simulation d'impacts sur des dalles en béton armé afin de confronter les résultats à des essais expérimentaux. La deuxième partie du travail de thèse traite de la méthode de couplage entre éléments discrets et éléments finis. Une méthode existante pour les éléments finis volumiques a été étendue aux éléments finis de type coque. Enfin, la méthode de couplage a été utilisée pour simuler un impact sur une structure de type enceinte de confinementThat study focuses on concrete structures submitted to impact loading and is aimed at predicting local damage in the vicinity of an impact zone as well as the global response of the structure. The Discrete Element Method (DEM) seems particularly well suited in this context for modeling fractures. An identification process of DEM material parameters from macroscopic data (Young's modulus, compressive and tensile strength, fracture energy, etc. ) will first be presented for the purpose of enhancing reproducibility and reliability of the simulation results with DE samples of various sizes. Then, a particular interaction, between concrete and steel elements, was developped for the simulation of reinforced concrete. The discrete elements method was validated on quasi-static and dynamic tests carried out on small samples of concrete and reinforced concrete. Finally, discret elements were used to simulate impacts on reinforced concrete slabs in order to confront the results with experimental tests. The modeling of a large structure by means of DEM may lead to prohibitive computation times. A refined discretization becomes required in the vicinity of the impact, while the structure may be modeled using a coarse FE mesh further from the impact area, where the material behaves elastically. A coupled discrete-finite element approach is thus proposed: the impact zone is modeled by means of DE and elastic FE are used on the rest of the structure. An existing method for 3D finite elements was extended to shells. This new method was then validated on many quasi-static and dynamic tests. The proposed approach is then applied to an impact on a concrete structure in order to validate the coupled method and compare computation times
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Rousseau, Jessica. "Modélisation numérique du comportement dynamique de structures sous impact sévère avec un couplage éléments discrets / éléments finis." Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00411870.
Abstract:
Cette thèse aborde le domaine de la prédiction des ouvrages en béton armé soumis à des charges dynamiques sévères de type impact. Elle s'intéresse plus particulièrement aux impacts d'avions sur les enceintes de confinement en béton armé. La modélisation de ces structures doit être capable de reproduire de manière fiable et efficace le comportement discontinu local ainsi que la réponse globale de l'ouvrage. Localement, la méthode des éléments discrets est utilisée pour représenter correctement les phénomènes discontinus. L'application de la méthode des éléments discrets sur des structures de grandes dimensions est limitée par le nombre d'éléments discrets nécessaires. Pour garder la qualité de prédiction locale et rendre cette méthode adaptée à l'échelle d'une structure, celle-ci est couplée à la méthode des éléments finis dans les parties qui ne sont pas soumises à d'importantes discontinuités. Cette approche couplée permet des gains de temps importants, tant pour la modélisation que la pour la simulation.
Une partie importante de cette thèse concerne le développement et la validation du modèle éléments discrets de béton armé. Ce travail propose une optimisation du processus d'identification des paramètres locaux du modèle discret afin de le rendre plus prédictif en ce qui concerne le béton. Ensuite, une liaison particulière, entre éléments discrets d'acier et de béton, a été conçue pour la simulation du béton armé. Enfin, elle a été utilisée pour la simulation d'impacts sur des dalles en béton armé afin de confronter les résultats à des essais expérimentaux.
La deuxième partie du travail de thèse traite de la méthode de couplage entre éléments discrets et éléments finis. Une méthode existante pour les éléments finis volumiques a été étendue aux éléments finis de type coque. Enfin, la méthode de couplage a été utilisée pour simuler un impact sur une structure de type enceinte de confinement.
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Makke, Laurent. "Modélisation tridimensionnelle du rayonnement infrarouge atmosphérique utilisant l'approximation en émissivité : application à la formation du brouillard radiatif." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PESC1061/document.
