Modélisation multi-échelles du comportement hygro-mécanique des matériaux hétérogènes quasi-fragiles avec prise en compte de la localisation de la fissuration [Computational homogenisation-based multi-scale modelling of the hygro-mechanical behaviour of quasi-brittle heterogeneous materials incorporating localisation of cracking]
L'objectif de ce projet est de développer les techniques de représentation numérique multi-échelles pour traiter les couplages des phénomènes d'endommagement et de rupture avec le transport d'humidité dans les matériaux hétérogènes. La formulation de lois constitutives pour de tels couplages est complexe, et mène à des formulations dont les nombreux paramètres requièrent des procédures d'identification coûteuses. Afin de traiter des problèmes macroscopiques ou pour identifier des lois macroscopiques, les méthodes numériques multi-échelles développées récemment deviennent une alternative crédible. De telles méthodes ont été étendues récemment pour traiter la rupture de matériaux quasi-fragiles, notamment par le candidat. L'objectif de ce projet est l'extension de ces méthodes multi-échelles pour coupler la rupture à d'autres physiques, en commençant par les couplages hygro-mécaniques. La stratégie adoptée est d'utiliser des méthodes de type FE², dans lesquelles le comportement matériel macroscopique est évalué en cours de calcul sur la base de calculs numériques sur des éléments de volume représentatifs (EVR) incorporant les détails microstructuraux. Deux développements originaux seront nécessaires pour remplir cet objectif. D'une part, une méthode FE² couplée pour des couplages hygro-mécaniques sera définie. Elle consistera en la sélection d'une formulation couplant l'endommagement et le transport d'humidité à l'échelle fine. Elle sera complétée par la formulation d'une transition d'échelles pour le transport d'humidité dans le cas non localisé (avant instabilité macroscopic de la fissuration), appliquant des gradients de pression moyens sur les EVRs, et calculant numériquement les flux correspondants. D'autre part, le modèle sera étendu en incorporant les effets de la fissuration macroscopique (par une méthode de type XFEM) en couplant ceux-ci au transport préférentiel de fluide dans les fissures macroscopique et leur effet sur les calculs microstructuraux. Ce projet fait l'objet d'une collaboration avec le prof. A.P.S. Selvadurai de l'université McGill (Montréal-Canada) [The goal of the project is to develop a computational homogenisation-based multi-scale framework incorporating the coupling between mechanical damage and fracture processes and moisture transport in heterogeneous materials. The formulation of coupled continuum constitutive laws is difficult, and when possible leads to numerous material parameters with costly identification procedures. In order to treat large-scale problems or identify macroscopic mechanical laws, multi-scale computational methods have emerged over the last decade as a viable alternative, complementary to the formulation of closed-form laws. Multi-scale or coarse graining computational methods have recently been extended to treat mechanical failure of quasi-brittle materials, among others by the applicant. The purpose of the project is a first attempt at extending these techniques to model multi-scale failure coupled to other physical problems, starting with the hygromechanical coupling. The strategy is to adapt FE² modelling techniques, which are based on the on-line identification of the macroscopic material response from numerical computations on representative volume elements (RVEs) incorporating fine-scale details. The project will involve two original developments. First, a coupled FE² computational staggered scheme for hygro-mechanical couplings will be developed. This will consist of the selection of a description coupling material degradation (cracking) and hygral transport at the fine scale. This will be complemented by a scale transition for moisture transport for the non localised case (i.e. before macroscopic unstable cracking is reached), applying average pressure gradients on RVEs, and retrieving the corresponding computed fluxes. Secondly, the framework will be extended to macroscopically localised coupled behaviour by incorporating the effects of localisation of macroscopic cracking (through XFEM) and by coupling them to the related preferential macroscopic moisture transport. This project is supported by a collaboration with prof. A.P.S. Selvadurai (McGill University - Canada).]

Méthodes multi-échelles pour les corps orientés et influence de l'incertitude sur les paramètres mécaniques dans le cas de calculs non linéaires [Multi-scale method for oriented media and influence of the uncertainty on the mechanical parameters in the case of non linear problems]
Le but d'une approche multi-échelles est de représenter des microstructures hétérogènes complexes par une description de type milieu continu équivalente. Le comportement matériel macroscopique est déduit numériquement à partir des lois constitutives des différents constituants. Actuellement, les méthodes multi-échelles sont développées dans le cas de structures planes. Afin d'étudier la stabilité (modes de ruine) des murs de maçonnerie et des matériaux composites, il est indispensable de prendre en compte les effets flexionnels dans de telles méthodes. L'introduction d'une variabilité des caractéristiques mécaniques à l'échelle microscopique permet d'obtenir une meilleure objectivité des résultats (modes de ruine) et donc de l'estimation de la capacité portante [The purpose of a multi-scale approach is to represent complex heterogeneous microstructures by an equivalent continuum description. The macroscopic material behaviour is numerically computed from the constitutive laws of the different components. The multi-scale methods are currently developed in the case of plane structures. In order to study the stability (failure modes) of masonry walls and composite materials, it is needed to take into account the flexural effects in such methods. The introduction of the variability of the mechanical parameters at the microscopic scale allows for improving the objectivity of the results (failure modes). ________________________________________ ]

Modélisation multi-échelles du comportement hygro-mécanique des matériaux hétérogènes quasi-fragiles [Computational homogenisation-based multi-scale modelling of the hygro-mechanical behaviour of quasi-brittle heterogeneous materials]
Ces projets concernent le développement de méthodes de calcul numérique multi-échelles pour la représentation de couplages multi-physiques dans les géomatériaux. Les développements sont relatifs notamment à l'altération des propriétés de perméabilité de tels matériau (roches, béton, ...) par suite de fissuration [These projects develop computational multiscale methodologies for the modelling of multi-physical couplings in geomaterials. The objectives are concerned among others with the permeability evolution in such materials (rocks, concrete, ...) as a result of cracking.]

Introduction de variabilités matérielles dans la modélisation multi-échelles du comportement des matériaux hétérogènes quasi-fragiles [Material scattering in the multi-scale modelling of the mechanical behaviour of quasi-brittle heterogeneous materials]
Les propriétés matérielles de résistance des matériaux quasi-fragiles présentent des variabilités très importantes. Ces variabilités à l'échelle macroscopique sont conditionnées par les processus de dégradations microstructuraux, dont certains présentent des variabilités plus fortes que d'autres. Cette thématique de recherche a pour objectif de mettre au point des méthodes de simulation permettant d'introduire de telles variabilités dans des techniques de calcul multi-échelles. [The strength properties of quasi-brittle materials often present an important scattering. This scattering at the macroscopic scale is intimately linked to microstructural degradation processes, each of them presenting different levels of scattering. The aim of this reasearch project is to develop modelling techniques allowing the introduction of this scattering in a multi-scale computational context.]

Médaille de l'ULB - 2005