Discrete-continuum coupling method for simulation of laser-inducced damage in silica glass

Couplage modèles discrets - modèles continus pour la simulation d'endommagement induit par choc laser sur la silice

• Auteur / Autrice : Mohamed Jebahi
• Direction : Ivan Iordanoff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et ingénierie
• Date : Soutenance le 13/11/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux - Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux / I2M
• Jury : Président / Présidente : Philippe Lorong
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Berthe, Jean-Luc Charles, Frédéric Dau, Mathieu Renouf
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elias Cueto, Jean-Christophe Sangleboeuf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers de puissance

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Simulation par ordinateur

Détérioration

Silice

Mots clés libres

Méthode multi-échelle

Méthode de couplage

Élément discret

Élément naturel

Méthode d'Arlequin

Simulation dynamique rapide

Silice

Densification

Indentation Vickers

Rupture fragile

Multiscale method

Coupling method

Discrete element

Natural element

Arlequin approach

Highly dynamic simulation

Silica

Densification

Vickers indentation

Brittle fracture

Résumé

Une méthode de couplage continu-discret a été développée pour simuler les mécanismes complexes d'endommagement de la silice soumise à un choc laser de haute puissance. Dans un premier temps, une classification des méthodes numériques existantes a été faite pour choisir celles les mieux adaptées à la simulation du comportement sous choc de la silice. Comme résultat de cette classification, deux méthodes ont été retenues: la méthode des éléments discrets (DEM) et la méthode des éléments naturels contraints (CNEM). Ces méthodes sont alors couplées en se basant sur la technique dite "Arlequin". Puis, un modèle numérique permettant de tenir compte des différents phénomènes qui caractérise le comportement de la silice sous haute pression a été développé. Pour bien caractériser les mécanismes de fissuration de la silice à l’échelle microscopique, un nouveau modèle de rupture a été développé dans ce travail. Finalement, ces deux modèles, modèle de comportement et modèle de rupture, ont été intégrés dans la méthode du couplage pour simuler d'un point de vue mécanique le choc laser sur un échantillon en silice.

A discrete-continuum coupling approach has been developed to simulate the laser-induced damage in silica glass. First, a classification of the different numerical methods has been performed to select the ones that best meet the objectives of this work. Acting upon this classification, the Discrete Element Method (DEM) and the Constrained Natural Element Method (CNEM) have been retained. Subsequently, a coupling approach between these methods has been proposed. This approach is based on the Arlequin technique. In the second part, a numerical model of the silica glass mechanical behavior has been developed to better characterize the silica glass response under highly dynamic loadings and particularly loading generated by a laser beam. To correctly characterize the silica glass cracking mechanisms, a new fracture model has been proposed in this work. Finally, all these developments have been used to simulate the laser-induced damage in silica glass.