Academic literature on the topic 'Barrages – Rupture – Modèles mathématiques'

Dans cet article, on décrit un essai réalisé sous conditions contrôlées en laboratoire concernant l'initiation et le démarrage de la rupture par submersion d'une digue de revanche homogène et en moraine, un matériel utilisé dans les ouvrages réels, de granulométrie étendue et sans cohésion. Les résultats obtenus sur cette digue expérimentale ont montré que le mécanisme de formation et d'érosion de brèche est très différent du mécanisme global et moyen de développement et de progression de la brèche adopté dans les modèles courants de calcul des ruptures de barrages. L'essai souligne l'importance de la turbulence et des pertes de charge locales dans certaines zones spécifiques de l'écoulement et met en évidence le rôle de l'instabilité des parois latérales de la brèche dont la base est sapée continuellement. L'essai a été stoppé à un moment précis, soit lorsque l'accroissement rapide du débit de rupture était confirmé, afin de préserver les caractéristiques géométriques précises de la brèche en cours de formation. Les données ainsi recueillies sur la rupture de la digue d'essai sont utiles à tout développeur voulant valider sa compréhension physique de l'érosion de brèche ou un outil de calcul visant à reproduire ce mécanisme. Le texte présente aussi une analyse comparative effectuée par un outil informatique de prévision, BRECHE, et la confrontation des résultats produits selon cinq méthodes publiées durant les dernières décennies et reconnues. Une appréciation des résultats obtenus par prévision et des nombreuses données issues de l'essai réalisé sur le modèle en laboratoire est présentée et discutée.

Les enrochements sont des matériaux granulaires constitués de blocs rocheux dont la taille peut atteindre plusieurs dizaines de centimètres. Les barrages en enrochements, constitués par ces matériaux grossiers, présentent des déformations relativement importantes au cours du temps et peuvent également tasser au moment de leur remplissage ou lors d'une crue accidentelle. Ces déformations semblent liées à des ruptures de blocs à l'intérieur de l'ouvrage, mais ne sont malheureusement pas connues après la construction.

La prévision de ces tassements est donc particulièrement importante pour s'assurer de l'intégrité structurelle de l'ouvrage à long terme.

Le comportement des matériaux granulaires étant fortement lié à la nature discrète du milieu, un modèle discret est proposé afin de prendre en compte les particularités des enrochements avec des paramètres locaux au sens physique clairs. Les phénomènes de rupture sont les principales caractéristiques des enrochements. La démarche retenue dans ce travail s'est attachée à développer un modèle numérique discret capable de prendre en compte la fissuration progressive et différée des blocs rocheux. Chaque bloc est représenté par un assemblage de particules, initialement liées par une cohésion qui peut diminuer progressivement au cours du chargement. Un modèle d'endommagement interfacial est proposé pour décrire cette décroissance progressive au cours du temps. Le modèle comporte deux surfaces seuil (endommagement et de rupture). Un temps caractéristique d'endommagement règle la vitesse d'endommagement. L'effet de l'eau est introduit par couplage avec les paramètres du modèle de cohésion, par la diminution des forces de pesanteur et du coefficient de frottement local. La modélisation adoptée est de type « Non Smooth Contact Dynamics », où les grains et particules sont supposés rigides. Le modèle est implémenté sur la plateforme logicielle LMGC90.

Des simulations numériques à l'échelle des contacts, à l'échelle du bloc et à l'échelle de l'enrochement sont effectuées. Des premières simulations consistent à simuler un ensemble de blocs rocheux incassables placés dans une colonne d'enrochements progressivement remplie en eau. Les simulations révèlent que la prise en compte du déjaugeage et d'une diminution réaliste du coefficient de frottement local ne génèrent que des déplacements faibles dans le milieu. Ces simulations permettent de vérifier que le phénomène essentiel à l'origine des tassements dans un barrage en enrochement est lié à la rupture des blocs rocheux.

Des simulations de compression de blocs cassables (constitués de particules) et de compression œdométrique d'un ensemble de ces blocs sont réalisées. Les essais montrent que le temps caractéristique d'endommagement permet de mettre à l'échelle le comportement du matériau. Les résultats indiquent que l'histoire des évènements de rupture et des déformations sont bien corrélées. Les simulations numériques d'essais de compression œdométrique d'enrochements modèles de barrage mettent en évidence des réponses assimilables au fluage ou à la relaxation. Ces essais reproduisent les phénomènes de base avec très peu de paramètres.

