Academic literature on the topic 'Sollicitations thermiques'

Les récentes avancées technologiques dans le domaine des pompes à chaleurs ont permis de proposer des solutions nouvelles pour le chauffage et le refroidissement des ouvrages. Les géostructures énergétiques consistent à incorporer des échangeurs thermiques dans les éléments enterrés des ouvrages géotechniques. Cependant, l’échange de chaleur conduit à une évolution cyclique de la température du sol adjacent. Ainsi, de nombreuses questions se posent sur l’effet de ces variations de température sur les paramètres hydromécaniques des sols. Ces questions sont importantes puisque les géostructures énergétiques cumulent la fonction d’échangeur thermique et la fonction de portance ou de soutènement. Dans cette étude, quatre massifs de sol ont été compactés dans une cuve de 0,6 m de diamètre et 0,8 m de haut qui est thermo-régulée (1 à 40 °C). Le matériau testé est une argile (illite) compactée à sa teneur en eau optimale soit 31,3 % (essai Proctor normal), et à 90 % de sa masse volumique sèche maximale, soit 1,29 Mg/m3. Six essais mini-pressiométriques ont été réalisés dans chaque massif à différentes étapes des sollicitations thermiques appliquées. Les résultats montrent une diminution de la pression limite avec l’augmentation de la température. L’application de plusieurs cycles montre que le 1er cycle a un impact prépondérant par rapport aux cycles suivants en particulier, pour la pression de fluage qui tend vers une valeur d’équilibre. En revanche, la pression limite conserve sa dépendance à la température au-delà du 1er cycle.

Le masque en béton bitumineux est l'un des organes les plus utilisés pour l'étanchéité des barrages en remblai. Le parement en béton bitumineux est, en particulier dans le cas des installations de stockage par pompage hydroélectriques, sont souvent très exposé à des fluctuations importantes de température, qui sont causées par la radiation solaire, la variation du niveau d'eau dans le réservoir, par le gel dans la saison d'hiver, ainsi que la vitesse et la direction du vent, sans oublier les précipitations. Pour mieux expliquer le phénomène de transfert de chaleur, il est nécessaire de connaître les variations de température dans les différentes couches du masque en béton bitumineux. Ce travail décrit la mesure de la température dans le masque en béton bitumineux (brut et avec protection) du barrage Ghrib (Ain Defla, Algérie) et son évaluation à l'aide d'un modèle numérique du transfert de chaleur dans le parement en béton bitumineux en utilisant le logiciel Fluent. Dans un premier temps une validation du modèle par comparaison avec des mesures expérimentales, dans le cas d'une variation journalière de température ambiante, La comparaison des résultats du calcul du modèle numérique avec les mesures réelles montre une excellente ressemblance. Nous simulons ensuite la pose d'une protection thermique en ajoutons une couche convective en béton poreux. Les résultats de cette simulation montrent que le transfert de chaleur par convection possède le potentiel de développer une différence de température significative entre les parties inférieure et supérieure du masque, et aussi que l'ajout de cette couche permet d'amortir le pic de température et le réduire à 12,31 °C, ceci de 9 h jusqu'à 15 h au moment où la chaleur est très élevée, ce qui est significatif pour notre masque, où les températures atteignant leurs valeurs maximales (49 °C).

Préalablement à leur acquisition, les robinets installés dans les centrales nucléaires font l’objet d’une démonstration de leur aptitude à endurer des chocs thermiques d’une amplitude de 255 C, sollicitation majorante de conditions normales d’exploitation. Afin de mieux cerner la validité de démonstrations fondées sur des simulations numériques, nous confrontons l’essai en vraie grandeur d’un robinet à soupape de diamètre nominal 150 mm avec sa simulation numérique. Cet article est focalisé sur le comportement de l’assemblage boulonné du corps et du couvercle, assurant la fonction d’étanchéité, dite externe du robinet. La campagne d’essai, menée sur la boucle CYTHERE d’EDF, comprend plusieurs chocs alternés, froid puis chaud. Le robinet est équipé de 37 thermocouples distribués sur sa hauteur et dans l’épaisseur des pièces. Les douze goujons du couvercle sont équipés de jauges de déformation destinées à mesurer l’évolution de leur tension. L’essai est modélisé par des simulations multiphysiques du robinet complet en 3D, enchaînant les calculs d’écoulement, des champs de température, puis des champs de déplacement et de contraintes dans le robinet. La confrontation des résultats de calcul avec les mesures montre l’importance de la représentation des échanges thermiques résultant de l’écoulement dans les interstices laissés par les jeux fonctionnels entre les pièces internes situées sous le couvercle. Leur prise en compte est déterminante pour calculer les variations de serrage de l’assemblage lors des chocs thermiques.

