Titre original :

Materials with internal contacts: theoretical and numerical studies

Titre traduit :

Matériaux à contacts internes: études théoriques et numériques

Mots-clés en français :
  • Matériaux à contacts internes
  • Méthode des diagrammes de mémoire

  • Mécanique du contact
  • Milieux granulaires
  • Matériaux -- Fissuration
  • Composites -- Délaminage
  • Son -- Propagation
  • Élasticité non linéaire
  • Hystérésis
  • Problèmes aux limites
  • Éléments finis, Méthode des
  • Contrôle non destructif
  • Langue : Anglais
  • Discipline : Sciences physiques
  • Identifiant : Inconnu
  • Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
  • Date de soutenance : 12-12-2017

Résumé en langue originale

Dans ce travail, certains aspects mécaniques et acoustiques liés aux matériaux avec contacts internes sont étudiés. Les contacts internes ici se réfèrent à une multitude de situations, en particulier, lorsqu'un matériau a une microstructure avec des éléments de contact, se compose de grains non consolidés ou imparfaitement consolidés, soit, enfin, contient des défauts tels que des fissures, des délaminages ou des détachements, des joints artificiels endommagés, etc. La présence de contacts internes engendre un comportement non linéaire fort et modifie considérablement les propriétés linéaires. En particulier, dans les matériaux granulaires non consolidés comprimés par leur propre poids, les interactions de contact aboutissent à des modules élastiques qui dépendent de la profondeur selon des lois de puissance. Ces milieux supportent un type spécifique d'ondes localisées se propageant le long de la surface dans une sorte de guide d'onde naturel (chapitre 1). En outre, les contacts internes dans des matériaux granulaires imparfaitement consolidés ou dans des matériaux micro-fissurés produisent une hystérésis significative dans la relation contrainte-déformation qui peut être attribuée aux mécanismes à base d'adhésion ou de frottement (chapitre 2). Un autre cas d'intérêt est le matériau dans lequel les contacts internes sont liés à l'endommagement localisé. Le comportement hystérétique de friction de contact entre deux corps élastiques est considéré dans le chapitre 3 d'un point de vue fondamental. La solution semi-analytique développée, appelée méthode des diagrammes de mémoire, représente une condition aux limites algorithmique qui doit être posée à la frontière interne correspondant à une fissure ou à un délaminage (implémenté au chapitre 4). En conséquence, un dispositif numérique pour les simulations d'ondes élastiques ou de vibrations dans des matériaux avec des fissures de géométrie connue a été créé. Le travail est conclu par un projet de recherche dans lequel sont proposées les applications au contrôle non destructif, à l'optimisation des propriétés des matériaux existants, ainsi qu'à la création de nouveaux matériaux.

Résumé traduit

In this work, some mechanical and acoustic aspects related to materials with internal contacts are studied. The internal contacts here refer to a multitude of situations, in particular, when a material has some microstructure with contacting elements, consists of unconsolidated or imperfectly consolidated grains, either, finally, contains defects such as cracks, delaminations, debonding, damaged artificial joints, etc. The presence of internal contacts engenders strong nonlinear behavior and considerably modifies linear properties. In particular, in unconsolidated granular materials compressed by their own weight, contact interactions create power-law depth profiles of elastic moduli that support a specific kind of localized modes propagating along the surface in a sort on a natural waveguide (chapter 1). Further, internal contacts in imperfectly consolidated granular materials or micro-cracked materials produce significant hysteresis in the stress-strain relationship that can be attributed to adhesion- or friction-based mechanisms (chapter 2). Another case of interest is materials in which internal contacts are related to localized damage. Frictional hysteretic behavior of contact between two surfaces profiles is considered in chapter 3 from a fundamental point of view. The developed semi-analytic solution called method of memory diagrams represents an algorithmic boundary condition that has to be set at the internal boundary corresponding to a crack or delamination (implemented in chapter 4). As a result, the numerical toolbox for simulations of elastic waves or vibrations in materials with cracks of known geometry has been created. The work is concluded by a research project in which applications to nondestructive testing, to properties optimization of existing materials as well as to creation of novel materials are proposed.

  • Directeur(s) de thèse : Merlen, Alain
  • Laboratoire : Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN)
  • École doctorale : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille)

AUTEUR

  • Aleshin , Vladislav
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