Добірка наукової літератури з теми "Modélisation numérique discrète (DEM)"

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 réalisées
Bituminous 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

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 croissance
Plant 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

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-éléments
Geotechnical 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

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 érodé
The 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

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 lâche
An 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

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'ouvrage
This 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

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 discret
The 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

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 moyenne
The 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

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 modèle
This 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

De par sa complexité, le comportement des ouvrages renforcés par géosynthétiques est parfois évalué par des modèles numériques. Dans ce chapitre, deux familles de méthodes numériques sont présentées : la modélisation numérique continue et la modélisation numérique discrète. Les domaines de prédilection de ces méthodes, leurs limitations et leur performance sont discutées. Des applications à des expérimentations de laboratoire ou à des ouvrages instrumentés sont présentées à des fins d’illustration.

Ce chapitre présente des outils numériques pour l’insertion d’une fissure discrète à partir d’un modèle d’endommagement continu. Ils permettent de déterminer où placer la discontinuité, quand l’insérer et enfin quelles sont les mesures à prendre pour pouvoir reprendre le calcul après insertion. L’auteur met en évidence l’intérêt de ces outils, leurs points communs et différences afin de guider le choix du lecteur.