Abstract:
Afin de modéliser l'absorption dans le traitement des transferts radiatifs en milieu atmosphérique, de nombreuses méthodes plus précises et plus rapides ont été développées. La modélisation de la formation du brouillard, où le rayonnement infrarouge joue un rôle très important, nécessite des méthodes numériques suffisamment précises pour calculer le taux de refroidissement. Le brouillard radatif se forme après des conditions de ciel clair, où l'absorption est le processus radiatif dominant, en raison d'un fort refroidissement nocturne. Avec l'augmentation des ressources de calcul et le développement du Calcul Haute Performance, les modèles à bandes, pour effectuer l'intégration sur la longueur des grandeurs radiométriques, sont les plus utilisés. Toutefois, le couplage entre les transferts radiatifs 3-D et la dynamique des fluides reste très coûteux en temps de calcul. Le rayonnement augmente d'environ cinquante pourcent le temps de la simulation pour la dynamique des fluides uniquement. Pour réduire le temps passé dans une itération radiative, une nouvelle paramétrization basée sur les modèles en émissivité a été développée. Cette approche nécessite seulement une résolution de l'ETR contre $N_{text{bandes}} times N_{text{gauss}}$ pour un modèle à $N_{text{bandes}}$ avec $N_{text{gauss}}$ points de quadratures sur chaque bande. Une comparaison avec des données de simulation a été effectuée et cette nouvelle paramétrisation de l'absorption infrarouge a montré sa capacité à prendre en compte les variations des concentrations gazeuses et d'eau liquide. Une étude à travers le couplage entre le modèle développé et le code de CFD Code_Saturne a été réalisée afin valider dynamiquement notre paramétrisation. Enfin une simulation exploratoire a été effectuée sur un domaine 3-D en présence de bâti idéalisé, pour capter les effets radiatifs 3-D dûs aux hétérogénéités horizontales du champ d'eau liquide et des bâtimentsThe Atmospheric Radiation field has seen the development of more accurate and faster methods to take into account absorption. Modelling fog formation, where Infrared Radiation is involved, requires accurate methods to compute cooling rates. Radiative fog appears with clear sky condition due to a significant cooling during the night where absorption is the dominant processus. Thanks to High Performance Computing, multi-spectral approaches of Radiative Transfer Equation resolution are often used. Nevertheless, the coupling of three-dimensional radiative transfer with fluid dynamics is very computationally expensive. Radiation increases the computation time by around fifty percent over the pure Computational Fluid Dynamics simulation. To reduce the time spent in radiation calculations, a new method using the broadband emissivity has been developed to compute an equivalent absorption coefficient (spectrally integrated). Only one resolution of Radiative Transfer Equation is needed against $N_{text{band}} times N_{text{gauss}}$ for an $N_{text{band}}$ model with $N_{text{gauss}}$ quadrature points on each band. A comparison with simulation data has been done and the new parameterization of Radiative properties shows the ability to handle variations of gases concentrations and liquid water. A dynamical study through the coupling between the infrared radiation model and Code_Saturne has been done to validate our parametrization. Finally the model was tested on a 3-D domain with idealized buildings to catch 3-D infrared radiative effects due to horizontally inhomogenities of the liquid water content field and buildings
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Ngoma, Jeff. "Etude numérique et expérimentale de la déstabilisation des milieux granulaires immergés par fluidisation." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4712/document.
Abstract:
Ce travail de thèse a pour objet l’étude numérique et expérimentale de la déstabilisation de milieux granulaires immergés par fluidisation. Cette instabilité hydromécanique est un mécanisme précurseur de l’érosion régressive, processus de dégradation au coeur de la problématique de l’érosion interne des ouvrages hydrauliques en terre. La compréhension de ces mécanismes d’érosion nécessite une description rigoureuse du couplage et de l’interaction entre le fluide et les particules de sol. A cette fin, un modèle 2D a été utilisé en couplant deux méthodes particulaires, la méthode des éléments discrets (DEM) pour modéliser le comportement mécanique de la phase solide et la méthode Lattice Boltzmann (LBM) pour la phase fluide. Des expériences servant de validation à cette simulation numérique 2D ont également été réalisées en s’appuyant sur une technique de visualisation interne d’un empilement granulaire combinant l’ajustement d’indice de réfraction des deux phases et la fluorescence induite par plan laserThe subject of this thesis is the numerical analysis and experimental investigation of the destabilization of submerged granular media caused by fluidization. This hydromechanical instability is one of the mechanisms that may trigger the regressive erosion, which is one of the main degradation phenomena driving the internal erosion of earthen hydraulic constructions. Such erosion mechanisms can only be understood through a rigorous description of the coupling and interaction between the eroding fluid and the soil particles. For this purpose, a 2D model has been used coupling two different numerical techniques, namely the discrete element method (DEM) for modelling the mechanical behaviour of the solid phase and the Lattice Boltzmann method (LBM) for the fluid phase. The experimental validation of this numerical 2D simulation has been carried out using two optical techniques for the internal visualization of a granular sample, namely the adjustment of the refraction index of the two phases and the laser-induced fluorescence
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Pedot, Thomas. "Modélisation du couplage thermique entre la combustion et l'encrassement des tubes d'un four de raffinerie." Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0095/document.
