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Thèse Année : 2006

Modelling of the behavior of granular materials by discrete and continuous approaches

Modélisation du comportement des matériaux granulaires par des approches discrètes et continues

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Jamila Rahmoun
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1037700

Résumé

The physical properties of granular media find their origin at the local scale of grains contacts. The present study is devoted to the analysis of the influence of these contacts on the global behavior of these class of materials at different scales. We develop, in the first part of the thesis, a continuous media approach which improves the Janssen theory and enables to calculate the stresses in an ensiled granular medium. This approach also allows to represent qualitatively as well as quantitatively the stresses saturation effect in granular silos. In the second part, a modelling of the saturation phenomenon is performed by means of the discrete numerical simulations achieved with the MULTICOR software. We calculate the average stresses which applied at the walls during the unloading of a silo by a granular medium polydisperse. We notice that the result provided by the discrete numerical simulation agree accurately with those of the continuum approach developed in the first part. Another consequence of the existence of privileged contacts between grains is the anisotropy of the granular materials. In the last part, we develop a micro-mechanical approach which permits to model this anisotropy by a fourth order fabric tensor. We propose a general kinematic hypothesis inserted in a homogenization scheme of anisotropic granular media and compared its predictions in isotropic case, to the discrete numerical simulations of the literature. The qualitative trends and the quantitative results are quite satisfactory.
Les propriétés physiques des milieux granulaires trouvent leur origine à l'échelle locale des contacts entre les grains. Cette étude est consacrée à l'analyse de l'influence de ces contacts sur le comportement global du matériau à différentes échelles. Nous développons dans la première partie de ce mémoire, une approche continue qui s'affranchit des limitations de la théorie de Janssen et permet de calculer les contraintes dans un matériau granulaire ensilé. Cette approche permet également de représenter aussi bien qualitativement que quantitativement l'effet d'écrantage dans les silos. Dans une seconde partie, une modélisation du phénomène d'écrantage est effectuée à partir des simulations numériques discrètes réalisées avec le code MULTICOR. Nous calculons les contraintes moyennes s'exerçant au niveau des parois lors du remplissage d'un silo par un milieu granulaire polydisperse. Une bonne concordance est observée entre les résultats des simulations numériques discrètes et ceux de l'approche continue développée dans la première partie. Une autre conséquence de l'existence de contacts privilégiés entre les grains est l'anisotropie caractéristique des matériaux granulaires. Dans la dernière partie, nous développons une approche micromécanique qui permet de modéliser cette anisotropie par l'intermédiaire d'un tenseur de texture d'ordre quatre. Nous proposons une hypothèse cinématique générale qui est incorporée dans un schéma d'homogénéisation des milieux granulaires anisotropes et comparée, dans le cas isotrope, à des simulations numériques discrètes existant dans la littérature. Les tendances qualitatives et quantitatives des résultats sont tout à fait satisfaisantes.
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Dates et versions

tel-00348876 , version 1 (22-12-2008)

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  • HAL Id : tel-00348876 , version 1

Citer

Jamila Rahmoun. Modélisation du comportement des matériaux granulaires par des approches discrètes et continues. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00348876⟩

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