Дисертації з теми "Analyse limite plastique"

Dans le domaine du génie civil et de la construction, ainsi que de l'industrie, les structures hétérogènes multicouches sont très utilisées. L'une des demandes formulées par les ingénieurs pour concevoir de telles structures est aussi la connaissance des charges limites qu'elles peuvent supporter. Des méthodes d'homogénéisation des plaques et poutres multicouches en analyse limite ont ainsi été développées. Elles conduisent respectivement à des cinématiques de Love-Kirchhoff ou d'Euler-Bernoulli pour la structure homogène équivalente. Afin de prendre en compte les effets de cisaillement, de nouveaux modèles de plaques et de poutres multiparticulaires ont été proposés et justifiés. Après une validation par éléments finis de ces modèles, on les applique au cas des poutres en béton armé renforcées. Ils permettent d'avoir une estimation rapide des chargements maximaux supportables et de construire ainsi un outil de dimensionnement à l'Etat Limite Ultime pour de telles structures.

Le calcul non-linéaire par éléments finis est aujourd’hui l’approche la plus précise pour l’étude des échouements de navires. Néanmoins, les temps de calculs importants rendent cette méthode inadaptée lorsque de nombreux scenarios doivent être étudies. Dans le cadre du projet de recherche Européen FLARE (FLooding Accident REsponse), ces travaux de thèse visent à développer un solveur basé sur des formulations simplifiées permettant d’estimer rapidement l’endommagement subi par un navire à passagers lors d’un échouement. Le fond marin est représenté par un paraboloïde elliptique, permettant de générer des rochers à la fois tranchants ou larges, en faisant varier deux coefficients. Le navire quant à lui est divise en macro-éléments appelés Super-Eléments (S.E), qui représentent les principaux composants d’un fond de navire. Pour chaque S.E, des simulations par E.F. sont réalisées avec le code Ls-Dyna. A l’issue de ces simulations, des expressions analytiques de la force résistante sont construites, puis validées individuellement par comparaison aux résultats numériques. Dans la seconde partie de la thèse, les expressions simplifiées sont implémentées dans un solveur nomme FLAGS qui est couple au solveur existant « fluide » MCOL afin de prendre en compte les effets hydrodynamiques. L’outil FLAGS/MCOL est confronté avec succès aux calculs par éléments finis Ls-Dyna/MCOL pour différents échouements de navire a échelle 1. Pour finir, l’outil est utilisé pour simuler des milliers de scenarios dans le but de quantifier l’influence de divers renforcements structurels sur la taille de brèche
Although non-linear finite element method is the most accurate approach for ship grounding damage analyses, its high computing cost makes it unsuitable when numerous scenarios have to be simulated. As part of the European research project FLARE (Flooding Accident REsponse), this PhD thesis aims to develop a solver based on simplified formulae to rapidly assess cruise ship grounding damage. The seabed is represented by an elliptic paraboloid allowing to generate both sharp and shallow rocks varying two parameters. The ship is divided into large elements, called Super- Elements (S.E), representing the main bottom components. For each S.E, Ls-Dyna simulations are carried out. Based on these simulations, closed-form expressions are derived for the resistant force according to the Upper-Bound theorem of plasticity. Finally, the analytical expressions are validated by comparison with numerical results. In the second part of the thesis, the developments are implemented in a structural solver named FLAGS, which is coupled with the external dynamics solver MCOL to account for the action of the surrounding water. FLAGS/MCOL solver is validated by confrontation to Ls-Dyna/MCOL F.E. solutions for various full scale grounding accidents. Finally, the simplified tool is used to simulate thousands of grounding events with the aim of quantifying the influence of different reinforcements on the ship damage extent

L'étude expérimentale de la courbe d'état limite de l'argile verte de Romainville s'intègre dans la suite des recherches entreprises au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées sur les lois de comportement des argiles naturelles. Cette étude a nécessité la réalisation de divers types d'essais en laboratoire suivant des procédures adaptées au caractère gonflant de l'argile verte. La courbe d'état limite de cette argile a été déterminée. Cette courbe, ayant une forme grossièrement elliptique, n'est cependant pas centrée sur la droite représentant le chemin des contraintes Ko. Le caractère anisotrope de l'argile verte a en outre été mis en évidence, et les valeurs de ses paramètres d'élasticité orthotrope ont été déterminées sur une portion limitée du domaine sur consolidé. Ces paramètres ne reflètent cependant que partiellement le comportement de l'argile verte à l'intérieur de sa courbe d'état limite, et ce comportement devrait faire ultérieurement l'objet d'une étude spécifique
