Milieux Granulaires à Particules Molles : Modélisation Expérimentale et Numérique

Granular Materials Composed of Soft Particles : Simulation and Experiment

• Auteur / Autrice : Thi-Lo Vu
• Direction : Serge Mora
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Génie Civil
• Date : Soutenance le 23/11/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Génie Civil. LMGC (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Renaud Delannay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Mora, Renaud Delannay, Gaël Combe, Florence Rouyer, Saeid Nezamabadi, Lydie Hélène Staron, Farhang Radjaï
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaël Combe, Florence Rouyer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Corrélation d'images numériques

Milieux granulaires

Mots clés libres

Milieux granulaires

Particule molle

Élasticité finie

Corrélation d'images numériques

Méthode des éléments finis

Méthode de dynamique des contacts

Granular materials

Soft particle

Finite elasticity

Digital image correlation

Finite element method

Contact dynamic method

Résumé

Cette thèse porte sur l'étude de milieux granulaires constitués de particules molles. Elle s'appuie d'une part sur la méthode de corrélation d'images numériques (DIC) et d'autre part sur des simulations associant la méthode des éléments finis (FEM) et la méthode de Dynamique des Contacts (CD) permettant de tenir compte de la déformabilité élevée des particules et des interactions entre particules. Pour une large gamme de matériaux complexes (élastique, plastique et mousse solide), l'étude préliminaire de particules uniques comprimées radicalement valide la technique de DIC pour les mesures des champs de déformation, et pour la détermination de l'énergie de déformation pour des matériaux élastiques. Des grandeurs macroscopiques et micro-structurales tels que la compacité, la coordinence, l'énergie élastique, la densité de la probabilité de force de contact ainsi que de la densité d'énergie sont mesurées, et comparées entre les résultats numériques et expérimentaux en particulier dans le régime où les déformations des particules sont d'amplitudes finies. L'accord quantitatif entre ces approches permet de valider à la fois la méthode expérimentale pour l'étude de milieux granulaires à particules déformables, et d'autre part l'approche numérique. Forts de ces résultats, nous avons mené une étude numérique de la compression uniaxiale d'un assemblage de cylindres Néo-Hookéens. L'effet du frottement sur les paramètres macroscopiques et mico-structuraux est déterminé, y compris lorsque la compacité du système est proche de 100%

This thesis deals with the study of granular media composed of soft particles. It relies on the one hand on the method of Digital Image Correlation(DIC) and on the other hand, on simulations coupling the Finite Element Method and the Contact Dynamics method, taking into account the high deformability of particles and interactions between particles. For a wide range of complex materials (elastic, plastic and solid foam), the preliminary study of radially compressed single particles validates the DIC technique for strain field measurements, and for the determination of the strain energy for elastic materials. Macroscopic and micro-structural quantities such as packing fraction, coordination, elastic energy, probability density of the contact force as well as strain energy density, are measured and compared between the numerical and experimental results in particular in the regime where the deformations of the particles are large. The quantitative agreement between these approaches makes it possible to validate both the experimental method for the study of granular media with deformable particles, and the numerical approach. Based on these results, we conducted a numerical study of the uniaxial compression of a Neo-Hookean cylinder assembly. The effect of friction on the macroscopic and mico-structural parameters is determined, even when the packing fraction of the system is close to 100%.