Academic literature on the topic 'Modélisation viscoplastique'

L'Electrolyse de la Vapeur d'eau à Haute Température (EVHT) est l'un des procédésde production d'hydrogène les plus prometteurs. Dans l'optique d'une économie del'hydrogène produit par EVHT, de nombreux verrous restent à lever. L'un d'entre euxporte sur l'étanchéité. En effet, dans un EVHT, la gestion des gaz est primordiale. Ilfaut pouvoir gérer et prévoir dans le temps le comportement des joints afin d'éviter unedégradation des performances. Or, en EVHT, les températures de fonctionnement sontélevées (classiquement autour de 800 °C), des phénomènes de fluage ou de relaxationapparaissent, le différentiel de dilatation thermique entre les cellules électrochimiques encéramique et les interconnecteurs métalliques doit être pris en compte. Enfin, il convientde maintenir l'étanchéité de l'empilement à faible niveau d'effort pour ne pas risquerd'endommager la partie céramique.L'objet du travail de cette thèse démarre par un constat simple : nous ne disposons pasd'outils de prédimensionnement des joints à haute température permettant de prévoirun débit de fuite. Dès lors que l'on est amené à changer un paramètre de fonctionnement,comme la température, la pression, la stratégie de chargement, la géométrie ou la naturedu joint, une nouvelle expérience doit être menée.A partir d'essais d'étanchéité et de simulations numériques aux éléments finis, un modèleoriginal est proposé. Ce modèle qui a été validé en fonction de différents paramètresexpérimentaux permet d'estimer le débit de fuite associé à un joint en Fecralloy (Fe-CrAl) selon sa forme, ses conditions de serrage et du temps de maintien. Offrant ainsila possibilité de concevoir à moindre coût des joints spécifiques pour l'application visée.

Dans ce travail, nous avons proposé une nouvelle approche dans le domaine élasto-viscoplastique en grandes déformations géométriques. Pour décrire la cinématique en grandes transformations, nous nous sommes basés sur la décomposition unique du gradient de déformation de Schieck et Stumpf. Celle-ci nous a conduit a écrire le spin élastique et le spin inélastique en fonction du taux de déformation élastique et inélastique, et par conséquent nous avons pu déduire le spin relatif à la dérivée objective à partir des considérations cinématiques. Donc, nous avons nul besoin de rajouter une équation constitutive supplémentaire pour le spin inélastique. Avec cette dérivée objective, nous avons formulé les équations constitutives élasto-viscoplastiques avec écrouissage cinématique et isotrope en utilisant le modèle viscoplastique de Chaboche. Notre approche tient compte de la surface d'écoulement dynamique qui dépend explicitement de la vitesse de déformation. Puis, pour écrire une loi incrémentale reliant le taux de déformation au taux de contrainte, nous avons déterminé l'opérateur tangentiel élasto-viscoplastique. Nous avons appliqué cette méthode à l'analyse numérique du problème plan de cisaillement simple. L'étude a été faite pour un matériau rigide-viscoplastique. Ensuite nous avons décrit le comportement rigide-plastique, en prenant en considération les effets de restauration, à partir de la solution viscoplastique. Les résultats ainsi obtenus, que ce soit dans le cas rigide-viscoplastique ou rigide-plastique, ont été comparés avec ceux issus de l'application du modèle de Dafalias, qui utilise une équation constitutive supplémentaire pour le spin inélastique. Les différences ou analogies remarquées lors de cette comparaison ont été expliquées théoriquement.

