Simulations numeriques discretes d'un materiau granulaire ensile : utilisation de la methode des elements distincts & elaboration et validation de modeles de grains sur reseau

par SAMUEL MASSON

Thèse de doctorat en Sciences biologiques et fondamentales appliquées. Psychologie

Sous la direction de Jean Martinez.

Soutenue en 1997

à l'INSA RENNES .

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  • Résumé

    Une approche microstructurelle est mise en oeuvre pour la modelisation bidimensionnelle des materiaux granulaires ensiles au repos et en ecoulement, en adoptant plusieurs methodes de simulation : l'utilisation de la methode des elements distincts (code pfc2d) et l'elaboration de modeles de grains sur reseau. Des tests de validation de la methode des elements distincts ont ete realises en regimes statique ou d'ecoulement permanent et sur des problemes aux limites homogenes ou complexes, par confrontation a des resultats macroscopiques experimentaux et de modeles analytiques ou d'elements finis. Les resultats obtenus s'averent probants a la fois en termes de champs d'efforts, de champs cinematiques et de courbes de comportement macroscopiques. Une serie de simulations par elements distincts de l'etat apres remplissage et du processus de vidange d'un silo rectangulaire a ete realisee pour diverses valeurs des parametres mecaniques microscopiques : coefficients de rigidite et de frottement aux contacts intergranulaires. Les resultats de l'approche microstructurelle donnent des champs de contraintes comparables a ceux des approches macroscopiques plus classiques, sans atteindre toutefois un etat d'equilibre limite en tout point du milieu. Les cinematiques obtenues mettent en evidence le role important du frottement du materiau sur la paroi et doivent permettre d'affiner les hypotheses des modeles macroscopiques de vidange. Deux modelisations sur reseau du materiau granulaire ensile, l'une purement cinematique et semi-probabiliste, l'autre quasi-statique et deterministe, sont elaborees et soumises a validation. Les modeles cinematiques reproduisent convenablement les divers modes d'ecoulement standards connus ainsi que des effets de dissymetrie et de localisation. Le modele quasi-statique, utilisant deux parametres mecaniques locaux, produit egalement des cinematiques de vidange et des contraintes au remplissage conformes aux resultats d'experiences ou de modelisations plus classiques. Le relachement excessif des efforts simules pendant la vidange devrait etre evite par la reduction de la porosite et par la prise en compte explicite du frottement intergranulaire.


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  • Détails : 329 P.
  • Annexes : 141 REF.

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