Modélisation multi-échelle de l'endommagement dynamique des matériaux quasi-fragiles sous chargements complexes.

par Megbeme Komla Atiezo

Projet de thèse en Sciences des matériaux

Sous la direction de Cristian Dascalu.

Thèses en préparation à l'Université de Lorraine , dans le cadre de EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux depuis le 21-07-2015 .


  • Résumé

    Les processus de rupture des matériaux quasi-fragiles, tels que les céramiques, les bétons ou les roches, ont lieu à plusieurs échelles spatiales et une modélisation avancée de la rupture doit nécessairement représenter les phénomènes à différents niveaux d’observation. L'objectif de cette thèse est la modélisation de l'endommagement et de la rupture dynamique des matériaux quasi-fragiles par une approche multi échelles. En partant d'une distribution des micro-fissures dans un solide élastique et en faisant appel à une méthode d'homogénéisation asymptotique combinée avec une description énergétique de la propagation des micro-fissures (Bilbie, Dascalu & Agiasofitou IJSS, 2008) une loi d'endommagement dynamique a été obtenue récemment (Keita, Dascalu & François JMPS, 2014) pour les matériaux quasi-fragiles sollicités en traction. Ce modèle dérivé entièrement à partir de la microstructure évolutive s’est avéré capable de prédire l'effet de la vitesse de sollicitation sur la résistance en traction ainsi que des effets d'échelle liées à la taille de la microstructure. Dans le cadre de cette thèse nous nous proposons d'étendre cette modélisation aux comportements sous chargements complexes tel que celui de compression multi-axiale. En compression avec confinement, le mécanisme dominant est représenté par les microfissures en "wings" et les micro-cisaillements. Nous allons adopter ces modes de rupture microscopique dans le cadre de l'approche d'homogénéisation pour obtenir des lois d'endommagement dynamique en compression. Les modèles ainsi obtenues, pour la rupture en traction et en compression, pourront être étendus par la suite en considérant les effets d’ordre supérieur dans les développements d’homogénéisation asymptotique afin de déduire des lois d’endommagement à gradient de l’endommagement et de la déformation. En faisant intervenir des longueurs internes ces modèles joueront un rôle essentiel dans la description objective de la localisation de l’endommagement et de la formation des macro-fissures, avec un lien direct entre les échelles.

  • Titre traduit

    Multi-scale modeling of the dynamic damage of quasi brittle materials under complex loading


  • Résumé

    The process of quasi-brittle materials, such as ceramics, concretes or rocks, occur at multiple spatial scales and a forward modeling of the rupture must necessarily represent the phenomena at different levels of compliance. The objective of this thesis is the modeling of the damage and the dynamic fracture of quasi-brittle materials by a multi-scale approach. Starting from a distribution of micro-cracks in an elastic solid and by using a method of asymptotic homogenization combined with energy description of the propagation of micro-cracks (Bilbie, Dascalu & Agiasofitou IJSS, 2008) a law dynamic damage was recently obtained (Keita, Dascalu & François JMPS, 2014) for quasi-brittle materials subjected to tensile stress. This model entirely derived from the evolving microstructure proved able to predict the strain rate effect on the tensile strength and economies of scale related to the size of the microstructure. As part of this work we propose to extend this modeling behavior under complex loads such as the multi-axial compression. Compression with containment, the dominant mechanism is represented by the microcracks in "wings" and micro-shears. We will adopt these microscopic fracture modes as part of the homogenization approach for dynamic compression damage laws. The models obtained for the break in tension and compression, may be extended thereafter by considering higher order effects in the asymptotic homogenization developments to deduce the laws of the damage gradient and damage of the deformation. By involving internal lengths these models will play a key role in the objective description of the location of the damage and the formation of macro-cracks, with a direct link between the scales.