Compte tenu des attentes en termes de développements durables, de nouvelles solutions technologiques sont adoptées dans les bâtiments à basse consommation énergétique permettant de réduire considérablement les déperditions par ponts thermiques. Il s'agit des rupteurs thermiques, nouvelles jonctions entre porteurs verticaux et horizontaux constituées de matériaux innovants. Parallèlement à l'évolution des réglementations thermiques dans les bâtiments, la nouvelle définition de l'aléa sismique en France oblige les concepteurs à intégrer le cas de chargement sismique dans les dimensionnements de bâtiments dans une grande majorité du territoire métropolitain. Ces innovations technologiques nécessitent donc des études approfondies de leur comportement mécanique lors d'événements accidentels tels que les tremblements de terre. Au regard des enjeux sociétaux et économiques, il est d'une grande importance d'être capable d'apprécier la contribution de nouvelles solutions techniques à la vulnérabilité du bâti aux séismes. Pour cela, il est nécessaire de procéder à des analyses probabilistes pour la construction, par exemple de courbes de fragilité de structures sous sollicitations sismiques: structures étant composées ou non de rupteurs thermiques. L'objectif de ce travail est donc de proposer l'ensemble d'une méthodologie notamment les outils numériques, en termes de modèles mécaniques, susceptibles de répondre aux attentes de l'ingénierie dans la quantification de l'évolution des marges de résistance en intégrant différents types de rupteurs thermiques dans les bâtiments. Pour cela, différentes étapes, combinant modélisations numériques et expérimentations sont abordées afin d'élaborer un modèle numérique simplifié. Ce dernier doit être riche en termes de phénomènes mécaniques et efficace numériquement pour réaliser rapidement un nombre important de calculs nonlinéaires à l'échelle de bâtiment en tenant compte des aspects aléatoires.

Ce travail consiste a etudier le comportement thermomecanique d'un materiau multicouche obtenu par projection thermique sous des conditions thermiques variables. Les resultats en regime elastique montrent l'interet de l'etude en regime transitoire qui met en evidence des effets locaux inaccessibles en regime permanent et la necessite de resoudre le probleme thermique pour des conditions aux limites variables. Au-dela du seuil elastique, le comportement thermomecanique du multimateriau est decrit par un modele thermoelastoplastique couple avec un modele d'endommagement. Des approches semi-locale et locale du probleme permettent d'obtenir la repartition spatio-temporelle de l'endommagement. Un dispositif experimental de cyclage thermique a ete mis au point pour la validation des resultats numeriques. Une modification du transfert de chaleur au sein du materiau est constatee lors des essais de caracterisation mettant ainsi en evidence un nouveau couplage entre les problemes thermique et mecanique par la variation de sa conductivite thermique effective avec l'endommagement. La prise en compte de ce dernier parametre a permis au modele etudie de simuler et d'approcher correctement les resultats experimentaux.