The experimental study on the yield state curve of the Romainville green clay is an integral part of the research work undertaken by “Laboratoire Central des Ponts et Chaussées” on the behaviour of natural clays. In order to do this study, we carried out a variety of laboratory trials following procedures adapted to the swelling character of the green clay. The yield state curve of this clay has been determined. This curve has a roughly elliptical shape. However, it is not centred on the Ko stress path. This study has also revealed the anisotropic character of the green clay and the values of its orthotropic elastic parameters have been determined on a limited portion of the over consolidated domain. However, these parameters only represent partially the behaviour of the green clay within its, yield state curve. The analysis of this behaviour should be the subject of another future study

La conception d’une coque de sous-marin est cruciale pour son opérabilité et la sécurité de l’équipage, mais également complexe. En effet, les ingénieurs doivent prendre en compte à la fois la légèreté, la discrétion acoustique et la résistance de la coque à la pression d’immersion et aux attaques extérieures. Les explosions sous-marines représentent une menace de premier ordre pour l’intégrité de la coque, dont le comportement doit être correctement analysé. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement d’une méthode simplifiée, basée sur des formulations analytiques, pour étudier la réponse mécanique d’un cylindre profondément immergé à une explosion sous-marine. Le but de cette méthode est de fournir aux ingénieurs une estimation rapide des dommages subis par la coque cylindrique, leur permettant de simuler un grand nombre de scénarios d’explosion. Dans ce travail de thèse, le modèle de la corde plastique sur fondation plastique est repris et adapté à l’étude d’un cylindre immergé soumis à un chargement explosif, pour lequel les effets de pression d’immersion et d’interaction fluide-structure sont à prendre en compte. Une modélisation simplifiée de l’interaction fluide-structure est couplée avec le modèle de corde plastique sur fondation plastique, en considérant d’une part les effets de la pression d’immersion et d’autre part le raidissage circonférentiel du cylindre. Des expressions analytiques sont développées pour calculer l’enfoncement de la coque ainsi que son énergie de déformation plastique. Les résultats obtenus sont comparés à des résultats d’essais et de simulations numériques, ce qui permet de valider progressivement la méthode simplifiée, mais aussi de mettre en évidence ses limitations
The design of a hull of submarine is crucial for its operability and the safety of the crew, but also complex. Indeed, the engineers have to take into account at the same time lightness, acoustic discretion and resistance of the hull to immersion pressure and to environmental attacks. Underwater explosions represent a first-rate threat to the integrity of the hull, whose behavior needs to be properly analyzed. The works presented in this thesis concern the development of a simplified method, based on analytical formulations, to study the mechanical behavior of a cylinder deeply immersed subjected to an underwater explosion. The purpose of this method is to give engineers a fast estimation of the damage undergone by the cylindrical shell, allowing them to compute a large number of scenarios of explosion.In the scope of this thesis, the model of the plastic string on plastic foundation is picked up and adapted to the study of an immersed cylinder subjected to an explosive load, for which the effects of immersion pressure and fluid-structure interaction are to be taken into account. This simplified model of the fluid structure interaction is coupled with the model of a plastic string resting on plastic foundation, by considering on one hand the effects of the immersion pressure and on the other hand the circumferential stiffening of the cylinder. Analytical expressions are derived in order to calculate the final deflection of the shell as well as its energy of plastic deformation. The obtained results are compared with results obtained with numerical simulations, which allows to validate gradually the simplified method, but also to highlight its limitations

Ce travail tente de développer des outils numériques efficaces pour une approche plus rationnelle et moins empirique du dimensionnement à la ruine des ouvrages de génie civil. Contrairement aux approches traditionnelles reposant sur une combinaison de calculs élastiques, l'adoption de coefficients de sécurité et une vérification locale des sections critiques, la théorie du calcul à la rupture nous semble être un outil prometteur pour une évaluation plus rigoureuse de la sécurité des ouvrages. Dans cette thèse, nous proposons de mettre en œuvre numériquement les approches statique par l'intérieur et cinématique par l'extérieur du calcul à la rupture à l'aide d'éléments finis dédiés pour des structures de plaque en flexion et de coque en interaction membrane-flexion. Le problème d'optimisation correspondant est ensuite