Abstract:
Dans les fours de raffinerie, l'efficacité du transfert énergétique vers le pétrole brut avant sa distillation est altérée par la formation d'un composé carboné dans les tubes, appelé coke. Cela conduit à l'augmentation des coûts de production et de maintenance, et exige une compréhension accrue ainsi qu'un meilleur contrôle de ce phénomène. Cet encrassement est de type chimique et induit par les fortes températures. Dans les fours de cette dimension, le transfert de chaleur s'effectue principalement par rayonnement des produits de combustion. Le flux radiatif net sur les surfaces d'échange des tubes dépend de la température de toutes les surfaces solides et a donc besoin d'être prédit avec une précision suffisante. La température sur les tubes est le résultat d'un équilibre entre le rayonnement thermique et la conduction. Le comportement thermique de l'ensemble du système est un problème de couplage entre le rayonnement et la conduction. Une méthodologie complète de couplage est exposée et validée de la manière suivante. Dans ce problème, la flamme est décrite par un modèle analytique axisymétrique avec chimie complexe. Le couplage avec la conduction dans les tubes est réalisé par l'utilisation d'une méthode aux ordonnées discrètes (DOM) avec un modèle spectral de type bandes étroites pour le rayonnement des gaz de combustion. Un bilan énergétique confirme que les transferts de chaleur sont dominés par le rayonnement thermique. Un bon accord avec les mesures disponibles sur un four réel montre que l'approche proposée est capable de prédire le rayonnement thermique. L'étape suivante consiste à coupler le calcul de la température du tube à une loi d'encrassement. Un modèle chimique simple est utilisé. Il est validé à l'aide d'une expérience de laboratoire. La comparaison entre les températures obtenues avec la simulation et celles mesurées par des sondes thermiques montre que la simulation est capable de capturer l'évolution de la température dans le tube avec précision. Enfin, un modèle d'encrassement pour la configuration réelle est trouvé puis appliqué dans une simulation couplée complète. Cette simulation montre un bon accord entre l'évolution de la température sur site et dans la simulation. Une analyse plus poussée est réalisée sur les profils de température, de flux radiatif et de dépôt de coke et montre l'impact de ce dépôt sur l'installationIn industrial refinery furnaces, the efficiency of the thermal transfer to heat crude oil before distillation is often altered by coke deposition inside the process pipes. This leads to increased production and maintenance costs, and requires better understanding and control. Crude oil fouling is a chemical reaction that is, at first order, thermally controlled. In such large furnaces, the predominant heat transfer process is thermal radiation by the hot combustion products, which directly heats the pipes. As radiation fluxes depend on temperature differences, the pipe surface temperature also plays an important role and needs to be predicted with sufficient accuracy. This temperature results from the energy balance between thermal radiation and conduction in the solid material of the pipe, meaning that the thermal behavior of the whole system is a coupled radiation-conduction problem. In this work, this problem is solved in a cylindrical furnace, using the Discrete Ordinate Method (DOM) with accurate spectral models for the radiation of combustion gases, described by a complex chemistry flame model, and coupled to heat conduction in the pipe to predict its wall temperature. An energy balance confirms that heat transfers are effectively dominated by thermal radiation. Good agreement with available measurements on a real furnace shows that the proposed approach is able to predict the heat transfer to the pipe. The method gives an accurate prediction of the radiative source term and temperature fields in the furnace and on the pipe surface, which are key parameters for liquid fouling inside the pipe. Although reasonably accurate results are obtained with simple models, they still can be easily improved by more sophisticated models for turbulence, combustion and radiation. The next step is to couple the calculation of the pipe temperature to a fouling law. Since exact composition of crude oil is not available, one needs to model coke deposition with simple fouling law. The idea is to model the deposition rate by a thermal resistance added to the heated pipe and allows to coupling the calculation of the pipe temperature to a fouling law. A simple chemical model is used, and validated against a labscale experiment, prior to apply it to a furnace configuration. Comparing the temperature obtained with the simulation to the temperature measured by thermal probes at selected locations shows that the simulation is able to capture the temperature variation at these points. It is shown that coking occurs when the temperature has remained high on both sides of the pipe for a sufficient length. We explain how to extract a fouling law in controlled condition when the deposit is induced by thermal stressing of the crude. Finally, the whole system, including radiation,conduction and deposition, is coupled. Results are compared to the real furnace and show relatively good agreement in terms of external skin pipe temperature prediction. This observation validates the methodology exposed in this script
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Groza, Mayya. "Modélisation et discrétisation des écoulements diphasiques en milieux poreux avec réseaux de fractures discrètes." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016AZUR4093/document.
Abstract:
Les travaux de cette thèse portent sur la modélisation et la discrétisation des écoulements diphasiques dans les milieux poreux fracturés. On se place dans le cadre des modèles dits dimensionnels hybrides couplant l'écoulement dans la matrice 3D à l'écoulement dans un réseau de fractures modélisées comme des surfaces 2D. La discrétisation s'appuie sur le cadre abstrait des schémas gradients. Dans cette étude nous présentons deux classes de schémas de types Gradient Schemes sur ces modèles en monophasique et en diphasique. Les objectifs sont motivés par l'application cible de la thèse qui concerne les procédés de récupération assistée de gaz par fracturation hydraulique dans les réservoirs de très faibles perméabilitésThis thesis presents the work on modelling and discretisation of two-phase flows in the fractured porous media. These models couple the flow in the fractures represented as the surfaces of codimension one with the flow in the surrounding matrix. The discretisation is made in the framework of Gradient schemes which accounts for a large family of conforming and nonconforming discretizations. The test cases are motivated by the target application of the thesis concerning the gas recovery under the hydraulic fracturing process in low-permeability reservoirs
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Salot, Christophe. "Modélisation du comportement mécanique d'un matériau granulaire composite par la méthode des éléments discrets." Phd thesis, Grenoble 1, 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10243.