Cette thèse a été réalisée dans le cadre d’une convention entre le Cerema (Centre d’Etude et d’Expertise sur les Risques, l’Environnement, la Mobilité et l’Aménagement) et l’ENTPE (Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat). Ce travail concerne l’étude et la modélisation du comportement des enrobés bitumineux, dans les domaines des petites et grandes déformations, soit respectivement les comportements viscoélastique et viscoplastique.Après une étude bibliographique portant sur les propriétés mécaniques des enrobés bitumineux en petites et grandes déformations et la présentation des modèles de comportement viscoélastique linéaire et viscoplastique, ce mémoire s’organise en cinq chapitres. Les deux premières parties concernent le développement du modèle DBN, et la description de la version introduite dans cette thèse : la version EPPI (Elastique Parfaitement Plastique Isotrope). Cette formulation tridimensionnelle vise à décrire les comportements viscoélastique et viscoplastique des enrobés bitumineux avec un formalisme unique, suffisamment simple pour être implémenter dans un code de calcul aux éléments finis. Le modèle est ensuite développé et implémenté dans un code de calcul homogène, permettant ainsi de réaliser des simulations d’essais expérimentaux classiques.Les deux chapitres suivants traitent de la campagne expérimentale réalisée dans cette thèse. Il s’agit d’abord de décrire l’ensemble des procédures et conditions d’essais. Deux types d’essais sont réalisés : module complexe pour la caractérisation du comportement viscoélastique et traction simple pour la caractérisation du comportement viscoplastique. Ensuite, l’ensemble des résultats expérimentaux et observations issus de cette campagne sont présentés et permettent de dessiner quelques conclusions.Enfin, le dernier chapitre traite des simulations réalisées à partir du modèle DBNEPPI. Ces résultats permettent dans un premier temps de tester la validité du modèle (essais de module complexe, essais cycliques de traction-compression). Enfin une étude des effets transitoires lors des essais de module complexe est présentée
The thesis has been realized within the framework of a partnership between the Cerema (Center for Studies and Expertise on Risks, Environment, Mobility, and Urban and Country Planning) and the ENTPE (National School for Public State Works). This work deals with the study and the simulation of the behavior of bituminous mixtures, in the domains of small and large amplitudes of solicitations. These domains correspond to the viscoelastic and viscoplastic behavior.First a bibliographical review on mechanical properties of the bituminous mixtures under small and large amplitudes of solicitations and a review of the several models describing the viscoelastic and viscoplastic behavior of bituminous mixtures is presented. This thesis is then composed of 5 main chapters.The two first deals with the development of the DBN model and mainly with the introduction of its new version EPPI (Elastic Perfectly Plastic and Isotropic). This formulation aims at describing the viscoelastic and viscoplastic behaviors together in a unique formalism, but simple enough to be implemented in a finite elements calculation program. This version of the DBN model is then implemented in a homogeneous computation code so as to be able to simulate classical experimental test.The two following chapter are devoted to the experimental campaign made during this research work. First a global description of the experimental procedures and test conditions is presented. Two kinds of tests are performed: complex modulus tests so as to characterize the viscoelastic behavior and simple traction tests for viscoplastic behavior. Finally results and observations issued from this campaign are detailed and some conclusions can be drawn.Finally the last chapter deals with the simulations performed thanks to the DBNEPPI model. These results aim at verifying the validity of the model introduced. Then a study about the transient effects during complex modulus tests on bituminous mixtures is detailed

L'anisotropie des roches se traduit par une variation directionnelle des proprietes et caracteristiques macroscopiques. Beaucoup d'ouvrages souterrains sont realises dans des formations anisotropes. Dans la conception et l'analyse de la stabilite de ces ouvrages, il est necessaire d'avoir une bonne connaissance des mecanismes de deformation et de rupture du milieu rocheux. C'est dans ce contexte que se situe cette etude portant sur la formulation d'un modele elasto-viscoplastique pour une roche initialement orthotrope de revolution: l'argilite de tournemire. La reponse elastique de ce materiau est fortement non-lineaire. Nous proposons d'abord un modele elastique non-lineaire et anisotrope en considerant que les modules elastiques sont des fonctions des deux premiers invariants du tenseur de contrainte. Nous formulons les conditions necessaires et suffisantes que doivent satisfaire les lois de variation de ces modules afin que les principes de la thermodynamique soient respectes. L'anisotropie du comportement a la rupture et des deformations irreversibles est ensuite decrite a l'aide d'un tenseur d'ordre quatre constant qui respecte les symetries du milieu. Le critere de rupture est formule dans l'espace d'un tenseur de contrainte transforme. La signification physique des parametres de ce critere est clairement identifiee. En utilisant les resultats de la theorie de representations nous donnons l'ecriture invariante du critere viscoplastique et de la loi d'ecoulement. La procedure de determination des fonctions constitutives a partir des resultats experimentaux est presentee. Une verification du modele developpe est enfin effectuee a travers des essais en compression hydrostatique et triaxiale de revolution