résolu à l'aide du développement, relativement récents, de solveurs de programmation conique particulièrement efficaces. Les outils développés sont également étendus au contexte de l'homogénéisation périodique en calcul à la rupture, qui constitue un moyen performant de traiter le cas des structures présentant une forte hétérogénéité de matériaux. Des procédures numériques sont spécifiquement développées afin de déterminer puis d'utiliser dans un calcul de structure des critères de résistance homogènes équivalents. Enfin, les potentialités de l'approche par le calcul à la rupture sont illustrées sur deux exemples complexes d'ingénierie : l'étude de la stabilité au feu de panneaux en béton armé de grande hauteur ainsi que le calcul de la marquise de la gare d'Austerlitz
This work aims at developping efficient numerical tools for a more rational and less empirical assessment of civil engineering structures yield design. As opposed to traditionnal methodologies relying on combinations of elastic computations, safety coefficients and local checking of critical members, the yield design theory seems to be a very promising tool for a more rigourous evaluation of structural safety. Lower bound static and upper bound kinematic approaches of the yield design theory are performed numerically using dedicated finite elements for plates in bending and shells in membrane-bending interaction. Corresponding optimization problems are then solved using very efficient conic programming solvers. The proposed tools are also extended to the framework of periodic homogenization in yield design, which enables to tackle the case of strong material heterogeneities. Numerical procedures are specifically tailored to compute equivalent homogeneous strength criteria and to use them, in a second step, in a computation at the structural level. Finally, the potentialities of the yield design approach are illustrated on two complex engineering problems : the stability assessment of high-rise reinforced concrete panels in fire conditions and the computation of the Paris-Austerlitz railway station canopy

La maintenance, la réparation et le renforcement de murs en maçonnerie par matériaux composites collés nécessitent le développement de méthodes et techniques d'évaluation de l'aptitude au service et de requalification tant pour leur restauration fonctionnelle que pour leur adaptation à de nouvelles contraintes (évolution du zonage sismique par exemple). Le présent travail de thèse a pour objectif de proposer un outil d'évaluation par calcul de l'état limite ultime de murs en maçonnerie, renforcés par composites collés, chargés dans leur plan.Les travaux effectués concernent la modélisation par homogénéisation de murs en maçonnerie et une campagne expérimentale de caractérisation du transfert de charge entre un renfort en tissu de fibres de carbone et un support en blocs creux de béton par le biais d'un joint de colle. Pour modéliser la résistance des murs maçonnés, nous proposons une loi élastique parfaitement plastique pour le comportement dans le plan d'une maçonnerie constituée de blocs liés par des joints de mortier. Le convexe de plasticité est obtenu par une technique d'homogénéisation périodique qui prend en compte la nature tridimensionnelle de la cellule de base. On obtient alors un convexe limité par plusieurs surfaces de charge. Un algorithme numérique original est ensuite proposé et programmé dans le logiciel aux Eléments Finis ABAQUS. Des simulations numériques utilisant le module développé sont présentées

Les gabions cellulaires sont constitués d'une enceinte de palplanches métalliques remplie d'un remblai frottant. Ils sont utilisés dans des sites portuaires ou fluviaux comme soutènements ou comme batardeaux. Bien qu'utilisés depuis plus de 80 ans, leur fonctionnement mécanique n'est qu'imparfaitement compris et des accidents surviennent encore, y compris en cours de construction. L'emploi des méthodes fondées sur la théorie du calcul à la rupture peut contribuer à fonder le dimensionnement de ces ouvrages sur des bases rigoureuses. Le calcul à la rupture des gabions cellulaires présente plusieurs particularités géométrie authentiquement tridimensionnelle, modélisation mixte des éléments constitutifs (enceinte de palplanches modélisées comme une coque, matériau de remblai modélisé comme un milieu continu 3D). La modélisation coque des palplanches permet notamment d'envisager des cinématiques avec des déformations en flexion des palplanches ce qui correspond à certaines observations d'accidents ou de modèles réduits à grande échelle. Un premier chapitre introductif rappelle la constitution des gabions et des gabionnades, leurs utilisations et leurs méthodes de dimensionnement. Le chapitre 2 donne les bases de la modélisation des gabions que nous utiliserons dans la suite. Les chapitres 3, 4, 5 et 6, appliquent les méthodes statique et cinématique au gabion isolé et à la gabionnade. Le chapitre 7 est consacré à la comparaison des résultats avec des données de différents types : mesures in situ, cas d'accident, essais sur modèles réduits.