Abstract:
Les matériaux granulaires composites sont fréquemment utilisés dans les ouvrages géotechniques. Ces matériaux, composés de constituants de natures et de tailles différentes, ont une rhéologie complexe difficile à appréhender expérimentalement. Un modèle numérique tridimensionnel basé sur la méthode des éléments discrets est développé et une démarche spécifique est proposée afin de simuler le comportement mécanique de ces matériaux sous sollicitation triaxiale. Le modèle repose sur l’utilisation d’éléments discrets de formes simples non convexes et sur une procédure de calibration des paramètres. Il a été validé par des essais expérimentaux réalisés pour diverses densités sur des matériaux granulaires homogènes. Le modèle est appliqué aux mélanges sable – gravier et sable – pastilles de pneu pour diverses proportions et comparé à des résultats expérimentaux. L’influence de la forme et de la taille relative des éléments est discutéeComposites granular materials are frequent components of geotechnical structures. They are composed of different size and nature of particles which generate a complex behaviour difficult to appreciate in experiments. A three-dimensional discrete element model and a specific procedure were developed to simulate the macroscopic behaviour of these materials under triaxial loading. The numerical model implements non convex elements and is based on a parameter calibration procedure. This approach is validated by comparison with experimental tests on homogeneous granular materials for a variety of relative densities. Simulations are applied with sand – gravel and sand – tyre chips mixtures for different mixing ratios and results are compared with experimental ones. The influence of shape and relative size of elements is discussed
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Philippot, Alexandre. "Contribution au diagnostic décentralisé des systèmes à événements discrets: application aux systèmes manufacturiers." Reims, 2006. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000337.pdf.
Abstract:
Le diagnostic des défaillances des systèmes industriels est à l'origine de nombreux travaux depuis ces dernières années. Il est défini comme l'opération permettant de détecter et de localiser un défaut. La détection de défauts consiste à rendre une décision sur l'état du système qu'il soit en fonctionnement normal ou défaillant. Cette opération est ensuite suivie d'une étape de localisation du défaut afin d'identifier ses causes et son origine. Ce mémoire de thèse présente une approche décentralisée avec coordinateur pour le diagnostic des Systèmes à Evénements Discrets (SED) et plus particulièrement pour les systèmes manufacturiers composés de capteurs et d'actionneurs discrets. Cette approche considère la Partie Opérative (PO) comme un ensemble d'éléments composé d'un actionneur et d'un ensemble de capteurs. La construction des diagnostiqueurs s'appuie sur une modélisation modulaire des éléments de la Partie Opérative, d'un modèle des spécifications de la Partie Commande (PC) et d'une information temporelle liée à la réactivité des actionneurs. Chaque diagnostiqueur représente un observateur de l'état du système affecté d'une étiquette de décision, cette décision étant le résultat de l'observation des événements, des conditions sur les états du système et/ou sur le temps de retard entre événements. Afin de définir la capacité de l'ensemble des diagnostiqueurs locaux à diagnostiquer un ensemble de défauts dans un délai fini, une notion de codiagnosticabilité a été établie. Dans cette thèse, cette notion tient compte de la modélisation des défauts à base d'événements, à base d'états et à base d'informations temporelles. Elle détermine ainsi l'ensemble des défauts que la structure décentralisée peut diagnostiquer. L'ensemble des décisions locales doit être ensuite agrégé afin d'obtenir une décision globale sur l'état du système. Cette fusion est réalisée par un coordinateur construit à partir d'un ensemble de règles permettant de résoudre les différents problèmes d'indécision et d'ambiguïté entre les diagnostiqueurs locaux. Ce coordinateur permet d'obtenir des performances de diagnostic équivalentes à celles d'un diagnostiqueur centralisé. Deux exemples d'applications manufacturières illustrent l'efficacité et l'intérêt de la structure décentralisée en terme d'explosion combinatoire. Un simulateur basé sur Stateflow de Matlab permet de tester et valider l'approche proposéeFault diagnosis of industrial systems is a subject that has received a great attention in the past few decades. It is defined as the process of detecting and isolating faults. Fault detection leads to a binary decision that either the system is working under normal conditions or an abnormality in its behaviour has occurred. Fault detection is followed by fault isolation, which determines the fault type, location and causes. This thesis presents a decentralized approach to realize the diagnosis of Discrete Event Systems (DES), particularly manufacturing systems with discrete sensors and actuators. This approach considers the plant as a set of elements. Each plant element is composed of an actuator and a set of sensors. The construction of the local diagnosers is based on a modular modelling of the plant elements, of the controller specifications and the temporal information about the actuators reactivity. It is a special case of an observer that carries fault information by means of labels attached to states. Diagnosers base their decisions on the sequences of observed events, on the current behavior and/or on the time delays between these events. In order to verify that the set of local diagnosers are capable to diagnose a set of faults within a bounded delay, a notion of codiagnosability must be defined. In this thesis, a timed-event-state-based diagnosability notion is defined in order to verify the diagnosability property of the set of local diagnosers. All local diagnosis decisions must be merged in order to obtain one global diagnosis decision. This fusion can be realized by a coordinator based on a set of rules. The goal of this coordinator is to solve the problem of decision conflict and/or ambiguity among local diagnosers in order to obtain a diagnosis performance equivalent to the one of the centralized diagnoser. Two examples of manufacturing applications are used to illustrate and to show the advantages and the interest of this approach. A simulation tool based on Stateflow of Matlab is constructed in order to test and validate the proposed approach on application examples
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Liu, Xuemei. "Conception en voie sèche de catalyseurs propres Co/Al2O3 pour la synthèse Fischer-Tropsch et modélisation numérique DEM." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2018. http://www.theses.fr/2018ECLI0013.