La nature est complexe et c’est en toute modestie que les ingénieurs doivent chercher à prédire le comportement des ouvrages dans le sous-sol. La réalisation de projets industriels dans le domaine souterrain, à forts enjeux économiques et sociaux (traversées alpines, stockage de déchets nucléaires), nécessite d’évoluer vers une meilleure compréhension des mécanismes comportementaux des ouvrages à concevoir. Cette amélioration passe par une meilleure représentativité physique des mécanismes macroscopiques et par la mise à disposition d’outils de prédiction adaptés aux attentes et aux besoins des ingénieurs. Les outils de calculs développés dans ce travail s’inscrivent dans cette volonté de rapprocher les attentes de l’industrie et les connaissances liées à la rhéologie des géomatériaux. Ces développements ont ainsi débouché sur la proposition d’un modèle de comportement mécanique, adapté aux roches peu fissurées et assimilables à des milieux continus, intégrant, en particulier, l’effet du temps. Fil conducteur de cette étude, la problématique du sujet de thèse concerne précisément la prise en compte du comportement différé des massifs rocheux dans les modélisations et ses conséquences sur les ouvrages souterrains.Fondé sur des concepts physiques de référence, définis à différentes échelles (macro/méso/micro), le modèle rhéologique développé est transcrit dans un formalisme mathématique dans le but d’être mis en oeuvre numériquement.Les applications numériques proposées s’inscrivent principalement dans le contexte du stockage des déchets radioactifs. Elles concernent deux configurations d’ouvrages rigoureusement différentes : l’excavation du laboratoire souterrain canadien de l’AECL, dans le granite du Lac du Bonnet et le creusement de la galerie GMR du laboratoire de Bure (Meuse/Haute-Marne) dans l’argilite de l’Est. Dans les deux cas, l’utilisation du modèle a permis de mettre en évidence l’apport de la prise en compte du comportement différé sur la représentativité des prédictions numériques du comportement à court, moyen et long termes des ouvrages souterrains
Nature is complex and must be approached in total modesty by engineers seeking to predict the behavior of underground openings. The engineering of industrial projects in underground situations, with high economic and social stakes (Alpine mountain crossings, nuclear waste repository), mean striving to gain better understanding of the behavioral mechanisms of the openings to be designed. This improvement necessarily involves better physical representativeness of macroscopic mechanisms and the provision of prediction tools suited to the expectations and needs of the engineers. The calculation tools developed in this work is in step with this concern for satisfying industrial needs and developing knowledges related to the rheology of geomaterials. These developments led to the proposing of a mechanical constitutive model, suited to lightly fissured rocks, comparable to continuous media, while integrating more particularly the effect of time.Thread of this study, the problematics ensued from the subject of the thesis is precisely about the rock mass delayed behavior in numerical modeling and its consequences on underground openings design.Based on physical concepts of reference, defined in several scales (macro/meso/micro), the developed constitutive model is translated in a mathematical formalism in order to be numerically implemented.Numerical applications presented as illustrations fall mainly within the framework of nuclear waste repository problems. They concern two very different configurations of underground openings: the AECL’s underground canadian laboratory, excavated in the Lac du Bonnet granite, and the GMR gallery of Bure’s laboratory (Meuse/Haute-Marne), dug in argillaceous rock.In this two cases, this constitutive model use highlights the gains to be obtained from allowing for delayed behavior regarding the accuracy of numerical tunnel behavior predictions in the short, medium and long terms

Nous avons proposé une modélisation thermomécanique de la coulée continue d'acier en deux dimensions. Notre approche permet d'obtenir la solution thermomécanique stationnaire du procédé, sur toute la machine. Il est alors possible de déduire l'histoire thermique et mécanique du produit en visualisant les cartes de contraintes ou de température. Un des résultats attendus de notre étude concerne les déflections entre les rouleaux qui traduisent le gonflement, à l'origine des ségrégations. Nous avons basé notre étude sur la stratégie globale instationnaire, en adoptant une approche purement lagrangienne. Nous simulons l'apport continuel de matière, grâce à l'introduction d'un outil d'injection situé sur la face supérieure du domaine. La face inférieure du domaine (appelé "faux-mannequin") admet la cinématique de l'outil de guidage du procédé. Ainsi, sous l'action du "faux-mannequin", le matériau parcourt tout le chemin délimité par les rouleaux. D'un point de vue modélisation, nous résolvons les équations instationnaires de conservation de l'énergie, de la matière et de la quantité de mouvement. Le problème thermique est résolu numériquement en variable enthalpie. Le problème mécanique est abordé selon une approche monophasique; nous négligeons les phénomènes de convection naturelle et de macroségrégation, mais les phénomènes de dilatation thermique sont pris en compte. La zone solide est supposée obéir à un comportement élasto-viscoplastique, dont la rhéologie est donnée par les lois de la littérature. Les zones pâteuse et liquide sont supposées obéir respectivement à un comportement viscoplastique et newtonien. Nous choisissons des viscosités arbitrairement élevées pour le pâteux et le liquide afin de pouvoir négliger les phénomènes de convection naturelle. Nous avons validé, avec succès, notre approche sur plusieurs cas, qualitativement avec une étude de gonflement sur la machine de Dunkerque et quantitativement sur des calculs en lingotière, en comparant contraintes et lame d'aire avec des travaux de la littérature.

