Caractérisation des paramètres de fissuration par un couplage corrélation d'images et éléments finis

Discipline

Génie Civil

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

bois, éléments finis (méthode), déformations (mécanique), traitement d'images

Mots-clés

Matériaux -- Fissuration - Thèses et écrits académiques,

Bois - Thèses et écrits académiques,

Chlorure de polyvinyle - Thèses et écrits académiques,

éléments finis, Méthode des - Thèses et écrits académiques,

Infographie - Thèses et écrits académiques,

Corrélation (statistique) - Thèses et écrits académiques

Le travail de thèse consiste à développer un modèle permettant d'analyser les problèmes de fissuration dans les matériaux en vue de prévoir leur intégrité et durabilité structurale. Dans ce modèle, deux techniques sont couplées pour exploiter l'observation expérimentale et la modélisation numérique par éléments finis afin de déterminer l'état mécanique et les propriétés de rupture en pointe de fissure. Une première partie de ce travail est consacrée à l'analyse expérimentale utilisant la technique de corrélation d'images numériques pour calculer, dans le voisinage du front de la fissure, les champs cinématiques de déformations. Le bruit expérimental inhérent aux données expérimentales et l'incertitude de localisation du front de fissure nécessite de développer un traitement d'optimisation des champs de déplacement expérimentaux. Cette optimisation consiste à trouver une bonne corrélation entre les données expérimentales et la solution analytique asymptotique de Williams en utilisant une procédure itérative de Newton-Raphson basée sur les moindres carrés non linéaires. La conséquence de cette corrélation a permis de déterminer à la fois la position précise du front de la fissure et le champ cinématique de déplacement des lèvres de la fissure le plus proche de la réalité. L'analyse cinématique permet alors de caractériser la cinétique de fissuration via les facteurs d'intensité d'ouverture de fissure. Une seconde partie est dédiée au développement d'un algorithme numérique utilisé dans la caractérisation mécanique et énergétique sous le code de calculs par éléments finis Castem. Dans le cas d'une fissure stationnaire, le modèle numérique est sollicité par une force imposée, contrairement au travail expérimental ou le chargement se fait en déplacement imposé. Cette approche que nous avons qualifiée de statique montre que l'amplitude de la singularité, caractérisée par le facteur d'intensité des contraintes déterminé à partir du formalisme des invariants intégraux, est indépendante de la loi de comportement matérielle et est proportionnelle à l'amplitude en effort du chargement. Enfin, une dernière étape permet de reconstruire la totalité des propriétés de fissuration, tant cinématique, statique qu'énergétique. Cette reconstruction passe par le rapprochement des propriétés cinématiques fournies par l'analyse d'images et les propriétés en contrainte calculées par l'approche éléments finis. Ainsi, l'ensemble du protocole fait abstraction de la loi de comportement. De plus, le couplage cinématique et statique permet de déduire le taux de restitution d'énergie. Ce couplage permet au final de caractériser les propriétés élastiques locales qui peuvent, à termes, être employées pour alimenter une loi de propagation de fissure ou pour remonter aux propriétés globales d'élasticité du matériau employé. L'ensemble du travail est accompagné d'applications expérimentales et numériques pour des matériaux isotropes (PVC) et orthotrope (Douglas), les échantillons étant sollicités en modes d'ouverture (I) et mixte (I+II).