L’objectif principal de la thèse a été d’étudier les propriétés de résistance des matériaux nanoporeux par des approches théoriques et numériques. Dans le contexte des méthodes d’homogénéisation, des critères de résistance macroscopiques ont été établis par des approches analytiques à l’homogénéisation non-linéaire et à l’analyse limite. Les critères de résistance ainsi obtenus permettent de tenir en compte les effets de taille, tout en améliorant les formulations déjà existantes. En outre, dans le but de servir de référence pour la calibration et/ou la validation des modèles analytiques, des simulations numériques basées sur la dynamique moléculaire ont été conduites, en se référant à des monocristaux d’aluminium contenant des nanopores sphériques, sous des conditions multiaxiales de vitesse de déformation. Par rapport aux simulations actuellement disponibles dans la littérature, les résultats obtenus ont clairement établi que les surfaces de résistance sont significativement influencées par les trois invariants isotropes de contrainte. Finalement, dans le but de mettre à profit les indications fournies par les simulations numériques, le cas d’un matériau nanoporeux constitué d’une matrice ductile sensible aux trois invariants isotropes a été étudié par une approche par l’analyse limite, en prenant en compte une formulation modifiée du critère de résistance de bigoni. La solution exacte du problème a été établie dans le cas d’un chargement isotrope. A partir des résultats ainsi obtenus, une approche d’analyse limite cinématique a été mise en place, et permet de fournir des estimations des propriétés de résistance macroscopiques sous chargements axisymétriques
The main objectif of the thesis consisted in investigating strength properties of nanoporous materials by means of theoretical and numerical approaches. In the framework of homogenization methods, novel macroscopic strength criteria have been established via a non-linear homogenization procedure and a kinematic limit-analysis approach. Resulting yield functions allowed to take into account void-size effects on nanoporous materials strength properties, thereby resulting in a strong enhancement of available estimates. Furthermore, aiming to funish effective benchmarking evidence for the calibration and/or the assessment of theoretical models, molecular-dynamics based computations have been carried out on in-silico single crystals embedding spherical nanovoids, simulation domains undergoing multiaxial strain-rate boundary conditions. With respect to available numerical studies, proposed results clearly showed the influence of all the three isotropic stress invariants on computed material strength surfaces. Finally, with the aim to account for physical indications coming from numerical simulations, a ductile nanoporous material with a general isotropic plastic matrix has been investigated via a limit analysis approach, by referring to a modified version of the bigoni strength criterion. The limit state of a hollow-sphere model undergoing isotropic loadings has been exactly determined. Correspondigly, a novel strength criterion has been analytically established in the case of axysimmetric boundary conditions

En plasticité associée c’est-à-dire avec la loi de normalité, la solution analytique de Prandtl-Hill donne la charge limite exacte d’un poinçon sur un massif semi-infini de fondation avec le critère de Mohr-Coulomb. Or, il est reconnu expérimentalement que les sols ont un comportement plastique non associé, ce qui signifie qu’en réalité la valeur de la charge limite n’est qu’une estimation.On se propose dans ce travail de combler ce manque en abordant le problème de la capacité portante d’une fondation superficielle lorsque la loi de plasticité est non associée. Sur la base des simulations numériques et d’une extension de l’analyse limite aux matériaux à lois non associées par l’approche du bipotentiel, de Saxcé (1992), on propose une solution analytique approchée par une méthode variationnelle et on la compare à la formule de Drescher et Detournay (1993) et aux résultats numériques
In associated plasticity, i.e. with the normality law, Prandtl-Hill analytical solution gives the exact limit load of a punch on a semi-infinite massive of foundation with Mohr-Coulomb model. However, it is experimentally recognized that geomaterial shave a non-associated behavior, what means that in reality the value of the limit load is only an estimation.In this work, it is proposed to fill this lack in addressing the problem of the bearing capacity of a shallow foundation, when the low of plasticity is no-associated. On the basis of numerical simulations and an extension of the limit analysis method to materials with non-associated laws by the bipotential approach, de Saxcé (1992), we proposed an approximated analytical solution by a variational method and we compared to Drescher-Detournay formula (1993) and numerical results

