Recherche Avancée

Thèse soutenue

Analyse des mécanismes de rupture des systèmes structurels en poroplasticité

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Emina Hadžalić
Direction : Adnan Ibrahimbegovic, Samir Dolarević
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique Numérique : Unité de recherche en Mécanique - Laboratoire Roberval (FRE UTC - CNRS 2012)
Date : Soutenance le 17/09/2019
Etablissement(s) : Compiègne en cotutelle avec Univerzitet u Sarajevu
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval

Résumé

FR  |  
EN

Cette thèse porte sur la sécurité globale des structures en matériaux hétérogènes saturés soumis à des charges extrêmes, et est appliquée à des problèmes d’interaction fluide-structure, tels que l’interaction barrage-réservoir. Un modèle numérique d’interaction est proposé pour prédire les principales tendances et le comportement général d’un barrage en matériau saturé en interaction avec le réservoir dans des analyses de défaillance d’intérêt pratique. Le modèle numérique proposé est d’abord présenté dans un cadre bidimensionnel (2D), puis étendu à un cadre tridimensionnel (3D). La structure est considérée comme un milieu poreux saturé constitué d’un matériau cohésif. On suppose que le fluide externe en interaction avec la structure agit comme une source de saturation des pores. La réponse de la structure en matériau saturé est décrite avec un modèle lattice discrete couplé de type poutre, basé sur la discrétisation du domaine avec la tessellation de Voronoï, où les liens cohésifs sont représentés par des poutres de Timoshenko non linéaires avec un champ de déplacements enrichi en termes de discontinuités fortes. Le couplage entre la phase solide et le fluide dans les pores est traité avec la théorie de Biot et la loi de Darcy décrivant l’écoulement d’un fluide à travers d’un milieu poreux. La prise en compte numérique du couplage interne ajoute un degré de liberté supplémentaire du type pression à chaque nœud de l’élément fini de Timoshenko, qui est ensuite utilisé pour résoudre les problèmes d’interface entre la structure et le fluide. On considère que le fluide externe dans le réservoir est limité à des petits mouvements, ce qui nous permet de le modéliser avec la théorie des ondes acoustiques. Pour cela, la formulation lagrangienne avec l’approximation mixte déplacement-pression est choisie. Le traitement de l’interface fluide-structure dans le modèle numérique d’interaction est résolu d’une manière simple et efficace. Notamment, les éléments finis de la structure et du fluide externe partagent les mêmes degrés de liberté dans les nœuds communs, permettant ainsi la résolution du système d’équations avec une approche de calcul monolithique. Toutes les implémentations et les simulations numériques sont effectués avec la version recherche du code informatique FEAP (Finite Element Analysis Program). Les modèles numériques proposés pour la structure, le fluide externe et le modèle d’interaction sont validés dans le régime élastique linéaire en comparant les résultats calculés avec les valeurs de référence obtenues soit avec des solutions analytiques, soit avec des modèles continus. Les simulations numériques dans le régime non linéaire ont comme but de démontrer les capacités du modèle proposé de capturer la réponse complète à l’échelle macro et les mécanismes de rupture des structures en matériaux saturés. Enfin, la capacité du modèle d’interaction proposé de traiter la défaillance localisée progressive d’un barrage construit en matériau cohésif poreux sous l’interaction barrage-réservoir a été testé pour un programme de chargement spécifique. Pour prendre en compte les effets de la température, le couplage thermique est introduit dans le modèle numérique de la structure.