Abstract:
Ce travail de thèse concerne l’application d’une nouvelle technologie de préparation de catalyseurs propres Co/Al2O3 pour la synthèse de Fischer Tropsch (FT). Les matériaux sont préparés à l’aide d’un procédé de revêtement à sec dans un mélangeur à haut cisaillement le «Picomix». Les conditions opératoires, les supports en alumine, la taille des cristallites de cobalt et la teneur en charge de cobalt ont été optimisés pour augmenter l’activité catalytique du Co/Al2O3. De même, une modélisation DEM a été effectuée pour décrire le comportement des poudres dans le mélangeur. Les résultats expérimentaux montrent une très bonne adhésion des nanoparticules de Co3O4 à la surface des particules de Al2O3 pour une vitesse de rotation élevée pendant une courte période. Les particules γ-Al2O3 traitées thermiquement présentent une résistance mécanique améliorée des catalyseurs, mais une activité catalytique relativement faible. La taille des cristallites de Co3O4 a diminué de 64nm à 11nm après broyage dans un broyeur à boulets planétaire à 600 rpm/min pendant 40h. Enfin, le catalyseur optimal a été obtenu à 5000 rpm/min pendant 5min avec 5% en poids de cobalt. Le catalyseur obtenu présente des résultats catalytiques : conversion élevée en CO (37%) , sélectivité élevée en hydrocarbures en C5+ (75%) et faible sélectivité en CH4 (13%) à 250oC. La modélisation numérique par DEM a révélé que les paramètres liés aux conditions opératoires, la géométrie du dispositif et aux propriétés intrinsèques des particules avaient un impact sur le comportement des particules et la qualité de l’enrobage des matériauxThis thesis concerns the application of a novel preparation technology for Co/Al2O3 clean catalysts applied in Fischer Tropsch (FT) synthesis. The catalysts were prepared using a dry coating process in a high shear mixer “Picomix”. The operating conditions, alumina supports, cobalt crystallite size and cobalt loading content were optimized to increase the catalytic activity of Co/Al2O3 catalysts. Besides, DEM modeling was performed to describe the behavior or powders in the mixer. Experimental results showed a very good adhesion of the nano Co3O4 particles on the surface of Al2O3 particles after processed in the mixer under a high rotational speed and a short time. The heat-treated Al2O3γ particles presented enhanced mechanical strength of catalysts, however, exhibited relatively low catalytic activity. The Co3O4 crystallite size decreased from 64 nm to 11 nm after milling in planetary ball mill under 600 rpm for 40 h. Finally, the optimal catalyst was prepared by mixing milled-Co3O4 and Al2O3γ particles in “Picomix” under 5000 rpm for 5 min with 5 wt.% of Co. The obtained catalyst presented high CO conversion (37 %), high C5+ hydrocarbons selectivity (75 %) and low CH4 selectivity (13 %) in FT synthesis reaction at 250 oC. The DEM mumerical modeling revealed that the parameters related to operating condition, device geometry, and particle intrinsic properties had an impact on particle behavior and coating quality of materials
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Nader, François. "Modélisation de la rupture 3D des grains polyédriques par éléments discrets." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI082/document.