Les structures gonflables connaissent actuellement un essor, notamment dans le Génie Civil et la construction, en raison de leurs nombreux avantages. Ce sont des structures légères, facilement transportables et faciles à stocker. Elles constituent une solution à l'accueil de public ou la protection de matériel de façon plus ou moins permanente. Parmi les structures gonflables, certaines sont constituées d'assemblages d'éléments simples (poutres, plaques. . . ) pressurisés. La pression interne apporte à la structure sa rigidité et lui permet ainsi de résister à des sollicitations extérieures. Le dimensionnement de ces structures dans une approche semi-probabiliste telle que proposée dans les Eurocodes nécessite la définition des états limites, la caractérisation des chargements et l'utilisation de modèles de comportement adéquats. Dans cette étude, on propose de définir ces états limites pour une poutre en s'appuyant sur la déformée, l'apparition du pli et la ruine de la poutre. L'état actuel de la littérature permet de prévoir analytiquement le déplacement pré-pli et la charge de pli par une approche de type résistance des matériaux. L'étude étend cette approche pour la prévision du déplacement post-pli et de la charge de ruine. Une solution de type élément fini est également proposée. Les modèles développés sont comparés aux résultats d'essais en soufflerie effectués sur des maquettes à différentes échelle dans le cadre de la théorie des similitudes. La mesure de la déformée repose sur l'utilisation d'une mesure de champ innovante : la corrélation d'image virtuelle. Son utilisation permet l'obtention des courbes force-déplacement, la caractérisation des chargement et la quantification des erreurs de modèle
Inflatable structures are more and more used in civil engineering and construction fields. This is mainly due to their specific properties : lightweight, easy to carry, easy to store. They are now a real opportunity for sheltering public or equipment for temporary or long periods. Among this kind of structures, some are composed of simple inflated elements (beams, panels) assembly. The internal pressure provides pre-tension in the fabrics and allows the structure to withstand external loads. The current issues regarding to the design of such a structure in a semi-probabilistic way suggested by Eurocodes asks to clearly define the limit-states, the external loading, and to have efficient models for the structure behaviour. This works proposes to define those limit-states for an inflatable beam in terms of deflection, wrinkling and collapse. The literature review shows that some beam theory models are able to predict theoretically the displacement as long as the beam is not wrinkled and the wrinkling load. The current study extends these models to predict the post-wrinkling behaviour and the collapse load. Another finite-element-based model is also introduced. Those models are then compared to experimental results during windtunnel testing on different models at different scales with respect to the similitude theory. The deflection is fulfilled with a field measurement method : the virtual image correlation. This method allows us to obtain the load-deflection curves, to characterize the external loading and to estimate the gap between the models and the experimental results

Les problèmes de dimensionnement actuels nécessitent la connaissance du comportement des structures sous chargements mécaniques qui varient périodiquement et peuvent induire ainsi des déformations irréversibles. Ceci conduit à une analyse inélastique des structures s'effectuant habituellement par l'utilisation de méthodes de type incrémental. Dans le cas des chargements cycliques, ces méthodes amènent des coûts et des temps de calcul très élevés. Dans cette étude, nous nous sommes intéressé à la Méthode d'Analyse Simplifiée des Structures Inélastiques proposée par le Professeur Zarka et al. Elle repose, par un calcul purement élastique, sur la décomposition de la réponse réelle (en une part élastique et une partie plastique) et sur un changement de variable qui permettent de déterminer l'état limite d'une structure ainsi que les contraintes résiduelles et les déformations plastiques en tout point. Nous avons implémenté la méthode d'analyse simplifiée dans un code industriel (calcul éléments finis). Nous avons validé les résultats obtenus pour les structures bidimensionnelles, les structures tridimensionnelles et les structures de type coques minces, en comparant avec une méthode incrémentale classique. Nous avons ainsi montré l'influence des éléments (type, taille et sous-intégration) sur les résultats. L'analyse simplifiée diminue significativement la complexité et la durée des calculs comparé aux formulations incrémentales.