Il n'existe à présent que peu de modèles aux volumes finis non structurés (UFVM: Unstructured Finite-Volumes Methods) développés pour simuler les écoulements à surface libre. La difficulté principale rencontrée durant ce développement est liée à la géométrie complexe du domaine de calcul et aux variations de fonds très irréguliers avec la présence des zones sèches ou/et mouillées. Ce mémoire de thèse présente le développement d'un modèle numérique 2D, baptisé ECOMOD-UFVM, qui est basé sur la résolution des équations de Saint-Venant par une technique de projection couplée à une UFVM. La UFVM permettra une modélisation plus proche de la géométrie souvent complexe des zones côtières et estuariennes. Dans un premier temps, un seul schéma ULSS (Upwind Least Squares Scheme) du 2ème ordre a été introduit dans le code pour traiter les termes de convection, responsables des oscillations et diffusions numériques indésirables. Une dizaine de cas-tests proposés dans les études d'écoulements à surface libre existantes ont été réalisés : écoulements à surface libre; problèmes de rupture de barrages. Les résultats des cas-tests sont satisfaisants et nous permettent d'envisager avec confiance le passage à deux applications grandeur nature: la rupture du barrage de Malpasset (France) et l'inondation par les crues éclairs dans la ville de Dongchuan (Chine). Les résultats du présent travail confirment la fiabilité, la précision, la stabilité, et la robustesse du code développé dans la résolution des équations de Saint-Venant décrivant les écoulements de tout genre : lent, rapide et torrentiel sur tout type du fond : sec/mouillé, plat ou en grande pente, régulier ou très irrégulier.

Dans ce travail, nous avons adapté une méthode de volumes finis aux équations de Saint-Venant avec termes sources, dans des configurations monodimensionnelles et bidimensionnelles complexes. Ces équations représentent les écoulements de l'eau peu profonde, consécutifs par exemple a une rupture de barrage. Pour la partie hyperbolique des équations, le schéma de Roe, solveur approché de Riemann, est introduit, et amélioré par une modification entropique, afin de prendre en compte les configurations particulières, telles que l'écoulement sur fond sec. Une extension à l'ordre deux de ce schéma a été réalisée, soit par la méthode de limitation de flux, soit par la méthode MUSCL en espace et Runge-Kutta 2 en temps. Une analyse de stabilité numérique non linéaire a été menée ; cela a permis la justification et la prédiction de limitations sur la condition CFL, confirmées par les expériences numériques. D'autre part, on introduit un schéma fractionné pour la prise en compte du terme source. La stabilité et la convergence du schéma vers la solution entropique sont prouvées dans le cas scalaire. Dans le cas de problèmes bidimensionnels, et afin de traiter correctement les termes de diffusion, des schémas conçus et analysés récemment ont été appliqués. Il s'agit d'un schéma à neuf points (VF9) dans le cas de maillages structurés, et d'un schéma à quatre points (VF4) dans le cas de maillages non structurés. En outre, une technique d'adaptation de maillage basée sur la méthode des ressorts a été utilisée avec succès, dans le cas de maillages structurés, afin de capturer avec plus de précisions les ondes de chocs et de détente. Enfin, on présente une méthode originale d'optimisation, les algorithmes génétiques (GAS), faisant le lien entre la méthode des volumes finis introduite et l'identification de paramètres physiques. Les expériences numériques réalisées, entre autres pour la propagation de polluants dans des domaines à géométrie complexe, ont confirmé les performances de ces méthodes.

The study is performed to identify an effective tool for prediction of bendability of sheet metal alloys. Previous studies indicate that the forming limit diagram is not the right tool to use in prediction of rupture of sheet metal alloys in bending on small radii and it demands the taking into account of rupture. The materials used to perform this study are DP980 steel sheets and AA6016-T4 aluminum alloy sheets. In the first step mechanical experiments i. E. Tensile tests of rect- angular and notched samples, bulge, shear and bending tests were performed to characterize the material behavior and evaluate strains just before rupture. For the aluminum alloy sheets, effect of aging is an important factor and has been taken into account and hence two series of mechanical tests have been performed after two and six months of preparation of the sheets. For the strain measure- ments during the tests, digital image correlation (DIC) system was used and the rupture after the tests was analyzed using scanning electron microscope. The rupture limit in bending corresponds to the first crack appearance in the samples and not to the splitting of samples into two parts. However, in case of AA6016- T4 alloy sheets, no rupture in bending was found for both series of tests under present experimental conditions, which shows the higher ductility of the material. In the next step, numerical simulation of the mechanical tests were performed us- ing elasto-plastic material model in order to compare the macroscopic load and local strains. Four macroscopic rupture criteria, i. E. Latham-Cockcroft, Brozzo, Ayada and Rice-Tracey, were used in the numerical simulations with the finite element code ABAQUS. Critical values of these macroscopic rupture criteria were identified using tensile test simulation and were used in simulation of bending and other tests. The evolution of equivalent strain at rupture is plotted versus the triaxiality ratio obtained from numerical simulations for the different tests from the database, as well as the rupture diagram in the principal strain space.