Lorsqu'un matériau est soumis à une sollicitation mécanique rapide, une partie de l'énergie mécanique est convertie en énergie thermique et une autre partie est stockée dans le matériau (energy of cold work). Dans le cas où la vitesse de déformation est très élevée, il peut se produire un phénomène de localisation accompagné d'une élévation importante de la température. Celle-ci peut atteindre localement des valeurs proches de la température de fusion du matériau. Ce phénomène appelé cisaillement adiabatique possède de nombreuses applications : usinage à grande vitesse, balistique, projection cold-spray... L'énergie thermique émise est une valeur observable, elle est utilisée depuis quelques années pour essayer de comprendre les mécanismes d'endommagement. Nous avons mis au point un dispositif capable de mesurer la température dans les bandes de cisaillement. L'utilisation combinée d'une caméra à balayage de fente fonctionnant aux courtes longueurs d'ondes et d'une barrette de 32 détecteurs fonctionnant dans l'infrarouge nous permet de limiter les incertitudes. Un programme d'inversion a été développé afin de caractériser le terme source thermique. Des mesures de température ont aussi été effectuées sur des matériaux énergétiques composites afin de mieux comprendre les mécanismes de réaction
When a material is subjected to a mechanical loading, part of the energy will be transformed into thermal energy and another part will be stored inside the material énergy of cold work). In the case of a dynamic loading, a localization phenomenon may occur accompanied by a significant rise in temperature which can locally reach values close to the melting point of the material. This phenomenon called adiabatic shear has many applications: high-speed machining, ballistics, cold-spray , blanking... The emitted thermal energy is an observable value which has been used in the past years in order to better understand the failure mechanisms. We have developed a device able to measure the temperature in the shear bands. The combined use of a short-wavelength streak camera and a 32- infrared detectors array allows us to limit uncertainties. An inversion program has also been developed to identify the thermal source term. Temperature measurements were also performed on composite energetic materials to better understand the reaction mechanisms

Les barrières thermiques sont destinées à protéger les aubes de turbine du moteur SNECMA-M88. Une sous-couche antioxydante (NiAl-Pt) lie le substrat à une couche de céramique (ZrO2-7% Y2O3 EBPVD).
La rhéologie de NiAl-Pt a été étudiée dans les domaines fragile et viscoplastique et un critère de fissuration en fatigue a été établi et appliqué à la fatigue thermique.
L'étude de la barrière thermique complète s'intéresse à sa résistance interfaciale après une préoxydation à 1100°C, à sa tenue en fatigue oligocyclique isotherme à 1100°C et en fatigue anisotherme entre 100°C et 1100°C. Une préoxydation à 1100°C d'éprouvettes adaptées, suivie d'une traction monotone à température ambiante, induisent un délaminage cohésif à l'interface sous-couche/alumine, qui est affecté par une cavitation. L'écaillage des deux oxydes (alumine et zircone) peut ensuire survenir. Le délaminage est aussi étudié localement par des essais d'indentation interfaciale. La fatigue oligocyclique isotherme à 1100°C, conduites avec différents types de chargement, montrent une fissuration transverse de la sous-couche. Le délaminage qui affecte parfois l'interface alumine/sous-couche est lié à la cavitation. La sollicitation anisotherme produit une multifissuration au début de l'essai et une cavitation incluse dans l'alumine. Il en résulte un délaminage adhésif localisé près de l'interface alumine/zircone.
L'état de contrainte d'origines thermique, mécanique et résultant de la croissance de l'alumine, ainsi que les distributions d'épaisseurs d'alumine et de tailles de cavités interfaciales ont été quantifiées. Ces deux derniers paramètres ont été corrélés à la courbure du substrat en conditions isothermes. Une modélisation donne une estimation de l'énergie de rupture interfaciale. En conditions anisothermes, la cinétique d'oxydation ne peut plus être relié à la seule courbure du substrat. Un modèle basé sur des réinitialisations de la cinétique isotherme décrit bien l'expérience.

Les barrières thermiques sont destinées à protéger les aubes de turbine du moteur snecma-m88. Une sous-couche antioxydante (nial-pt) lie le substrat à une couche de céramique (zro 2-7% y 2o 3 ebpvd). La rhéologie de nial-pt a été étudiée dans les domaines fragile et viscoplastique et un critère de fissuration en fatigue a été établi et appliqué à la fatigue thermique. L'étude de la barrière thermique complète s’intéresse à sa résistance interfaciale après une préoxydation à 1100\c, à sa tenue en fatigue oligocyclique isotherme à 1100\c et en fatigue anisotherme entre 100\c et 1100\c. Une préoxydation à 1100\c d’éprouvettes adaptées, suivie d'une traction monotone à température ambiante, induisent un délaminage cohésif à l'interface sous-couche/alumine, qui est affecté par une cavitation. L'écaillage des deux oxydes (alumine et zircone) peut ensuivre survenir. Le délaminage est aussi étudié localement par des essais d'indentation interfaciale. La fatigue oligocyclique isotherme à 1100\c, conduites avec différents types de chargement, montrent une fissuration transverse de la sous-couche. Le délaminage qui affecte parfois l'interface alumine/sous-couche est lié à la cavitation. La sollicitation anisotherme produit une multifissuration au début de l'essai et une cavitation incluse dans l'alumine. Il en résulte un délaminage adhésif localise près de l'interface alumine/zircone. L’état de contrainte d'origines thermique, mécanique et résultant de la croissance de l'alumine, ainsi que les distributions d’épaisseurs d'alumine et de tailles de cavités interfaciales ont été quantifiées. Ces deux derniers paramètres ont été corrélés à la courbure du substrat en conditions isothermes. Une modélisation donne une estimation de l’énergie de rupture interfaciale. En conditions anisothermes, la cinétique d'oxydation ne peut plus être relié à la seule courbure du substrat. Un modèle base sur des réinitialisations de la cinétique isotherme décrit bien l’expérience.