Abstract:
Les structures en enrochements sont parmi les ouvrages les plus usuels de génie civil (barrages, murs de soutènement,. . . ). Des tassements importants peuvent apparaître tout au long de leur durée de vie et sont principalement dus à la rupture des blocs rocheux. Cette thèse propose un modèle numérique permettant de simuler le comportement de matériaux granulaires présentant des ruptures de grains. Afin de prendre en compte la nature discontinue de ces milieux, la méthode des éléments discrets est utilisée. La modélisation adoptée est de type "Non-Smooth Contact Dynamics", où les grains et particules sont supposés rigides. Afin de générer des blocs ayant des formes complexes, un modèle de grain 3D est proposé. Ce modèle de grain est ensuite discrétisé en sous-éléments de forme tétraédrique liés par des liaisons cohésives afin de pouvoir représenter la rupture. Un critère de rupture de Mohr-Coulomb est utilisé. Le modèle est implémenté sur la plateforme logicielle LMGC90. Le modèle est d’abord éprouvé lors de simulations d’écrasement de blocs cassables entre deux plaques. Plusieurs paramètres contrôlant la résistance du grain sont étudiés : cohésion intergranulaire, taille, discrétisation, forme et orientation du grain. L’effet d’échelle observé sur ce type de matériau est vérifié. Le modèle est ensuite testé lors de simulations numériques de compression œdométrique d’enrochements. L’effet des paramètres du modèle et de l’assemblage du milieu granulaire est également étudié. Les simulations œdométriques sont confrontées à des résultats expérimentaux et présentent une bonne concordance. Enfin, des expérimentations numériques sont menées afin d’étudier les énergies mises en jeu dans ces essais. L’énergie de création de surface est estimée pour ce type de matériau. Les résultats sont proches des données de la littératureRockfill structures are very popular among civil engineering structures (dams, retaining walls, . . . ). Important settlements can take place during the lifetime of these structures, settlements mainly caused by the breakage of rockfill grains. This thesis proposes a numerical model that allows the simulation of the behavior of granular materials exhibiting grain breakage. To take into account the discrete nature of these media, the discrete element method is chosen. The adopted strategy is the Non-Smooth Contact Dynamics method, where grains are considered to be rigid. To generate blocks having complex shapes, a 3D grain model is suggested. This grain model is then discretized into tetrahedral subgrains, joined together using cohesive bonds so that breakage can be simulated. A Mohr-Coulomb failure criterion is used for the cohesive bonds. The model is implemented into the LMGC90 software platform. At first, the model is tested in single grain crushing simulations between two plates. Multiple parameters controling the strength of the grain are studied : the intra-granular cohesion, the size, the discretization and the orientation of the grain. The scale effect that characterizes this type of material is verified. Then the model is tested in numerical simulations of œdometric compression of rockfill. The influence of the parameters of the model and of those of the granular medium are studied. The results of œdometric simulations are compared to experimental results, and present a good agreement. Lastly, numerical experimentations are conducted in order to study the energies that are brought into play in the simulations. The surface creation energy is estimated for this type of material. Results are close to the data provided in the literature
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Hosseini, Sadr Abadi Hamid. "Identificiation in-situ des sols liquéfiables par pénétromètre statique cyclique : modélisations physiques et numériques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI078.
Abstract:
L’identification des sols liquéfiables et le comportement de sols face aux sollicitations cycliques représentent des défis important en géotechnique. Différents essais, en laboratoire ou in-situ,sont utilisés pour évaluer ce phénomène. Le groupe Equaterre, en particulier, développe un pénétromètre statique à pointe cyclique qui permet d’imposer une variation cyclique de la force sur la pointe, par le biais de tiges centrales coulissantes, et de mesurer les déformations qui en résultent. Ceci permet d’accéder directement à la réponse du sol en place, et potentiellement de mettre en évidence une tendance à la liquéfaction ou à la mobilité cyclique. Cette thèse comporte deux parties principales: modélisation physique en chambre de calibration et modélisation numérique.La modélisation physique consiste à réaliser des tests de faisabilité de la méthode développée par Equaterre en chambre de calibration au sein de laboratoire 3SR Grenoble. Les tests en chambre de calibration ont été réalisés sur du sable de Fontainebleau, avec deux états de densité moyennement dense et lâche. Des tests CPTU et pénétromètre cyclique Equaterre ont été réalisés dans ces deux situations. Les résultats ont montré le bon potentiel de cette méthode pour identifier le risque de la liquéfaction.La modélisation numérique repose sur un couplage entre la méthode des éléments discrets(DEM) pour la phase solide et une méthode de volumes finis définis à l’échelle des pores (méthode PFV) pour l’écoulement interne. La géométrie de révolution est exploitée pour réduire le domaine modélisé à un quart du problème, et une gradation des tailles de particules en fonction de la distance à la pointe est également mise en oeuvre pour réduire le nombre totale de particules (et donc les temps de calcul) tout en maintenant une discrétisation fine au voisinage immédiat de la pointe. Deux types de matériaux, dense et lâche, sont simulés et pour chacun on analyse la réponse mécanique pour le cas sec et pour le cas saturé, sous chargement monotone et cyclique. L’analyse des réponses en terme de force et de pression intersticielle montre un bon accord qualitatif avec les résultats en en chambre de calibration.Mots clés: Pénétromètre statique cyclique; Chambre de calibration; Liquéfaction de sol; Méthode des éléments discrets (DEM); Méthode de volumes finis à l’échelle des pores (PFV)The identification of liquefiable soils and the behaviour of soils in response to cyclic stresses are important challenges in geotechnical engineering. Various laboratory and in-situ tests are used to evaluate this phenomenon. The Equaterre group, in particular, is developing a static penetrometer with a cyclic tip that allows a cyclic variation of the force to be imposed on the tip by means of sliding central rods and the resulting deformations to be measured. This provides direct access to the response of the soil in place, and potentially highlights a tendency towards liquefaction