Amélioration des performances pour le calcul des structures à comportement non linéaire de grandes dimensions

Improvement of the performances for the calculation of large-scale structures with non-linear behavior

• Auteur / Autrice : Ali Mezher
• Direction : Luc Davenne, Ludovic Jason
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie informatique, mécanique, génie civil
• Date : Soutenance le 01/12/2022
• Etablissement(s) : Paris 10 en cotutelle avec Centre d'études nucléaires (Saclay, Essonne ; 1952-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Connaissance, langage, modélisation (Nanterre)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : EDF (Mécénat Technologique et Scientifique)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energétique Mécanique Electromagnétisme (Nanterre)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Gosselet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Davenne, Ludovic Jason, Pierre Gosselet, Frédéric Dufour, Alain Sellier, Gauthier Folzan, Cédric Giry, Éric Lorentz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Dufour, Alain Sellier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Dynamique

Calcul adaptatif

Béton armé

Mots clés libres

Fissure

Structures de grandes dimensions

Endommagement

Condensation statique

Comportement non linéaire

Retrait et fluage

Crack

Large-scale structures

Damage

Static condensation

Nonlinear behavior

Shrinkage and creep

Résumé

La simulation de la fissuration dans les grandes structures en béton armé et précontraint nécessite un maillage fin et une loi de comportement non linéaire. Une telle modélisation n'est pas applicable sur des structures de grandes dimensions en raison de la charge de calcul. Pour cela, une méthode de condensation statique adaptative (ASC), qui concentre l'effort de calcul sur la zone endommagée (Domaine D'intérêt ; DI) uniquement, qui peut évoluer en raison de l'initiation ou de la propagation de la fissure, a été développée. Son domaine d'application est étendu pour traiter de la précontrainte en tenant compte de l'effet du fluage et du retrait. Ceci a été validé sur une poutre précontrainte par comparaison avec un calcul complet et l'efficacité numérique est évaluée avec un facteur de gain de temps allant jusqu’à 8. Pour rendre l'ASC encore plus efficace, un maillage évolutif, utilisant le raffinement du maillage, est utilisé. L'idée principale est d'utiliser un maillage fin uniquement sur le DI activé qui évolue. Une application sur une poutre en flexion montre que la précision de l’ASC est maintenue, tout en apportant un gain supplémentaire sur le temps de calcul. Une enceinte simplifiée en béton armé soumise à une pression interne est ensuite considérée. Elle démontre une amélioration significative du temps de calcul, jusqu'à 14 (contre 5 sans le raffinement du maillage). Il devient également possible d'atteindre une finesse qui reste inaccessible en utilisant soit un calcul complet, soit l’ASC seule. L'efficacité de l’ASC est enfin montrée sur la maquette à l'échelle 1/3 d'une enceinte de confinement (Vercors). L’ASC a permis d’atteindre des niveaux de simulations inaccessibles avec le calcul complet tout en utilisant un modèle d'endommagement non local.

The simulation of cracking in large reinforced and prestressed concrete structures requires a fine mesh and a nonlinear constitutive law. Such modeling is not directly applicable to large-scale structures because of the computational load. For this, an Adaptive Static Condensation (ASC) method, which concentrates the computational effort on the damaged area (Domain of Interest; DI) only, which may evolve due to crack initiation or propagation, has been developed.Its domain of application is extended to deal with prestressing taking into account the effect of creep and shrinkage. This has been validated on a prestressed beam by comparison with a complete calculation and the numerical efficiency is evaluated with a time saving factor up to 8.To make ASC even more efficient, an evolutionary mesh, using mesh refinement, is used. The main idea is to use a fine mesh only on the activated DI which evolves. An application on a beam in bending shows that the precision of the ASC is maintained, while bringing an additional saving on the computation time. A simplified reinforced concrete containment vessel subjected to internal pressure is then considered. It demonstrates a significant improvement in computation time, up to 14 (against 5 without the mesh refinement). It also becomes possible to reach a fineness which remains inaccessible by using either a complete calculation, or the ASC alone.The effectiveness of the ASC is finally shown on the 1/3 scale model of a containment vessel (Vercors). The ASC allowed to reach levels of simulations inaccessible with the complete calculation while using a model of nonlocal damage.