La theorie classique de l'elasticite ne peut etre directement appliquee a des materiaux non homogenes (y compris les profiles a rupture de pont thermique). Ce travail propose trois modeles physiques de flexion, deux relatifs au chargement statique, et un relatif aux sollicitations thermiques. Le premier modele considere une configuration ressort et donne une bonne correlation avec les essais experimentaux. Le deuxieme modele utilise la theorie de la poutre homogeneisee; mais sa validation experimentale se limite a une categorie specifique de profiles. Le modele thermique traite le cas d'un gradient thermique creant une contre-fleche circulaire. Il donne une bonne correlation avec les essais experimentaux. L'interpretation aboutit a une classification des profiles et met a la disposition des industriels un logiciel de calcul pour le dimensionnement des profiles

Le comportement thermomécanique des géomatériaux est un sujet de recherche qui touche un nombre important de domaines d'application : le stockage des déchets radioactifs en couche géologique profonde, le comportement des structures géothermiques, le stockage de chaleur, le comportement des matériaux à proximité des câbles à haute tension, le comportement saisonnier des matériaux asphaltiques, l'origine des tremblements de terre, etc. Dans le contexte du stockage des déchets radioactifs en couches géologiques profondes, un intérêt particulier a récemment été accordé à l'étude du comportement thermomécanique de l'argile de Boom, l'argile à Opalines, l'argilite du Callovo-Oxfordien et la diorite d'Äspö. L'ensemble de ces études montre qu'une exposition à des températures élevées peut altérer les propriétés physiques et mécaniques des géomatériaux : l'angle de frottement, la cohésion, la perméabilité-porosité, les modules élastiques, la résistance, le comportement volumique, le comportement post-pic, le comportement à long terme, etc. Depuis une trentaine d'années, un nombre important de modèles de comportement ont été développés dans le but d'intégrer les effets de la température à des modèles élasto-plastiques dérivés de la théorie de l'état critique. Cependant, peu de ces modèles intègrent les effets du temps sur le comportement thermomécanique des géomatériaux ; lequel apparaît essentiel au dimensionnement de structures à long terme. L'objectif de ces travaux de thèse est de répondre à cette problématique en intégrant les effets de la température au modèle de comportement mécanique L&K. Le modèle de comportement L&K est un modèle à deux mécanismes, l'un dit "plastique" permettant de décrire le comportement mécanique instantané des matériaux, l'autre dit "viscoplastique" permettant de décrire le comportement différé. Après un état des lieux détaillé concernant les comportements thermomécaniques instantané et différé des géomatériaux, les effets de la température ont été pris en compte à travers l'évolution des paramètres d'écrouissage des deux mécanismes. Ce modèle thermomécanique a été validé sur des applications expérimentales en support de ce travail de thèse. Les résultats montrent que la formulation proposée permet de reproduire fidèlement le comportement thermomécanique des géomatériaux. Les applications à venir concernent des calculs sur ouvrage dans le contexte du stockage des déchets radioactifs
The effect of temperature on the behaviour of geomaterials is a crucial issue in geotechnical and underground engineering. The thermo-mechanical behaviour of rocks and soils contains many applications in the fields of high-level nuclear waste disposal, heat storage, geothermal structures, petroleum drilling, zones around buried high-voltage cables, bituminous materials, and geological research. In the context of nuclear waste disposal at great depths, the thermo-mechanical behaviour of Boom clay, Opalinus clay, Callovo-Oxfordian argillite and Äspö diorite has recently received special attention in Europe. Research in these areas has demonstrated that rocks and soils may suffer from changes in their mechanical properties during short-to long-term exposure to an elevated temperature. These changes include effects on the friction angle, permeability/porosity, elastic moduli, shear strength, dilatancy, softening, brittle-to-ductile transition, creep, etc... Since Prager's first works on the modelling of non-isothermal plastic deformation, many constitutive models have been developed to include these phenomena in computational inelasticity. Most models generalize the critical-state model to include the effects of temperature on the short-term behaviour of clays and rocks. However, the effect of time on the thermo-mechanical behaviour is often not coupled to the rate-independent plasticity even if the long-term behaviour appears essential for ensuring the safety and stability during the design and construction analysis in many fields, such as the storage of nuclear waste and more generally underground excavations. Thus, it appears important to combine both instantaneous and delayed thermo-mechanical effects to obtain appropriate constitutive equations to model such problems. In this Ph.D thesis, a unified thermo-plastic/viscoplastic constitutive model has been developed for this purpose. This model is a straightforward extension of the unified elasto-plastic/viscoplastic L&K constitutive model which was developed in previous Ph.D works. The updated thermo-mechanical model includes the evolutions of the two yield limits and the fluidity coefficient with temperature. The model was validated under several thermo-mechanical conditions on clayey rocks. The typical features of the thermo-mechanical behaviour of geomaterials were well reproduced. The numerical predictions of the triaxial compression tests and creep tests clearly indicate that the model can predict the overall behaviour of geomaterials under deviatoric and non-isothermal stress paths

