/
Nouveauté
0/5

0 avis

Analysis of pore pressure influence on failure mechanisms in structural systems


Type de document : Thèse
Langue : anglais

Responsabilité(s) :


Responsabilité(s) secondaire (s) :
Université de soutenance : Université de Technologie de Compiègne

Numéro national de thèse : 2019COMP2502

Année de publication : 2019


Discipline : Mécanique Numérique : Unité de recherche en Mécanique - Laboratoire Roberval (FRE UTC - CNRS 2012)

Sujets :


Mots clés :

Résumé(s) :

  • 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.
  • This thesis studies the issue of the overall safety of structures built of heterogeneous and pore-saturated materials under extreme loads in application to fluid-structure interaction problems, such as the dam-reservoir interaction. We propose a numerical model of interaction capable of predicting main tendencies and overall behavior of pore-saturated dam structure interacting with the reservoir in failure analyses of practical interest. The proposed numerical model is first presented in two-dimensional (2D) framework and later extended to three-dimensional (3D) framework. We consider the structure built of porous cohesive material. We assume that the external fluid in interaction with the structure acts as a source of pore saturation. We model the response of the pore-saturated structure with the coupled discrete beam lattice model based on Voronoi cell representation of domain with inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities acting as cohesive links. The coupling between the solid phase and the pore fluid is handled with Biot s porous media theory, and Darcy s law governing the pore fluid flow. The numerical consideration of internal coupling results with an additional pressure-type degree of freedom placed at each node of the Timoshenko beam finite element, which is later used at the fluidstructure interface. The confined conditions met for external fluid placed in the reservoir enable the modeling of external fluid motion with the acoustic wave theory. For the numerical representation of the external fluid limited to small (irrotational) motion, we choose a Lagrangian formulation and the mixed displacement/pressure based finite element approximation. The end result are the displacement and pressure degrees of freedom per node of external fluid finite elements, which allows for the issue of the fluid-structure interface to be solved in an efficient and straightforward manner by directly connecting the structure and external fluid finite elements at common nodes. As a result, all computations can be performed in a fully monolithic manner. All numerical implementations and computations are performed with the research version of the computer code FEAP (Finite Element Analysis Program). The proposed numerical models of structure, external fluid and ultimately numerical model of interaction are validated in the linear elastic regime of structure response by comparing computed results against reference values obtained either with analytical solutions or continuum models. The numerical simulations in the nonlinear regime of structure response are performed with the aim to demonstrate the proposed coupled discrete beam lattice model capabilities to capture complete macro-scale response and failure mechanisms in pore-saturated structures. Finally, the proposed numerical model of interaction ability to deal with the progressive localized failure of a dam structure built of porous cohesive material under damreservoir interaction for a particular loading program was tested. To account for the temperature effects, the thermal coupling is introduced in the numerical model of the structure.

Autre(s) titre(s):

  • Titre traduit : Analyse des mécanismes de rupture des systèmes structurels en poroplasticité

Note : Thèse soutenue en co-tutelle


  • Accéder au document
  • Consulter en ligne

    Suggestions

    Du même auteur

    Stochastic Galerkin finite element method in application to identification problems for failure models parameters in heterogeneous materials | Karavelić, Emir (19..-....). Auteur

    Stochastic Galerkin finite element method in application to identification problems for failure models parameters in heterogeneous materials / Karavelić, Emir (19..-....). Auteur, 2019

    Cette thèse traite de rupture localisée de structures construites en matériau composite hétérogène, comme le béton, à deux échelles différentes. Ces deux échelles sont connectées par le biais de la mise à l'échelle stochastique, o...

    Source : Ressources électroniques

    THES|THES

    Multiphysics formulation and multiscale finite element discretizations of thermo-electro-magneto-mechanic coupling for smart materials design | Moreno Navarro, Pablo (19..-....). Auteur

    Multiphysics formulation and multiscale finite element discretizations of thermo-electro-magneto-mechanic coupling for smart materials design / Moreno Navarro, Pablo (19..-....). Auteur, 2019

    Les algorithmes numériques basés sur la méthode des éléments finis seront spécialisés dans l analyse, la conception et l optimisation de capteurs et d actionneurs (S-A), ainsi que dans leur application aux structures intelligentes...

    Source : Ressources électroniques

    THES|THES

    Linked interpolation and strain invariance in finite-element modelling of micropolar continuum | Grbčić, Sara (19..-....). Auteur

    Linked interpolation and strain invariance in finite-element modelling of micropolar continuum / Grbčić, Sara (19..-....). Auteur, 2018

    Au cœur de cette thèse est une théorie de continuum alternatif connue comme la théorie micropolaire, qui est développée pour décrire des phénomènes lesquels on ne peut pas décrire en utilisant la théorie classique. Dans cette théo...

    Source : Ressources électroniques

    THES|THES

    Du même sujet

    Mécanique de la rupture par fissuration | Recho, Naman (1952-....). Auteur

    Mécanique de la rupture par fissuration : aspects théorique, conceptuel et numérique / Recho, Naman (1952-....). Auteur - Lavoisier, ; Hermes science publ., ; Lavoisier, 2012

    Les objectifs de la mécanique de la rupture sont double, d'une part ils concernent la description des champs mécaniques au voisinage de la pointe de la fissure et les énergies qui leur sont associées et d'autre part, ils traitent ...

    Source : Catalogue

    Modélisation numérique d'un système mécanique couplé fluide-structure en présence du phénomène de choc | Haddar, Mohamed. Docteur

    Modélisation numérique d'un système mécanique couplé fluide-structure en présence du phénomène de choc : application au support moteur hydroélastique / Haddar, Mohamed. Docteur - UTC, 1991

    Le traitement des problèmes couplés (structures-fluide) en présence de choc fait partie des problèmes complexes et relativement récents qui nécessiteront encore de nombreuses études de la part des chercheurs avant d'atteindre une ...

    Source : Ressources électroniques

    THES|THES

    Constitutive modelling of structural adhesives, experimental and numerical aspects | Jousset, Pierre. Auteur

    Constitutive modelling of structural adhesives, experimental and numerical aspects / Jousset, Pierre. Auteur - [s.n.], 2010

    Le collage structural est une alternative innovante et efficace à des procédés d'assemblages plus traditionnels comme le soudage ou le rivetage. Cependant, cette technologie est encore relativement récente et l'évaluation systémat...

    Source : Catalogue

    Chargement des enrichissements...

    Avis des lecteurs