Contribution à la prédiction des conséquences mécaniques des phénomènes thermo-hydriques couplés

= A contribution to the prediction of the mechanical consequences of the coupled thermo-hydric phenomena: Application to the wood : application au bois

• Auteur / Autrice : Pierre Chassagne
• Direction : Jean-François Jullien, Luca Uzielli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Lyon, INSA en cotutelle avec Italie,Università degli Studi di Firenze
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS, Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Solides, UMR 5514 (INSA Lyon2003-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bois -- Séchage

Bois

Matériaux -- Fluage

Transfert de masse

Transfert de chaleur

Résumé

Les effets de sollicitations climatiques variables, combinées à un chargement mécanique, entraînent dans certains matériaux des accumulations différées de contraintes et de déformations. Les travaux de recherches en mécanique s’orientent donc de plus en plus vers la compréhension du comportement des matériaux, associée au développement de lois mathématiques capables d’intégrer des mécanismes multi-physiques couplés. L’objectif de ce travail consiste à développer un outil numérique capable d’apporter une contribution à la prédiction du comportement mécanique d’un matériau complexe tel que le bois, en vue d’une optimisation des utilisations, de la durée de vie et des procédés de mise en forme, de fabrication ou d’assemblage. La première partie permet d’établir l’état des connaissances physico-mécaniques du bois. Un rappel des notions importantes sur son caractère hydrophile est essentiel pour une bonne compréhension des phénomènes s’initiant au sein du matériau. De nombreux modèles numériques macroscopiques développés ces vingt dernières années permettent d’apporter des éléments pour la compréhension du comportement mécanique du bois et des phénomènes de transferts de masse et de chaleur associés. Les outils développés ne sont souvent appropriés que pour l’étude des phénomènes mécanosorptifs se développant dans la direction longitudinale ou dans les directions transverses. La seconde partie aborde la mise au point de l’outil numérique thermo-hydro-viscoélastique orthotrope 3D qui prend en compte les différents paramètres pilotant la réponse du matériau (taux de variation hydrique, histoire de ces variations, niveau de contraintes équivalentes établi selon un critère 3D). Enfin la troisième partie a trait à l’exploitation des outils numériques développés. Les différents paramètres mécanosorptifs du modèle sont recalés à partir de plusieurs applications d’une large diversité.

The effects of variable climatic conditions, combined to a mechanical loading, lead in some materials to delayed accumulations of stresses and strains. Recent advances in mechanics aims at bringing a better comprehension of the material behaviour, and to develop mathematical laws capable of integrating coupled multiphysics mechanisms. The main aim of this work consists in developing a numerical tool capable of bringing a contribution for the prediction of the mechanical behaviour for a complex material such as wood, in order to optimize the use, the service and forming, manufacturing or assembly processes. The first part is a state of the art of the knowledge on wood physics and mechanical behaviour. A reminder of the main notions on its hygroscopic characteristics is essential for a good understanding of the various phenomena developing in the material. Many macroscopic numerical models developed these last two decades allow us to bring important features for the comprehension of the mechanical behaviour of wood and the associated heat and mass transfer phenomena. These tools have mainly been developed for the study of mechanosorptive phenomena occurring in the longitudinal direction or in the transverse directions. The second part deals with the development of a 3D thermo-hydro-viscoelastic orthotropic numerical tool taking into account the different parameters controlling the material response (hygroscopic variation rate, history of these variations, equivalent stress level according to a 3D criterion). The model is based on two modules partially coupled. Finally, in the third part, the numerical tools developed in this work are evaluated. The evaluation of the mechanosorptive parameters of the model is based on various applications.