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février
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Soutenance de thèse Lundi 6 mars 2017

 

« Modèle pour la prévision de la résistance nominale des matériaux quasi-fragiles. Application à la modélisation de l’endommagement et de la rupture des enrobés bitumineux sous sollicitations de fatigue par la méthode des éléments discrets. »

 » Modelling of nominal strength prediction for quasi-brittle materials. Application to discrete element modelling of damage and fracture of asphalt concrete under fatigue loading. « 

par  Xiaofeng GAO, ICube Equipe GC-E

Lieu : INSA STRASBOURG, amphithéâtre de Dietrich

Horaire : 13h30

La soutenance se déroulera en anglais.

Jury de thèse :

M. RAGUENEAU Frédéric, Professeur, ENS Cachan, rapporteur
M. ROUX Jean-Noël, IPEF-DR (HDR), IFSTTAR, rapporteur
M. DAOUADJI Ali, Professeur, INSA Lyon, examinateur
M. CHAZALLON Cyrille, Professeur, INSA de Strasbourg, directeur de thèse
M. DESCANTES Yannick, Chargé de recherches (HDR), IFSTTAR, co-directeur de thèse
M. KOVAL Georg, Maître de conférences, INSA de Strasbourg, examinateur, co-encadrant

Résumé :

L’estimation de la durée de vie et de la rupture de structures composées par des matériaux quasi-fragiles (bétons hydrauliques ou bitumineux, roches, certains types de céramique, etc.), restent des sujets en évolution nécessitant le développement de nouveaux modèles théoriques et numériques. Dans ce travail, la modélisation de l’apparition des fissures et leur propagation en chargement monotone est d’abord étudiée. Une expression pour des spécimens géométriquement similaires est directement établie, ce qui permet des comparaisons du modèle proposé avec des résultats expérimentaux de la littérature (flexion à trois points de poutres fissurées) et d’autres modèles qui caractérisent l’effet de taille. L’utilisation d’un paramètre supplémentaire dans le modèle permet l’analyse de la rupture pour des structures présentant des défauts plus complexes qu’une fissure. Les prédictions du modèle de rupture sont comparées à des résultats expérimentaux de la littérature pour divers spécimens (intacts ou pré-fissurés) composés de différents matériaux et de différentes tailles. Des échantillons présentant des défauts initiaux en forme de V et en forme de trou illustrent les capacités de la formulation. Ensuite, l’endommagement et la fissuration induite par des chargements cycliques en fatigue sont discutés. Un modèle local en éléments discrets est développé, qui permet de coupler les deux mécanismes (endommagement et fissuration). Les prédictions numériques sont comparées aux résultats théoriques et expérimentaux. À la fin, des applications associées au comportement de poutres en béton bitumineux et à l’effet des renforts par des grilles en fibres de verres sont analysées plus en détail.

Abstract :

The prediction of the fatigue life and the rupture of structures made of quasi-brittle materials (hydraulic or bituminous concretes, rocks, certain types of ceramics, etc.) are subjects that are continuously evolving and hence, require the development of new theoretical and numerical models. In this work, the modeling of the crack initiation and propagation under monotonic loading is firstly investigated. An expression for geometrically similar specimens is directly established, which allows the comparison of the proposed model with experimental results from the literature (three-point bending of cracked beams) and other models that characterize the size effect. The use of an additional parameter in the model allows the analysis of the rupture mechanism for structures with defects more complex than a crack. The predictions of the proposed model are compared with experimental results from the literature for various specimens (intact or pre-cracked) of different materials and sizes. Samples with initial V-shaped and hole-shaped defects exemplify the formulation’s capabilities. Then, the damage and cracking induced by cyclic fatigue loads is discussed. A local model using discrete elements is developed, that allows the coupling of two mechanisms (damage and fatigue cracking). The numerical results are compared to those of experimental bending fatigue tests. Finally, applications associated with the behavior of fiber glass reinforced asphalt concrete are analyzed in detail.

Image : Shutterstock- NicoElNino

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