Modélisation aux éléments discrets des structures en béton sous impact

par Andria Antoniou

Thèse de doctorat en Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Laurent Daudeville.

Le président du jury était Marco Di Prisco.

Le jury était composé de Eric Buzaud, Philippe Marin, Sergueï Potapov.

Les rapporteurs étaient Ivan Iordanoff, Federica Daghia.


  • Résumé

    L'objectif de ce travail de recherche est le développement d'un outil numérique capable de simuler le comportement d'infrastructures sensibles soumises à des charges dynamiques extrêmes sous l'effet d'aléas naturels ou humains tels que les impacts aériens. L'étude propose pour ce faire une modélisation 3D par éléments discrets, capable de décrire des états de destructions avancés en obtenant des macro-fissures et des fragments réalistes grâce à la nature discontinue du modèle.Dans un premier temps, on a étudié de manière exhaustive l'influence des paramètres de création du maillage sur les caractéristiques dudit maillage et sur le comportement macroscopique du béton. Ensuite, on a transformé le modèle de charge dynamique en une modélisation plus réaliste de l'énergie de rupture dynamique en contrôlant l'augmentation de distance limite maximum à l'interaction. Par ailleurs, on a défini une condition de ratio entre la taille des éléments discrets et celle des éléments finis pour s'assurer d'un contact correct entre eux.La procédure d'identification des paramètres du modèle est réalisée en simulation numérique avec des essais en laboratoire: Compression et traction quasi-statiques, essai tri-axial à haut confinement, écaillage dynamique. Enfin, la fiabilité de l'approche est vérifiée sur trois essais différents d'impact violent:1) Perforation et pénétration de projectiles à tête ogivale dans des cibles cylindriques confinées (CEA-Gramat)2) Essais d'impact tranchant de projectile avec une géométrie homothétique particulière sur des dalles en béton (Erzar)

  • Titre traduit

    Discrete element modeling of concrete structures under impact


  • Résumé

    The objective of this work is development of a numerical tool capable to simulate sensitive infrastructures subjected to severe dynamic loadings due to natural or manmade hazards, such as aircrafts impacts. This study proposes a 3D discrete element method able to predict advance damage states obtaining realistic macro-cracks and materials fragments due to its discontinue nature.We thoroughly studied the influence of mesh creation parameters on the mesh characteristics and on the macroscopic concrete behaviour. Then, we modified the constitutive model for dynamic loading with a more realistic modelling of the dynamic fracture energy by controlling the increase of the maximum distance limit at the interaction scale. In addition, we defined a condition for ratio between the size of finite and discrete elements for proper contact between them.The identification procedure for the parameters of the constitutive model is analysed with simulation on laboratory test: quasi-static compression and tension, high confinement triaxial and dynamic spalling. Finally, the reliability of our approach is verified on three different types of hard impact test: 1) perforation and penetration of ogive-nosed projectiles on confined cylindrical targets (CEA-Gramat); 2) edge-on impact tests of projectiles with a particular homothetic geometry on concrete tiles (Erzar); 3) drop-weight impact on a reinforced concrete beam (University of Toronto).


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc (Chambéry-Annecy). Service commun de la documentation et des bibliothèques universitaires. Bibliothèque électronique.
  • Bibliothèque : Service Interétablissement de Documentation. LLSH Collections numériques.
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation. STM. Collections numériques.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.