or cyclic mobility. This thesis has two main parts: physical modeling in a calibration chamber and numerical modeling.Physical modelling consists in carrying out feasibility tests of the method developed by Equaterre in a calibration chamber in the 3SR Grenoble laboratory. The tests in the calibration chamber were carried out on Fontainebleau sand, with two states of medium density and loose. CPTU tests and Equaterre cyclic penetrometer were performed in both situations. The results showed the good potential of this method to identify the risk of liquefaction.Numerical modelling is based on a coupling between the discrete element method (DEM) for the solid phase and a finite volume method defined at pore scale (PFV method) for internal flow. The geometry of revolution is used to reduce the modelled domain to a quarter of the problem, and a gradation of particle sizes according to the distance to the tip is also implemented to reduce the total number of particles (and therefore the computation times) while maintaining a fine discretization in the immediate vicinity of the tip. Two types of materials, dense and loose, are simulated and for each one the mechanical response is analyzed for the dry case and for the saturated case, under monotonous and cyclic loading. The analysis of the responses in terms of force and interstitial pressure shows a good qualitative agreement with the results in the calibration chamber.Keywords: Static cyclic penetrometer; Calibration chamber; Soil liquefaction; Discrete element method (DEM); Pore-scale finite volume method (PFV)
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Ben, Turkia Salma. "Etude expérimentale et numérique du comportement mécanique des matériaux granulaires : De la simulation discrète d'essais de laboratoire à la mise en place d'une procédure de calibration des paramètres d'entrée." Thesis, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai, 2020. http://www.theses.fr/2020MTLD0004.
Abstract:
Le traitement, le transport, la maniabilité et le stockage des matériaux granulaires sont à l’origine de nombreuses opérations industrielles. Il est donc essentiel de prévoir de manière fiable la dynamique des matériaux granulaires pour un bon fonctionnement et une optimisation du processus. Les matériaux granulaires sont des systèmes complexes qui peuvent se présenter sous différents états statiques, quasi-statiques et dynamiques. La manifestation des phénomènes de ségrégation et de blocage (formation de voûtes) peuvent être problématiques pour les industriels. La prédiction du comportement en vrac des milieux granulaires nécessite une bonne compréhension des mécanismes dominants impliqués à l’échelle des grains. Il est donc essentiel de réaliser des simulations numériques pour pouvoir prédire avec précision la dynamique granulaire quel que soit le régime de sollicitation. Dans la méthode des éléments discrets (DEM), il existe des modèles constitutifs qui décrivent les réponses des matériaux pour différentes conditions de chargement mécanique. Cependant, des ressources de calcul informatiques importantes sont nécessaires pour simuler un grand nombre de particules, ce qui rend souvent les simulations à grande échelle difficilement réalisables.Dans cette étude, nous utilisons le code BlazeDEM3D-GPU basé sur des calculs sous GPU (Graphic Processing Unit), permettant d’augmenter considérablement l’efficacité des calculs. Cela crée de nouvelles opportunités dans la DEM et rend possible la résolution des problèmes qui étaient auparavant considérés comme trop exigeants en termes de calculs. L’utilité et la généralité du modèle à éléments discrets dépendent fortement de la qualité du processus de calibration du modèle. Le processus que nous proposons débute par la calibration virtuelle d’une expérience sur des matériaux en vrac utilisant les plans d’expériences, l’optimisation et la variation des paramètres pour identifier les valeurs optimales du problème virtuel. Cela garantit non seulement une meilleure correspondance entre les réponses du modèle expérimental et numérique, mais aussi l’unicité des paramètres du modèle eux-mêmes. En particulier, deux approches de calibration expérimentales et virtuelles distinctes sont étudiées pour vérifier la généralité des modèles DEM calibrés pour des applications à l’échelle du laboratoire et de futures applications virtuellesThe processing, transport, handling and storage of granular materials underlies the operations of numerous industries. Thus, reliably predicting the dynamics of granular materials is critical for successful process operation and sensible process optimization. Granular materials are complex systems that can display solid, liquid and gas phases that are often characterized by nonfrivolous transitions between static, quasi-static and dynamic states. Needless to say, the manifestation of segregation, arching and jamming can have dire consequences for manufacturers. Predicting the bulk behavior of granular media requires a good understanding of the dominant mechanisms involved at grain or particle level. It is therefore essential to numerically simulate at the grain or particle scale to accurately predict granular dynamics over all regimes. In the discrete element method (DEM) there are constitutive models that describe the material responses for different mechanical loading conditions. However, significant computational resources are required to simulate large number of particles often making bulk and industrial scale simulations intractable.In this study, we use the BlazeDEM3D-GPU simulation framework that uses GPU (Graphic Processing Unit) compute, allowing DEM simulations to be conducted tens to hundreds times faster. This tremendous increases in compute efficiency creates new opportunities in DEM to solve problems that previously were thought to be too computationally demanding. The usefulness and generality of the discrete element model strongly depends on the quality of the calibration process of the model. The process we proposed first conducts a virtual calibration of a bulk experiment that uses design of experiments, optimization and variation maps over the parameter domain to identify known optima in the virtual problem. This not only ensures a better match between the experimental and numerical model responses but also the uniqueness of the model parameters themselves. In particular, two distinct experimental and virtual calibration approaches are investigated to verify the generality of the calibrated DEM models for laboratory scale applications and future industrial applications
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Bui, Tan Trung. "Etude expérimentale et numérique du comportement des voiles en maçonnerie soumis à un chargement hors plan." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00963611.
