Modélisation tridimensionnelle du comportement mécanique des milieux élastiques fissurés

Three-dimensional modeling of mechanichal behavior of cracked elastic media

• Auteur / Autrice : Soliman El Kabir
• Direction : Frédéric Dubois, Rostand Moutou Pitti, Yuri Lapusta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 07/12/2018
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Génie Civil, Diagnostic et Durabilité
• Jury : Président / Présidente : Djimédo Kondo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hubert Maigre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xiao-Jing Gong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Résistance des matériaux

Rupture, Mécanique de la

Mots clés libres

Fissuration tridimensionnelle

Taux de restitution d’énergie

Facteurs d’intensité de contraintes

Intégrales invariantes

Three dimensional crack

Energy release rate

Stress intensity factor

Path independent integral

Résumé

Les fissures sont souvent préjudiciables pour les matériaux et les structures du génie civil et de la mécanique dans la mesure où elles peuvent se propager sous diverses conditions de chargements et entraîner la rupture brutale ou progressive de la structure. Ce constat est renforcé si l’on prend en compte le comportement des matériaux composites avec des endommagements aux interfaces. L’objectif principal de mes travaux de recherche est de présenter de nouveaux outils de modélisation adaptés au cas réel de la rupture tridimensionnelle dans les structures, afin de comprendre les comportements mécaniques des structures lorsqu’elles contiennent des fissures initiales susceptibles de se propager dans le cas réel 3D. Cette modélisation permettra de quantifier le degré de sécurité des structures face aux risques de dégradation et d’apporter une aide au dimensionnement des structures. Les modèles mathématiques développés visent à mieux quantifier les énergies mises en jeu ainsi que la description de la répartition des champs de contraintes et de déplacements proche du front de la fissure 3D dans les structures endommagées. La modélisation numérique est réalisée grâce au code de calcul par élément finis Castem, et permettra la validation numérique des modèles mathématiques développés.

The complex mechanical loading on structures implies having a better understanding of their fracture mechanical behavior. It is necessary to consider three-dimensional case in the study of reel crack growth problem. For it the most common approach is the determination of the energy release rate by energetic approach. In addition, several structures (timber, steel, composite…) are often subjected to complex mechanical stresses, predict their mechanical behaviour in the face of cracking implies to generalize the approaches of fracture mechanics in real 3D case. Crack problems are often referred to a 2D problem, & extension to the 3D case is insufficiently studied. It is necessary today to Developing specific tools for threedimensional configurations, in order to be able to integrate the temperature and humidity effects, and also the mixed mode loading. Our objective in this work is to validate the invariant integral in the three-dimensional medium, by numerical application. For this, the specifications of the method used for analytical formulation are given; also, the results of some numerical application for crack front in three-dimensional problem are discussed. For analytical formulation in 3D crack problem we use a closed volume and surfaces integration domains. The main advantage of this form is the presence of an arbitrary crack front line enclosed by a 3D volume.