Mécanique des matériaux à topologie autobloquante : expériences et simulations par la méthode des éléments discrets

Mechanics of the interlocked materials : experiments and simulation using the discrete elements method

• Auteur / Autrice : Charles Brugger
• Direction : Yves Bréchet, Marc Fivel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Indentation des matériaux

Pavage

Résumé

Les matériaux à topologie autobloquante sont des pavages périodiques de blocs dont la cohésion est assurée par une précontrainte latérale. La réponse en indentation d’assemblages constitués de blocs ostéomorphes en glace ainsi que de structures de blocs cubiques en plâtre a été testée pour quantifier l’influence de paramètres comme le coefficient de frottement, la précontrainte latérale ou encore la taille des blocs. Un modèle d’éléments discrets dédié à ces familles de matériaux a été développé. Les lois de contact ont été déterminées par simulations éléments finis. Les simulations d’essais d’indentation montrent qu’il existe une courbe maîtresse parabolique représentant l’ensemble des résultats expérimentaux. Le modèle numérique reproduit le comportement spécifique à ce type d’assemblage : une rigidité négative observée lors de la décharge.

Interlocked materials consist of structures made of blocks hold together by a lateralload. Indentation tests were performed on assemblies of osteomorphic ice blocks as weil as structures of plaster cubes, in order to quantify the influence of parameters like the friction coefficient, the lateralload and the blocks' size. A discrete elements model dedicated to these materials has been developed. Contact laws were obtained from finite element simulations. Discrete element simulation of indentation tests show that the experimental results may ail be depicted using a single parabolic master curve. Finally, the numerical model also reveals a negative stiffness during unloading which is a typical behaviour of topologically interlocked structures.