Modélisation des matériaux granulaires cohésifs à particules non-convexes : application à la compaction des poudres d'UO2

Cohesive granular media modelling with non convex particles shape : application to UO2 powder compaction

• Auteur / Autrice : Baptiste Saint-Cyr
• Direction : Farhang Radjaï, Philippe Sornay, Jean-Yves Delenne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et génie civil
• Date : Soutenance le 02/11/2011
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Cuq
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaël Combe, Pierre Alart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Noël Roux, Géry de Saxcé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhéologie

Poudres

Compactage

Milieux granulaires

Mots clés libres

Poudres d'UO2

Matériaux granulaires

Non-convexité

Cohésion

Dynamique des contacts

Rhéologie

UO2 powder

Granular media

Nonconvexity

Cohesion

Contact dynamics

Rheology

Résumé

On s'intéresse à la modélisation des matériaux granulaires composés d'agrégats non-convexes et cohésifs en vue d'application à la rhéologie des poudres d'UO2. L'influence du degré de non-convexité des particules est analysé en termes de grandeurs macroscopiques (frottement interne et cohésion de Coulomb) et de paramètres micro-mécaniques tels que l'anisotropie de la texture et la transmission des efforts. Il apparaît en particulier que la compacité évolue d'une manière complexe avec la non-convexité et que la résistance au cisaillement augmente mais sature sous l'effet d'imbrication entre agrégats. Des modèles simples sont introduits pour décrire ces comportements en termes de paramètres micro-mécaniques. De même, des études systématiques par cisaillement, compaction uniaxiale et compression simple montrent que la cohésion interne augmente avec la non-convexité mais est fortement contrôlée par les conditions aux limites et l'apparition de bandes de cisaillement ou de concentrations de contraintes.

We model in this work granular materials composed of nonconvex and cohesive aggregates, in view of application to the rheology of UO2 powders. The effect of nonconvexity is analyzed in terms of bulk quantities (Coulomb internal friction and cohesion) and micro-mechanical parameters such as texture anisotropy and force transmission. In particular, we find that the packing fraction evolves in a complex manner with the shape nonconvexity and the shear strength increases but saturates due to interlocking between the aggregates. We introduce simple models to describe these features in terms of micro-mechanical parameters. Furthermore, a systematic investigation of shearing, uniaxial compaction and simple compression of cohesive packings show that bulk cohesion increases with non-convexity but is strongly influenced by the boundary conditions and shear bands or stress concentration.