Contribution à l'étude micromécanique du comportement des matériaux granulaires par homogénéisation et approche numérique

par Ahmad-Reza Mahboubi-Ardakani

Thèse de doctorat en Sciences. Génie civil

Sous la direction de Bernard Cambou.


  • Résumé

    Le comportement des matériaux granulaires est souvent décrit à partir des modèles basés sur la théorie des milieux continus. Néamoins certains aspects de ce comportement ne s'expliquent qu'à partir des phénomènes locaux de nature tout à fait discontinue. Une autre approche pour décrire le comportement mécanique des matériaux granulaires est basée sur les mécanismes locaux (forces et déplacements), elle est dite approche micromécanique. L'une des étapes importantes de cette approche est de décrire les forces de contact à partir des contraintes dans le milieu (localisation statique). L'objet de ce travail est de répondre à cet objectif en établissant une expression permettant de définir la distribution des forces de contact pour un milieu formé de particules cylindriques ou sphériques dans un arrangement quelconque. Après avoir proposé l'expression des forces de contact et en écrivant les conditions locales d'instabilité, un critère de plasticité global a été proposé. La validation de l'expression proposée nécessite des informations au niveau des contacts et des particules. Les méthodes expérimentales sont souvent incapables de fournir de telles informations, aussi les simulations numériques sont apparues comme un moyen expérimental performant. Parmi les méthodes de simulation numérique discrète la méthode des éléments discrets s'est imposée ces dernières années. Cette méthode est basée sur les lois du mouvement de corps rigides et les lois de contact des particules. Les simulations effectuées sur des assemblages polydisperses de 1000 particules cylindriques et sphériques montrent que le comportement simulé est représentatif des milieux granulaires réels. La comparaison des distributions de forces de contact obtenues par simulation numérique et celles obtenues à partir de l'expression analytique proposée montre une bonne concordance.

  • Titre traduit

    Contribution on study of the behavior of granular materials by homogenization and numerical method


  • Résumé

    The behavior of granular materials is usually modeled by phenomenological models based on continum mechanics. Considering the non continuity of the structure of granular materials, the alternative approach for modelling this behavior is to try to describe the global behavior of the medium from the local behavior of the structural element (particles). One of the important step of this approach is the definition of the static local variable (contact forces) from the static global variable (stress tensor). In this work a model is presented that permits this passage from the global to local variable. Using the obtained results for the contact forces and the local conditions for the contact instability a plasticity criterion is defined. For validating the obtained results concerning contact forces local informations are necessary. For this purpose the numerical simulation of granular assemblies (District Element Method) is used. The simulations on polydisperse packages of 1000 particules (2D and 3D) show a good ability of the simulations for describing the global behavior of granular materials. The comparison between the distribution of contact forces given by numerical simulations and the results of the proposed analytical formulation shows a good agreement.

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  • Détails : 1 vol (208 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 115 réf.

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