La striction diffuse et localisée sont des phénomènes précurseurs à la rupture ductile et représentent l'une des principales causes de rebut des pièces métalliques au cours de leur mise en forme. La mise en œuvre d'outils théoriques et numériques capables de prédire l'apparition de ces défauts s'avère nécessaire pour des raisons économiques et environnementales. Ces outils nécessitent en partie l'intégration d'un modèle de comportement adéquat permettant de reproduire les phénomènes physiques mis en jeu. Un tel modèle de comportement est ensuite couplé à un indicateur d'instabilité plastique offrant la possibilité de prédire de manière fiable les phénomènes de striction diffuse et localisée. Dans ce travail de thèse, nous avons considéré certains modèles d'endommagement micromécaniques basés sur l'approche de Gurson, et qui ont été couplés à différents critères d'instabilités plastiques reposant sur l'Analyse de Bifurcation. L'implantation numérique des modèles retenus a été réalisée dans le code de calcul par éléments finis Abaqus/Standard. En ce qui concerne les modèles d'endommagement, plusieurs schémas d'intégrations ont été testés afin d'analyser leur performance et leur robustesse lorsque le comportement présente un effet adoucissant. L'approche combinant le modèle de comportement et les critères de striction a été utilisée pour prédire les limites de formabilité en striction diffuse et localisée de plusieurs matériaux métalliques. Les résultats obtenus ont permis de dresser une hiérarchisation théorique et numérique des critères de striction utilisés
Diffuse and localized necking are precursors to ductile fracture, and represent one of the main causes of metal parts rejection during forming operations. The implementation of theoretical and computational tools to predict the occurrence of these defects turns out to be necessary for economic and environmental reasons. These tools require in part the introduction of an appropriate behavior model in order to reproduce the physical phenomena involved during forming operations. Such a behavior model is then coupled to a plastic instability indicator providing the ability to reliably predict diffuse and localized necking. In the present work, we considered a micromechanical damage models based on Gurson's approach, which were coupled to different plastic instabilities criteria, based on Bifurcation Analysis. The numerical implementation of these models was carried within the implicit finite element code Abaqus/Standard. With regard to the damage models, several integration schemes were tested to analyze their performance and robustness when the behavior exhibits softening effect. The approach combining the Gurson's damage model and necking criteria has been applied for the prediction of formability limits of several metallic materials. The obtained results allowed establishing a theoretical and numerical classification between the necking criteria used in this work

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la description de la rupture ductile des métaux. L'influence couplée de la plasticité cristalline et de la porosité est abordée à l'aide d'approches micromécaniques. A partir des travaux existants en rupture ductile, notamment pour les matériaux isotropes poreux, et en nous appuyant sur les études traitant des monocristaux poreux, nous proposons une approche originale de la prédiction du comportement de divers matériaux cristallins poreux.Une approche numérique de cette question a tout d'abord était menée. Des outils d'homogénéisation numérique ont été développés et mis en œuvre pour prédire la résistance de monocristaux présentant une répartition périodique de cavités. Une étude de l'influence de l'orientation cristalline sur la surface de plasticité, sur l'écrouissage et l'évolution de la porosité a été effectuée pour différentes structures cristallines. Ces résultats numériques ont servi de référence pour évaluer la pertinence d'un modèle analytique approché que nous avons proposé. Celui-ci se fonde sur une approche par analyse limite intégrant l'anisotropie plastique cristalline. Notre critère a pu être ainsi validé pour différentes situations d'anisotropie du monocristal. Une extension permettant de décrire l'influence de l'écrouissage, en tenant compte de l'hétérogénéité de la déformation plastique, a été proposée. Notre critère a ensuite été utilisé dans un contexte polycristallin afin de décrire la plasticité de métaux présentant de la porosité intragranulaire.Enfin, le cas particulier de monocristaux n'obéissant pas à la loi de Schmid (plasticité cristalline non associée) est considéré. Celle-ci n'entrant pas dans le cadre classique de l'analyse limite, une approche basée sur le bipotentiel proposée par de Saxcé a été choisie. Un bipotentiel spécifique au modèle de plasticité cristalline non associée de Qin et Bassani pour le cristal cubique à faces centrées a été développé. Celui-ci est utilisé dans le cadre de l'homogénéisation par bipotentiel afin d'obtenir un critère de plasticité et une loi d'écoulement. Les outils numériques développés pour la plasticité associée ont été adaptés à la plasticité non associée, et des simulations numériques ont été réalisées pour confronter la loi de comportement obtenue
