Modélisation par éléments discrets du comportement en fatigue des bétons bitumineux par une méthode énergétique.

Discrete element modeling of asphalt concrete fatigue behavior by an energetic method

• Auteur / Autrice : Lei Ma
• Direction : Cyrille Chazallon, Yannick Descantes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique, génie civil
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Ragueneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georg Koval Junior
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Nicot, François Chevoir

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthode des éléments discrets

Détérioration

Béton asphaltique

Mots clés libres

Béton bitumineux

Dommages

Propagation des fissures

Fatigue

Méthode des éléments discrets

Asphalt concrete

Damage

Crack propagation

Fatigue

Discrete element method

Résumé

Deux modèles discrets, le modèle de propagation des fissures et le modèle d'endommagement sont proposés dans ce travail. Tout d'abord, pour représenter l'incrémentation des fissures dans la méthode des éléments discrets, la relation entre la croissance des fissures et l'endommagement du contact est formulée, sur la base de l'équivalence énergétique entre l'énergie dissipée en raison de la dégradation de la rigidité du contact et l'énergie libérée pendant la propagation des fissures. Ensuite, selon la relation entre le facteur d'intensité de contrainte et le taux de libération d'énergie, la loi de Paris est incorporée dans le modèle de propagation des fissures pour régir la croissance des fissures de fatigue. Les comparaisons du modèle de propagation des fissures proposé avec les résultats théoriques et expérimentaux présentent de bons accords et une grande précision. Le modèle d'endommagement proposé considère que le développement de l'endommagement du matériau est causé par le développement d'un réseau de microfissures qui peut être représenté comme une seule croissance de fissure courte régie par une variante de la loi de Paris. Un paramètre supplémentaire est introduit pour exercer un effet sur le calcul du taux de libération d'énergie, ce qui entraîne un effet de variante sur la loi de fatigue, ce qui permet au modèle d'endommagement de capturer l'ensemble du processus d'évolution de la fatigue pendant les essais de fatigue. Enfin, les simulations sont comparées aux expérimentations des essais de tension-compression, de flexion à deux points et de flexion à quatre points. Les bons accords de ces comparaisons soutiennent fortement la capacité du modèle proposé à modéliser l'ensemble du processus d'évolution de la fatigue de différents matériaux à différents niveaux d'essai.

Two discrete models, crack propagation model and damage model are proposed in this work. Firstly, to represent crack increment in discrete element method, the relation between crack growth and contact damage is formulated, based on the energy equivalence between the energy dissipated due to contact stiffness degradation and the energy released during crack propagation. Then, according to the relation between stress intensity factor and energy release rate, Paris’ law is incorporated in the crack propagation model to govern fatigue crack growth. Comparisons of the proposed crack propagation model with theoretical and experimental results present good agreements and high precision. The proposed damage model considers that the damage development of material is caused by micro-cracks network development which can be represented as a single short crack growth governed by a variant Paris' law. An additional parameter is introduced to exert effect on the calculation of energy release rate, hence results a variant effect on fatigue law, which allows the damage model to capture the whole process of fatigue evolution during fatigue tests. Finally, simulations are compared to experimentations of Tension-Compression, Two-Point Bending and Four-Point Bending tests. Good agreements of these comparisons strongly support the capacity of the proposed model for modeling the whole process of fatigue evolution of different materials under different test levels.