Les tubes en Zircaloy-4 renfermant le combustible des centrales REP constituent la première barrière de sécurité vis-à-vis de la dissémination d'éléments radioactifs dans l'atmosphère. Devant la complexité des phénomènes mis en jeu en réacteur, EDF a recours à la simulation numérique pour évaluer et garantir l'intégrité mécanique de ces tubes. L'objectif de cette thèse est de développer une modélisation du comportement mécanique des alliages de zirconium par une approche prédictive, en se basant sur l'étude de la microstructure du matériau et des mécanismes physiques de la déformation plastique. Pour alimenter la modélisation, une approche expérimentale a été mise en place couplant essais mécaniques et observations des mécanismes de déformation plastique sur des tubes en Zircaloy-4 à l'état recristallisé. Lors des essais mécaniques, on s'est attaché à réaliser des essais "originaux" dont l'analyse des résultats puisse être directement reliée aux mécanismes de déformation à l'échelle des grains. Pour déterminer les modes de déformation actifs dans le Zircaloy-4, des observations post mortem en microscopie électronique en transmission ont été effectuées. Des lames minces ont été prélevés sur des tubes soumis à différents trajets de chargement mettant en exergue l'anisotropie et la viscosité du matériau. Le point de départ de la modélisation est une approche de type micro-mécanique, adaptée aux polycristaux, utilisée avec succès pour des matériaux cubiques, en prenant en compte la spécificité de la structure hexagonale du zirconium. Le choix des lois de comportement régissant les mécanismes de glissement découle de notre approche expérimentale. Les résultats obtenus par la modélisation sont confrontés avec les essais mécaniques et les observations microstructurales. Les points forts du modèle ainsi que ses lacunes sont dégagés. Les résultats obtenus montrent tout l'intérêt d'étendre la méthodologie mise en œuvre au cas du matériau irradié.

Ce travail de thèse est dédie à l'étude de l'effet de taille dans le comportement élastovisocplatsique des matériaux nanocristallin purs à structure cubique face centrée. Ce dernier ce révèle notamment par le non respect de la loi de Hall de Petch se produisant dans cas de matériau à très faible taille de grain. Dans un premier temps, un état de l'art détaille présente le type de matériau considéré, leur structure, procédé de fabrication et comportement. Les effets des mécanismes de diffusion (fluage de Coble. Glissement de Lifshitz) son quantifier par l'introduction d'un modèle composite biphasé. Dans un second temps. L'effet de l'émission de dislocations par les joints de grains est étudie. Une nouvelle loi de comportement est introduite, traduisant de l'effet du mécanisme combinée d'émission et de pénétration de dislocations sur le comportement élasto-viscoplastique des joints de grains. Le modèle se base sur le formalisme des mécanismes thermiquement active et une méthode d'obtention des paramètres basée sur la dynamique moléculaire est introduite. Le comportement macroscopique du matériau est obtenu suite à l'application d'un schéma sécant autocohérent. Ce second modèle est complète par une analyse par éléments finis
This study is dedicated to the modeling of the size effect in the elasticviscoplastic behavior of nanocrystalline materials. Among others. This work aims at identifying the mechanisms responsible for the breakdown of the hall Petch law as well as to propose a new map of deformation which could aver usefull for future improvement of experimental fabrication processes. A detailed state of the art is presente in the first chapter of this theses where the structure of NC materials is presented as well the fabrication process and existing models. The state of the art is followed by a first attempt model where the effect of Coble Creep as well as that of Lischik sliding are quantified. The macroscopic behavior of the material is retrieved via the use of a self consistent micromechanical scheme. The second par tof this work i dedicated to the modeling of the recently introduced grain boundary dislocation emission mechanism. A new constitutive law , based on the formalism of thennally activated mechanisms, is introduced to describe the combined effect of dislocation emission and dislocation penetration. The study is completed by both a method of evaluation of the parameters based on molecular dynamics simulations and by finite element analyses

