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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).]



responsable


Thierry J. MASSART


disciplines et mots clés déclarés


Déformation, rupture matériaux Programmation et méthodes de simulation Résistance et comportement des matériaux

couplage hydro-mécanique géomécanique homogénéisation numérique modélisation multi-échelles modélisation numérique de la rupture