Dans un contexte de vulnérabilité militaire des bâtiments de surface et sous-marins, cette étude, réalisée dans le cadre d'une thèse CIFRE DCNS-LIMATB, a pour objectif la prédiction numérique de la réponse de structures navales soumises à explosion au contact. Dans cette perspective, ce travail vise la description de l'endommagement et de la rupture dynamique de matériaux métalliques. Le matériau de l'étude est un acier doux ferrito-perlitique constitutif des coques de bâtiments de surface. Pour étudier les effets couplés du taux de triaxialité des contraintes, de la déformation, de la vitesse de déformation, et de la température, une vaste campagne expérimentale a été menée, incluant des tests mécaniques de laboratoire ainsi que des essais d'explosion en air libre. Les observations microstructurales d'éprouvettes et de plaques sollicitées ont parallèlement révélé la coexistence de deux mécanismes distincts d'endommagement : la croissance de cavités sphériques et une microfissuration. Les résultats expérimentaux et les constats micrographiques ont alors servi de support à une modélisation avancée du comportement élasto-thermo-viscoplastique du matériau de l'étude et ont permis de construire un formalisme original au travers d'un modèle multi-surfaces et multi-mécanismes rendant compte notamment des effets retardants de la vitesse et de la température sur la cinétique de l'endommagement ductile, ainsi que des conséquences de l'endommagement, isotrope (par croissance de cavités) et anisotrope (par microfissuration). Des modèles tridimensionnels ont finalement été implantés en tant que lois utilisateur dans le code industriel de calculs par éléments finis ABAQUS. Plusieurs configurations d'essais d'explosion en air libre ont été simulées en utilisant la carte CONWEP d' ABAQUS, destinée à reproduire l'interaction fluide/structure durant l'explosion et dont les limites ont été mises en évidence. Les performances des modèles sont jugées encourageantes et des pistes d'amélioration sont données
In the context of military vulnerability of ships and submarines, this work, supported by a DCNS-LIMATB CIFRE, deals with the numerical prediction of the response of ship structures submitted to contact explosion. The ship structure constitutive material at stake is ferritic-pearlitic, mild steel. In order to study the coupling effects of stress triaxiality, strain, strain rate and temperature, an important experimental campaign was carried out, including laboratory mechanical tests as well as air blast tests. The microstructural observations of post-mortem samples and plates revealed the co-existence of two different mechanisms of ductile damage: cavity growth and micro-cracking. In agreement with the experimental results and the micrographic observations, an advanced elastic-thermo/viscoplastic model was built and a more complete, original formalism is proposed through a multi-surface and multi-mechanism model, describing notably the delaying effects of strain rate and temperature on the damage kinetics and the consequences of both damage mechanisms, namely isotropic (cavity growth) and anisotropic (microcracking). Models were finally implemented as user materials in the engineering finite element computation code ABAQUS. Several configurations of air blast tests were simulated using the card CONWEP of ABAQUS, devoted to reproduce the fluid/structure interaction during the process of explosion and which limits were shown. The numerical results are encouraging and some improvements are suggested

L'objet de ce travail est l'etude de la deformation et de la rupture d'une bulle sous l'action de la turbulence du liquide qui l'environne. De maniere a isoler les effets de la turbulence de ceux du champ de vitesse moyenne, un dispositif experimental original a ete developpe: le jet axisymetrique confine en tube ferme. A une certaine distance du jet, une veine turbulente ou l'energie du mouvement moyen est negligeable et ou les echelles integrales spatiales sont constantes a ete obtenue. La turbulence se transporte elle-meme par diffusion, son energie decroissant lorsqu'on s'eloigne de la zone de production. L'exploration complete du champ de vitesse par anemometrie laser a permis d'en determiner les proprietes (decroissance exponentielle, affinite des moments statistiques) et de mettre en evidence des mecanismes originaux de transfert d'energie entre les tensions de reynolds. L'ensemble des resultats prouve que cet outil experimental est approprie a l'etude du role specifique de la turbulence. Les experiences diphasiques ont consiste a filmer le comportement de bulles isolees dans le champ turbulent. Elles ont ete conduites en condition de micropesanteur pour rliminer l'important glissement entre les phases du a la pesanteur. L'intensite de turbulence necessaire pour conduire a la rupture des bulles a ete estimee. Sa valeur permet de conclure que, dans la majorite des experiences conduites au sol, la turbulence n'est pas le phenomene preponderant pour la rupture. A partir du traitement des images, une etude de l'evolution temporelle des deformations de l'interface a ete effectuee. Elle a permis d'eclairer les roles respectifs de la turbulence et de la dynamique intrinseque de la bulle dans les processus de deformation et de rupture

Ce travail concerne l'etude d'une classe de tests de detection de rupture dans les modeles statistiques. La classe de tests consideree est basee sur le test du rapport de vraisemblance. Dans le cadre de la contiguite au sens de lecam, sous l'hypothese nulle (non rupture) et sous l'hypothese alternative (rupture), les lois asymptotiques des statistiques de tests sont evaluees, ce qui permet de determiner asymptotiquement les regions critiques des tests. Les expressions analytiques des puissances asymptotiques sont proposees. En utilisant les techniques de l'analyse discriminante, le probleme de la detection du passage en sida avere a ete etudie par application directe sur les donnees concernant 450 patients hiv-positifs