Le travail décrit dans le présent mémoire a pour but l'identification du comportement élastoviscoplastique des alliages d'aluminium, dans le domaine des grandes déformations, en utilisant deux approches, l'une directe, l'autre inverse. L'approche directe comprend trois étapes. Au cours de la première, des équations constitutives, basées sur le choix de la densité de dislocations comme variable interne, sont établies pour décrire le comportement à chaud des alliages d'aluminium. La deuxième étape consiste en la détermination des valeurs des paramètres intervenant dans le modèle et bénéficie des résultats des mesures effectuées au cours de l'essai de bi poinçonnement, choisi pour les nombreux avantages qu'il présente par rapport à d'autres essais classiquement employés. La troisième étape consiste en la simulation numérique de l'essai de bi poinçonnement pour compléter la partie expérimentale et apporter des précisions quant aux facteurs influençant la déformation à chaud des alliages d'aluminium au cours de ce même essai. Dans cette optique, une formulation élasto-viscoplastique en grandes déformations a été développée. Cette formulation est basée sur le choix d'un matériau hyper élastique et d'une mesure logarithmique pour les déformations élastiques. Les résultats obtenus sont ensuite confrontés à l'expérience et montrent une bonne adéquation. Partant des limites de l'approche directe, notamment en ce qui concerne l'homogénéité de la déformation, une procédure d'identification inverse a été mise au point pour déterminer les paramètres dans le cas de comportements non linéaires. Cette procédure utilise un algorithme couplant une méthode d'optimisation et une méthode de calculs par éléments finis. L'optimisation tient compte de contraintes physiques sur les paramètres. L'algorithme est appliqué à l'identification inverse du coefficient de frottement au cours de l'essai de bi poinçonnement, ainsi que des paramètres viscoplastiques d'un alliage d'aluminium

L'objectif de ce travail est d'apporter une contribution a la modelisation du comportement des poudres metalliques dans un large intervalle de temperature en utilisant les resultats experimentaux obtenus sous diverses sollicitations avec un materiau modele. La premiere partie de ce memoire est consacree a l'etude bibliographique du comportement des metaux denses dans la gamme de temperature de mise en forme ainsi que des diverses modelisations envisagees permettant de caracteriser les phenomenes plastiques et visqueux observes a ces temperatures. Dans la deuxieme partie, nous presentons differentes lois phenomenologiques utilisees pour les poudres metalliques ainsi que leur comparaison avec les parametres d'un materiau moyen definis a partir des resultats de compression simple et isotrope de la litterature. Pour pouvoir valider ces modelisations, il est apparu necessaire de disposer de resultats experimentaux plus complets sur un meme materiau dans une large gamme de temperatures, de densites et de vitesses de chargement et pour d'autres types de sollicitations que les compressions simple et isotrope. Une vaste etude experimentale a donc ete entreprise avec un materiau modele - le plomb -. La faible temperature de mise en forme de ce materiau a permis de realiser des essais tres varies: compression simple, compactage dometrique avec mesure de contrainte radiale, compactage isotrope et triaxial (150 mpa, 150c) avec mesure en continu de la variation de volume. Le comportement visqueux du materiau ainsi que les phenomenes plastiques qui apparaissent aux vitesses de deformation elevees ont ete mis en evidence. Ces resultats ont ete confrontes aux modeles deja proposes et ont montre l'inaptitude des lois plastiques et viscoplastiques basees sur une loi en puissance. Afin de prendre en compte les effets plastiques et visqueux, le formalisme des lois viscoplastiques unifiees des materiaux denses a ete etendu au materiaux poreux et valide sur les resultats experimentaux en faisant l'hypothese d'un materiau sans ecrouissage. Afin de mieux decrire les differents essais et en particulier les essais dometriques, un nouveau potentiel dissymetrique a ete propose et identifie