Contribution to the study of a mesocracking model : application to the behaviour of a sandstone.
Contributions a l'étude d'un modèle de mésofissuration : application au comportement d'un grés
Résumé
To study crack damage of quasi brittle rocks, a mesomechanical model with two versions (secant matrix and incremental) has been developed. This model allows a micro-macro transition in order to improve physical comprehension of quasi-brittle behaviour and hence the formulation of phenomenological models. To reach this goal, physical mechanisms of brittle damage are studied first. The sliding crack model is finally adopted. After summarising the basic concepts of micro-macro approaches, different theoretical models used to estimate effective properties of media containing open or closed mesocracks are analysed. Their predictions are evaluated and compared with various direct numerical simulations established with a displacement discontinuity method. Those works are needed for study of the brittle mesocracking damage. The secant matrix model is limited to traction or triaxial compression loading. The strain mechanisms considered are nucleation, the mesocracks growth and the sliding on closed mesocracks faces. The
analysis and the test of this model predictions on a sandstone allow to establish a basis for the development for an incremental formulation of the model. This approach authorises the description of materials response under more general loading paths : cyclical loading paths, proportional paths, lateral extension, etc.. The incremental version of the purposed model allow to analyse some specific aspects of the microcracked materials like the unilateral contact. Finally, the study of unloading paths confirm the key role of sliding by exhibiting residuals strains or hysteresis loops.
analysis and the test of this model predictions on a sandstone allow to establish a basis for the development for an incremental formulation of the model. This approach authorises the description of materials response under more general loading paths : cyclical loading paths, proportional paths, lateral extension, etc.. The incremental version of the purposed model allow to analyse some specific aspects of the microcracked materials like the unilateral contact. Finally, the study of unloading paths confirm the key role of sliding by exhibiting residuals strains or hysteresis loops.
Le mémoire porte sur le développement d'un modèle micromécanique d'endommagement des roches quasi-fragiles. Ce modèle basé sur une approche micro-macro est destiné à enrichir la compréhension physique du comportement quasi-fragile et donc la formulation des modèles phénoménologiques. Pour arriver à ce but, les mécanismes physiques d'endommagement fragile sont tout d'abord étudiés. Le modèle physique de la fissure inclinée glissante est finalement retenu. Après avoir précisé les concepts de base des approches micromacro, différents modèles théoriques d'estimation des propriétés effectives des milieux contenant un nombre important de mésofissures ouvertes ou fermées sont analysés. Leurs prédictions sont évaluées et comparées à de nombreuses simulations numériques directes réalisées à l'aide d'une méthode de discontinuité de déplacement. Ces travaux constituent donc un préalable à l'étude de l'endommagement par mésofissuration des milieux élastiques fragiles. Le modèle dans sa version de base (utilisation de matrice sécante) est limité aux sollicitations de traction simple ou de compression triaxiale. Les mécanismes de déformation considérés sont la création, la croissance de mésofissures et le frottement sur les lèvres de mésofissures fermées. L'analyse et le test des prédictions de cette modélisation sur le comportement du grès permet d'établir une base de développement pour une formulation incrémentale du modèle. Cette seconde formulation autorise la description de la réponse des matériaux sous des trajets de chargement plus généraux : chemins de chargement cycliques, chemins proportionnels, extension latérale, etc.. Elle permet également d'aborder certaines spécificités du comportement des matériaux étudiés telles le contact unilatéral des lèvres de mésofissures. Enfin, l'étude des chemins de déchargement confirme le rôle clé du frottement en exhibant des déformations résiduelles ou des boucles d'hystérésis liées à celui-ci.
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