This work is a part of the description of ductile rupture of metals. The coupled influences of the crystalline plasticity and the porosity growth is studied by micromecanichal approach. Following existing works in ductile rupture, especially for isotropic porous materials, and using works on porous single crystals, we propose an original approach to predict the behaviour of several crystalline porous materials.First, a numerical approach has been performed. Numerical homogenization tools has been developped and used to study the resistance of single crystals with periodic microstructures. The influence of the crystalline orientation on the plastic yield limit, the hardening and the evolution of the porosity has been evaluated for different crystalline structures.These numerical results has been used to assess an approximate yield criterion we proposed. This one is derived from a limit analysis process taking into consideration the plastic crystalline anisotropy. Thus, this criterion has been assessed for different plastic crystalline anisotropies. An extension to take into account the hardening has been proposed using an evaluation of the heterogeneity of the strain field. An exemple of use of this criterion for numerical computation of polycrystal with intragranular porosity is also proposed. Finally, the particular case of single crystals obeying non Schmid plasticity (non associated plasticity) is considered. As it does not fall in the classical scope of limit analysis, an approach based on the bipotential proposed by de Saxcé has been used. A specific bipotential for the non associated crystalline plasticity proposed by Qin and Bassani has been derived. Then, a macroscopic yield criterion and a macroscopic flow rule is derived by homogenization by bipotential. Numerical tools developped for the associated plasticity have been adaptated for the non associated one. Numerical simulations are performed to assess the behaviour law obtained

Cette thèse traite de l'analyse limite des structures de châssis en acier, qui s'utilise souvent comme la structure principale de support des bâtiments. La structure du cadre en acier est caractérisée par une réponse très ductile et un grand potentiel pour dissiper l'énergie, ce qui est crucial pour la résistance par rapport aux tremblements de terre. La ductilité dans la réponse de la structure est la cause du comportement du matériau lui-même et du comportement des connexions entre les éléments de la structure. Les connexions entre les poutres et les poteaux peuvent influencer de manière significative la réponse de la structure du cadre en acier, parfois jusqu'à 30%. L'idée est de intégrer le comportement des connexions par les éléments de poutres qui seront situés dans les coins du cadre et la modélisation du reste serra fait avec des éléments de poutres non-linéaires qui décrirons le comportement des poutres en acier. Cette recherche est composée de deux parties. La première partie est consacrée au comportement des connexions structurelles, la deuxième partie présente le développement de l'élément fini du faisceau non linéaire capable de représenter le comportement ductile d'un élément de la structure en acier. Dans la première partie de la thèse, nous définissons la procédure d'identification des paramètres constitutifs pour le modèle couplé de plasticité-dégâts avec dix-huit inconnus. Ce modèle constitutif est très robuste et capable de représenter une large gamme de problèmes. La procédure définie a été utilisée dans la préparation de tests expérimentaux pour trois types de connexions en acier structuré. Les tests expérimentaux ont été effectués pour deux cas de charge. Pour la première, la charge a été appliquée dans un sens avec les cycles de chargement et de déchargement. À partir des mesures expérimentales, nous avons conclu que le modèle de plasticité peut bien représentée le comportement de la connexion structurale. Paramètres constitutifs ont été déterminés à partir des résultats de l'expérimentation, on a utilisé une poutre géométriquement exacte avec la loi bilinéaires renforcement du matériel et la loi linéaire pour le ramollissement. Également, on a effectué des essais expérimentaux de deux types de raccords en acier en cas de chargement cyclique. Les données mesurées montrent que le modèle de la plasticité n'est pas assez bon pour décrire le comportement de connexion pour ce type de charge. A savoir, en raison de changements du sens de l'application du chargement, les connexions montrent moins de rigidité, qui peut être décrite avec un modèle constitutif de dommages. Pour cette raison, nous avons développé un nouveau modèle plasticité-dommages qui est capable d'inclure le phénomène mentionné ci-dessus. A la fin