Cette etude traite du probleme de la reduction de modeles thermiques de batiments lineaires et invariants. Son but est de montrer les resultats des techniques existantes et d'effectuer des modifications afin d'ameliorer la prise en compte des sollicitations typiques des batiments : la temperature exterieure et le flux solaire. La methodologie comporte plusieurs etapes : ? mise au point des modeles de connaissance detailles, couplee a une validation experimentale sur deux types de cellules de tests. Mise en evidence de la necessite de modeliser la tache solaire. ? application de quelques techniques de reduction de modeles : methodes modales de marshall et michailesco et technique de moore dans la base equilibree qui s'est montree plus performante. ? caracterisation des donnees meteorologiques : flux solaire et temperature exterieure. Mise en evidence des frequences caracteristiques et identification du bruit residuel, en vue d'exprimer analytiquement ces entrees. ? utilisation de ces expressions analytiques pour ameliorer les techniques de reduction modales, par calcul de la matrice de covariance des etats.

Le grenaillage applique aux alliages de titane est une des solutions actuellement etudiees pour optimiser a moindre cout les performances mecaniques de certains composants de turbines aeronautiques. Ce procede ameliore en general la duree de vie des pieces traitees grace a l'ecrouissage et aux contraintes residuelles de compression qu'il engendre dans les couches superficielles ou sont localises le plus souvent les sites d'amorcage de fissures. Notre etude a pour but de valider son efficacite dans le cas des disques de turbines sollicites en fatigue oligocyclique a haute temperature. Les effets mecaniques et thermiques sont decouples en premiere approche. D'une part, les lois de comportement et d'endommagement proposee par l'onera permettent de decrire les etats mecanique, geometrique et metallurgique apres grenaillage par une approche cyclique du traitement. Cet etat initial ecroui est pris en compte pour estimer le gain de duree de vie qu'apporte le grenaillage par rapport a l'etat de reference rectifie. Cette methode donne egalement une interpretation physique a l'evolution des contraintes residuelles sous chargement mecanique cyclique dans les zones ou la plasticite reste confinee. D'autre part, les evolutions de la couche grenailleeau cours de la restauration sont etudiees. La methode d'analyse de warren averbach permet de caracteriser les mecanismes mis en jeu a l'echelle microstructurale. D'un point de vue macroscopique, les evolutions dimensionnelles observees imposent la definition d'une deformation de restauration, libre de contrainte. Associee a l'equilibre de la structure, elle gouverne la relaxation thermique des contraintes residuelles de grenaillage. Une etude phenomenologique determine l'influence des parametres de traitement et du materiau sur la cinetique de la restauration.