Abstract:
Cette contribution, en s'appuyant sur expérimentation et modélisation numérique, vise à une meilleure compréhension du comportement de structures en maçonnerie. Nous traitons tout d'abord le cas des murs soumis à un chargement hors plan de type pression uniforme. Les applications en ingénierie sont multiples, par exemple le cas de la maison individuelle construite en montagne en zone bleu, zone où les structures sont susceptibles de subir un impact de type avalanche de neige ; ou encore le cas de la maçonnerie soumise à une pression latérale induite par une charge accidentelle telle qu'une explosion dans une zone Seveso ou plus généralement en ville suite à l'explosion d'une conduite de gaz. Notre étude se confine au cas quasi-statique, l'objet étant une meilleure compréhension du comportement d'un mur en maçonnerie soumis à pression latérale uniforme. Nous avons aussi testé différentes configurations de renforcement par matériau composite. Puis nous évaluons pas à pas, les possibilités de la modélisation via la méthode des éléments discrets (DEM). Des essais judicieusement choisis, maçonnerie à joint sec ou mortier, nous permettent d'en évaluer les pertinences et les limites. Nous abordons ensuite sur maquettes, les essais sous charge ponctuelle hors plan en quasi-statique et le cas de l'impact en dynamique, puis nous traitons des essais vibratoires et des sollicitations dynamiques harmoniques. La modélisation DEM est aussi évaluée dans certains cas tels que les vibrations et les sollicitations modales, voir l'application d'une sollicitation sismique unidirectionnelle. L'étude des sollicitations dynamiques est limitée à la vibration et l'impact, plus facile à gérer en laboratoire que les essais dynamiques de " type souffle ", non ici abordés mais que nous mettons en perspective
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El, Shabrawy Atef. "Comportement des ouvrages historiques soumis à des sollicitations sismiques : apport de la modélisation numérique par la méthode des éléments distincts." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1996. http://www.theses.fr/1996INPL121N.
Abstract:
La méthode des éléments distincts est devenue l'une des méthodes de modélisation numériques les mieux adaptées à l'analyse du comportement des massifs rocheux fractures. Principalement dédiée à l'analyse des milieux discontinus, la méthode des éléments distincts est utilisée ici pour étudier le comportement d'ouvrages réalisées en maçonnerie et soumis à des sollicitations sismiques. Une méthodologie s'appuyant sur cette méthode de modélisation est donc proposée pour l'analyse de la vulnérabilité sismique des ouvrages historiques. Après avoir rappelé les fondements du génie parasismique en général, nous nous attachons a présenter de façon exhaustive les difficultés liées à l'analyse structurale des ouvrages historiques en maçonnerie et les méthodes jusqu'à maintenant employées pour réaliser ces analyses. Vient ensuite une présentation des méthodes de modélisation numérique et en particulier de la méthode des éléments distincts dont nous décrivons les principes de fonctionnement. Puis, nous expliquons comment il est possible d'utiliser cette méthode pour l'analyse structurale, en particulier dans le cas de sollicitations dynamiques, des ouvrages historiques réalisés en maçonnerie. Nous mettons notamment l'accent sur l'apport de cette méthode par rapport aux méthodes de modélisation plus traditionnelles telles que la méthode des éléments finis. Nous présentons ensuite une validation de notre approche s'appuyant sur la comparaison entre un modèle numérique simple et un modèle analytique reconnu. L’analyse systématique de cas simples telles que murs et arches, mise en rapport avec des observations réelles, nous permet ensuite de conclure à l'efficacité de la démarche et de la méthode employées. Enfin, nous présentons l'analyse dynamique de cas réels (égyptiens et grecs principalement), choisis pour leur représentativité de l'ensemble des ouvrages historiques ainsi que pour les problèmes particulier qu'ils posent