de cette section est faite l'identification des paramètres constitutifs. La deuxième partie de la thèse de doctorat est composé de formulations théoriques et la mise en œuvre numérique des faisceaux géométriquement exacte. La réponse de durcissement de la poutre comprend l'interaction entre les forces de la section résultant du stress (N, T et M), et la réponse de ramollissement est définit par la loi non linéaire. Ce type d'élément fini de poutre est capable de décrire le comportement ductile des structures en acier et inclure les effets du second ordre, qui sont très importantes pour l'analyse ultime des structures de cadre en acier. L'élément fini développé de poutre géométriquement exacte et les lois définies de liaison de comportement dans la construction en acier, offrant la possibilité d'une analyse de haute qualité des structures en acier. En utilisant les modèles de poutre proposé et la méthodologie de modélisation des structures de châssis en acier, il est possible de déterminer une distribution réaliste des forces de section transversale , y compris la redistribution due à la formation de rotules plastiques
This thesis deals with the ultimate load limit analysis of steel frame structures. The steel frame structure has a very ductile response and a large potential to dissipate energy, which is crucial in the case of earthquakes. The ductility in the response of the structure comes from the behavior of the material itself and the behavior of the semi-rigid structural connections. The semi-rigid connections between beams and columns can significantly influence the response of the structure, sometimes up to 30%. In this thesis, we propose a methodology for modeling steel frame structures with included connection behavior. The idea is to model the behavior of the structural connections by the beam elements positioned in the corners of the steel frame structure. Other members of the steel frame structure, steel beams, and columns, will be modeled with nonlinear beam elements. This research consists of two parts. The first part deals with the behavior of the structural steel connections. In the second part, we present the development of the nonlinear beam element capable of representing the ductile behavior of steel structural elements, beams and columns. In the first part of the thesis, we define constitutive parameters identification procedure for the coupled plasticity-damage model with eighteen unknowns. This constitutive model is very robust and capable of representing a wide range of problems. The identification procedure was used in the preparation of experimental tests for three different types of structural steel connections. The experimental tests have been performed for two load cases. In the first, the load was applied in one direction with both the loading and unloading cycles. From the experimental measurements, we have concluded that the response of the experimental structure can be represented by the plasticity model only because no significant change in the elastic response throughout the loading program was observed. Therefore, we have chosen an elastoplastic geometrically exact beam to describe connection behavior. The hardening response of the beam is governed by bilinear law, and the softening response is governed by nonlinear exponential law. The identification of the parameters has been successfully done with fifteen unknown parameters identified. The two types of the experimental structures were also exposed to the cyclic loading. Measured experimental data shows complex connection behavior that cannot be described by the plasticity model alone. Namely, after changing load direction stiffness of the connection decreases. This suggests that the damage model should be incorporated in the constitutive law for the connections behavior as well. Therefore, we propose a new coupled plasticity-damage model capable of representing the loss in the stiffness of the connection with the changing of the load direction. At the end of this part, we also give the constitutive parameters identification for the proposed model. The second part of the thesis deals with the theoretical formulation and numerical implementation of the elastoplastic geometrically exact beam. The hardening response of the beam includes interaction between stress resultant section forces (N, T and M), and the softening response of the beam, which is governed by the nonlinear law. This type of the beam element is capable of representing the ductile behavior of a steel frame structure, and it takes into account second order theory effects. Performed numerical simulations show that the proposed geometrically nonlinear beam element is very robust and is able to provide a more precise limit load analysis of steel frame structures. By using proposed methodology for modeling steel structures, we are able to obtain the real distribution of section forces, including their redistribution caused by forming of the hinges and the connections behavior