Contribution à la modélisation de granulats tridimensionnels : application au ballast. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2004

Contribution for the modelling of three-dimensional granular matter : study of railway ballast.

Contribution à la modélisation de granulats tridimensionnels : application au ballast.

Résumé

Discrete element methods are an alternative to finite element approach to modelise the
behaviour of granular materials. This work is devoted to the study of a granular matter submitted
to cyclic loadings : the ballast of the railway track submitted to repeated train passing. We choose
the NonSmooth Contact Dynamics approach for the resolution method, and we present all technical
aspects for the two-dimensional and three-dimensional cases : contact detection algorithm
between convex polygons and convex polyhedra, the kinematic parametrization, the resolution of
the contact and friction problem. We investigate the best parameters for numerical computation of
cyclic loadings. In the following we present some results in order to show the ability of discrete
element methods to describe the behaviour of granular matter under cyclic loading. A comparison
between experiment and numericals computations underline the special behaviour of this kind of
system. We focuse on the thin granular layer behaviour with a specific mechanical reponse due
to the creation of special structures. The three-dimensional model has been used as an example
to study well known behaviour of masonery structure. We present a numerical study of lateral
resistance of railway track based on an experiment with digitised ballast grains.
Les méthodes par éléments discrets constituent une alternative par rapport aux méthodes
par éléments finis pour la modélisation du comportement d'un milieu divisé : sol, milieux
granulaires, etc . Dans ce mémoire l'objectif est d'étudier un matériau granulaire soumis à des sollicitations
cycliques : le ballast des voies ferrées soumis au passage des trains. Nous présentons à la
suite d'une étude bibliographique sur le comportement du ballast, la méthode de résolution NonSmooth
Contact Dynamics, et nous exposons l'ensemble des développements nécessaires dans le
cas bidimensionnel et tridimensionnel : un algorithme de détection entre polygones et entre polyèdres
convexes, le paramétrage, la résolution du problème de contact frottant. Nous déterminons
ensuite les paramètres optimaux pour des simulations de chargement cyclique. Dans une dernière
partie, nous présentons ensuite un ensemble de résultats montrant l'aptitude des méthodes par éléments
discrets à décrire l'évolution d'un massif granulaire sous chargement cyclique. L'analyse
d'une comparaison entre une expérience et la simulation met évidence le comportement particulier
de ce type de système, qui s'assimile à une couche mince granulaire où des micro-structures particulières
guident la réponse mécanique du milieu. Dans le cas tridimensionnel, des comportements
mécaniques connus ont été retrouvés, à titre d'exemple, en analysant l'évolution de structures
maçonnées. Nous présentons une étude de la résistance latérale de la voie ballastée, en considérant
des formes de grains issues de la digitalisation de grains réels, pour laquelle on retrouve un
comportement identifié expérimentalement.
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Dates et versions

tel-00077519 , version 1 (31-05-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00077519 , version 1

Citer

Gilles Saussine. Contribution à la modélisation de granulats tridimensionnels : application au ballast.. Mécanique [physics.med-ph]. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00077519⟩
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