Modélisation numérique des problèmes d'interfaces sable-pieu pour les très grands nombres de cycles : développement d'une méthode de sauts de cycles

par Jiangping Cao

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Hussein Mroueh.

Soutenue le 09-12-2010

à Lille 1 .


  • Résumé

    Ce travail concerne l’étude du comportement des interfaces dans le cas de pieux chargés axialement pour un très grand nombre de cycles. Les principaux points abordés sont relatifs au développement d’une part d’une loi de comportement comprenant un mécanisme d’écrouissage cinématique non linéaire permettant de prendre en compte les chargements cycliques et d’autre part d’une méthode de « sauts de cycles » donnant la possibilité de réaliser des économies de temps de calcul conséquents par rapport à une méthode cycle à cycle. Le travail s’articule autour de 4 chapitres. Le premier chapitre comprend une synthèse bibliographique relative à la prise en compte des chargements cycliques en géotechnique. Les essais de laboratoire permettant d’étudier les phénomènes liés aux chargements cycliques ainsi que les principales méthodes de calcul sont décrits. Le second chapitre aborde le domaine des lois de comportements adaptées à la prise en compte de chargements cycliques. Différentes manières de considérer le problème sont présentées (modèle de Ramber-Osgood, modèle de Mroz, modèle à écrouissage cinématique non linéaire). Une loi de comportement particulière Modjoin (Shahrour, 1997) est présentée. Des évolutions y sont apportées afin notamment de diminuer les phénomènes de rochet et de pouvoir analyser le comportement de structures pour des très grands nombres de cycles de charge et décharge (n>103). Une étude de l’ensemble de ses potentialités est réalisée à la fin du chapitre. Le troisième chapitre présente deux exemples d’utilisation de cette loi. Il s’agit d’une part de vérifier si la loi est correctement implémentée et permet de modéliser plusieurs milliers de cycles de charge et de décharge et d’autre part d’analyser le comportement des deux exemples traités au cours des cycles. Le quatrième chapitre comporte la présentation d’une méthode de « sauts de cycles ». Cette méthode permet de déterminer le comportement de la structure à un cycle donné sans pour autant calculer tous les cycles précédents. Les cycles sont « sautés » sur la base d’une extrapolation des déformations plastiques qui sont injectées dans le modèle sous forme de forces nodales. L’extrapolation repose sur un développement limité au second ordre et pour une des variantes de la méthode sur une régression des moindres carrés. Divers développements permettant des gains de temps sont aussi présentés.

  • Titre traduit

    Numerical modeling of soil-structure interface for a large number of cycle : development of skipped cycle method.


  • Résumé

    This thesis deals with a numerical analysis of structure-soil interface under the cyclic loading by finite different method. The principal of this work relates to the development of a constitutive law, including the nonlinear kinematic hardening which allows to simulate the behavior of structure under the cyclic loading. Instead of using a method calculation cycle by cycle, we develop a method called « Cycles Skipped », which gives the possibility to reduce the computation time of the simulation. The thesis is organized as follow: The first chapter discusses about the synthesis bibliography of cyclic loading in geotechnical engineering. Based on the laboratory tests, some experimental observations are presented and analyzed in this chapter. Besides, the principal existed methods are presented to describe the behavior of elementary soil or interface under cyclic loading. The second chapter; from the laboratory and in-situ observations, the different models are presented to describe the behavior of structure under cyclic loading. Particularly, a cyclic constitutive law « Modjoin » in elastoplasticity model (Shahrour, 1997) is proposed and improved to decrease the ratchet phenomenon of cyclic loading for analyzing the behavior of structure under a very large number of cyclic loading (n>103). A deep study of its potential is realized and some numerical applications are presented in this chapter. The third chapter proposes a Modjoin modeling, which involves the validity of this model and the analysis of the behavior of structure under cycles load. Two modelings with thousand cycle loads are carried out to verify that the law is correctly implanted in finite difference code. The fourth chapter concerns about the development of a method « cycles skipped » which allows to estimate the structure behavior under a large number of loading cycles without calculating cycle by cycle. This method based on an extrapolation of plastic deformation which is injected into the model as the nodal forces. The extrapolation of plastic deformation consists of Taylor’s expansion and least squares regression. Finally, some calculations are performed and a comparison of results observed between different methods will be presented.


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