Modeling of crack in concrete structures subjected to severe loadings
Modélisation de la fissuration des structures en béton soumises à des sollicitations sévères
Résumé
Concrete is a construction materials are prevalent in the world. However, in many industries, it is becoming more common to study the safety margins of a structure with respect to solicitations. It becomes important to predict the failure mode of the structure. Much work has already been made in the world on this subject, leading to operational models in computer codes using finite elements. Nevertheless, difficulties remain, mainly related to concrete cracking. These difficulties lead to open problems concerning the location, initiation and crack propagation. The thesis explores two ways of improving methods of numerical simulation of crack propagation. The first possibility of improvement is the use of the extended finite element method, XFEM. A modeling of mechanical behavior of crack is introduced and leads to a description of crack propagation from one element to another. The second possibility is based on damage mechanics. As part of the modeling of damage generalized standard type, the localization phenomenon has been studied numerically for various behaviors: viscous or damage fragile. These behaviors are described in the same spirit that the laws of the visco-elastic or visco-plasticity or plasticity classics, from a general thermodynamic interpretation. In particular, the laws gradient of damage are also considered in conjunction with recent results from the literature. It is well known that a gradient model for interpreting the effects of scale structures under mechanical loading. It also plays an interesting role in the effects of strain localization.
Le béton est un des matériaux de construction les plus répandus dans le monde. Cependant, dans de nombreux secteurs industriels, il est de plus en plus courant d'étudier les marges de sécurité d'un ouvrage vis à vis de sollicitations. Il devient important de prédire le mode de ruine de l'ouvrage. De nombreux travaux ont déjà été réalisés dans le monde sur ce sujet, conduisant à des modèles opérationnels dans des codes de calcul par éléments finis. Néanmoins, des difficultés subsistent, liées principalement à la fissuration du béton. Ces difficultés se traduisent par des problèmes ouverts concernant la localisation, l'initiation et la propagation des fissures. Le travail de thèse explore deux possibilités d'amélioration des méthodes de simulation numérique de propagation des fissures. La première possibilité d'amélioration concerne l'utilisation de la méthode des éléments finis étendus, XFEM (eXtended Finite Element Method). Une modélisation du comportement mécanique de fissure est introduite et conduit à une description de la propagation de fissure d'un élément à un autre. La deuxième possibilité est basée sur la mécanique de l'endommagement. Dans le cadre de la modélisation de l'endommagement de type standard généralisé, le phénomène de localisation a été étudié numériquement pour des comportements divers : endommagement visqueux ou fragile. Ces comportements sont décrits dans le même esprit que les lois de la visco-élasticité ou de la visco-plasticité ou de la plasticité classiques, à partir d'une interprétation thermodynamique générale. En particulier, les lois à gradient de l'endommagement sont aussi considérées en liaison avec des résultats récents de la littérature. Il est bien connu qu'un modèle à gradient permet d'interpréter les effets d'échelle des structures sous chargement mécanique. Il joue aussi un rôle intéressant dans les effets de localisation de la déformation.
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