Endommagement des piles à combustible type SOFC : simulation de la propagation des fissures par EFG étendue

Damage of solid oxide fuel cells : Simulation of the crack propagation by extended EFG

• Auteur / Autrice : Lyazid Bouhala
• Direction : Yves Rémond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermoélasticité

Modèles mathématiques

Piles à combustible à oxyde solide

Rupture, Mécanique de la

Résumé

L’objectif principal de cette thèse est la modélisation de la rupture thermomécanique dans une cellule de pile à combustible et la simulation efficace du processus de propagation des fissures. L’étude est réalisée par la méthode sans maillage « Element Free Galerkin étendue (XEFG) ». Après avoir implémenté la méthode sans maillage pour un problème mécanique sans fissure, nous avons introduit par le principe de partition d’unité la méthode en mécanique de rupture. L’intégration est réalisée par la technique de fragmentation de cellules de fond associe à l’intégration de Gauss. La deuxième partie de ce travail était consacrée à l’application de la méthode sans maillage à la simulation de la propagation d’une fissure dans un solide pré fissuré. La problématique de fissuration en présence d’une interface d’une bicouche assimilée à une cellule de pile à combustible était abordée. Nous avons détaillé ensuite la technique utilisée pour le calcul des facteurs d’intensité de contraintes et le critère utilisé pour la propagation des fissures. Une étude paramétrique est proposée pour illustrer l’effet de la géométrie, des propriétés mécaniques et de l’interface sur le chemin de la propagation. La troisième partie de la thèse élargit le concept de la méthode XEFG à la thermo-élasticité selon la nature de la fissure. La dernière partie de la thèse est consacrée à l’extension de la méthode sans maillage EFG à la rupture interfaciale.

The thesis objective is the modeling of thermo mechanical failure in Solid Oxide Fuel Cells and the simulation of crack propagation. The study is conducted by extended Element Free Galerkin method (XEFG). After implementing the meshless method for a mechanical problem without crack, we introduced the method by partition of unity principle in fracture mechanics. The second part of this work was devoted to the application of the meshless method to simulate crack propagation in a pre-cracked solid. The problem of cracking in the presence of an interface of a bi-layered material like fuel cell unit was discussed. We then detailed the technique used for calculating stress intensity factors and the criterion for crack propagation. A parametric study is given to illustrate the effect of geometry and mechanical properties of the interface on the crack propagation path. The third part of the thesis extends the concept of the method XEFG to thermo-elasticity according to the crack nature. The last part of the thesis is devoted to extending the meshless method to interfacial fracture.