A numerical model for the two-phase composites matrix-rigid inclusions: Application to the determination of the elstic and fatigue properties of the bituminous materials - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2004

A numerical model for the two-phase composites matrix-rigid inclusions: Application to the determination of the elstic and fatigue properties of the bituminous materials

Un modèle numérique pour les composites biphasés matrice-inclusions rigides: Application à la détermination des propriétés élastiques et en fatigue des enrobés bitumineux

Adel Lachihab
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Abstract

A discrete 3D model for the elastic behavior of random aggregate composites has been proposed. The aggregates are rigid particles embedded into an elastic matrix. The inter-particle contact layers are modeled by an elastic interface constitutive equation. The Dirichlet tessellation and its dual Delaunay network are used to connect the neighboring particles. A discrete homogenization method is used to estimate the linear effective properties of the material. The validity and limitations of the model have been discussed through comparisons with finite element simulations on regular periodic unit cells in the limit case of rigid inclusions. The proposed model has been applied to random microstructures generated by the Voronoï tessellation. Firstly, the minimum RVE size for the (not weighted) Voronoï tessellation model has been numerically determined. Secondly, a fatigue damage law has been introduced into the interfaces in order to determine the minimum RVE size in the fatigue damage case. Lastly, the proposed model has been used in the study of the influence of the morphological characteristics on the effective properties of the material.
Un modèle discret tridimensionnel dédié à la prédiction des propriétés élastiques linéaires et en fatigue des matériaux granulaires cohésifs (matrice+inclusions) tel que les bétons bitumineux est présenté. Le matériau est considéré comme un assemblage d'inclusions cohésives infiniment rigides. La mosaïque de Voronoï pour un ensemble de sphères et sa triangulation duale de Delaunay sont utilisées pour modéliser la microstructure du matériau. Le comportement mécanique des contacts entre particules est modélisé via une loi d'interface. Une méthode d'homogénéisation discrète est employée pour l'estimation des propriétés effectives du matériau. Les prédictions du modèle sont comparées à celles déterminées par la méthode des éléments finis pour les réseaux cubique simple et cubique centré. Les résultats des simulations ont montré que les erreurs de modélisation sont inférieures à 15% lorsque à la fois le contraste entre rigidité des inclusions et celle de la matrice est supérieure à 100 et la compacité des inclusions est assez élevée (>50%). Dans un premier lieu, le modèle discret est appliqué aux matériaux aléatoires pour la détermination de la taille minimale du Volume Élémentaire Représentatif (VER) en élasticité linéaire et en fatigue en utilisant une approche statistique. Dans un second lieu, le modèle proposé est appliqué à l'étude de l'influence des caractéristiques morphologiques sur les propriétés effectives du matériau.
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Dates and versions

pastel-00001036 , version 1 (14-02-2005)

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  • HAL Id : pastel-00001036 , version 1

Cite

Adel Lachihab. A numerical model for the two-phase composites matrix-rigid inclusions: Application to the determination of the elstic and fatigue properties of the bituminous materials. Engineering Sciences [physics]. Ecole des Ponts ParisTech, 2004. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00001036⟩
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