Modélisation de la rupture du béton dans le but de prédire le comportement de structures soumises à des impacts

Abstract

Dans le monde de la sécurité routière, des crash tests sont fréquemment réalisés contre des barrières de sécurité afin de vérifier le comportement de celles-ci et de les améliorer. Il est également possible de simuler ces derniers au moyen de logiciels éléments finis tels que LS-DYNA,dans le but de réduire le coût de tous ces essais. Ce travail vise in fine à modéliser le plus fidèlement possible le comportement des barrières fabriquées en béton afin de représenter le plus précisément possible la réalité. La difficulté réside dans le fait que le béton se rompt lors de tels essais, ce qui implique de modéliser la partie post-pic correctement. Dans cette optique, plusieurs étapes, faisant intervenir des structures de plus en plus complexes, ont été suivies.Dans un premier temps, des éléments simples ont été testés afin de mettre en évidence les avantages et inconvénients des modèles constitutifs "Karagozian & Case", "Winfrith" et"Continuous Surface Cap Model" présents dans LS-DYNA. Les résultats de cette comparaison ont ensuite permis de choisir le modèle le plus adapté à la réalisation des essais. Il s’agit du "Continuous Surface Cap Model", qui s’avère plus complet,tout en conservant une utilisation plus simple et claire que ces concurrents.La suite du travail s’intéresse aux essais de compression sur éprouvette cylindrique et de flexion sur poutre. Ainsi, ces tests nous ont donné la possibilité d’étudier l’impact de plusieurs paramètres, et en outre de mieux modéliser la rupture du matériaux dans différentes circonstances.Finalement, des simulations de crash tests ont été réalisées. En calibrant du mieux possible les énergies de rupture du matériau, la réalité a pu être approximée un peu plus précisément.

In the field of road safety, crash tests are frequently carried out against safety barriers inorder to check their behaviour and improve them. They can also be modelled thanks to finite element software such asLS-DYNA for the purpose of reducing the cost of all these tests.This thesis aims at the end to model as precisely as possible the behaviour of the barriers made up of concrete so that the reality is approximated as accurately as possible. The difficulty lies in the failure of the concrete. Consequently, the post-peak phase must be modelled correctly. For this purpose, several steps involving more and more complex structures were modelled.At first, simple elements were tested in order to find the pros and cons of the constitutive models "Karagozian & Case", "Winfrith" and "Continuous Surface Cap Model" implemented in LS-DYNA. Then, the most adapted to the testing model was chosen : the "Continuous Surface Cap Mo-del", because it is more complete and its use seems to be simpler than its competitors. The following of the thesis focuses on compression tests on cylindrical sample and bending tests on beams. Therefore, the influence of several parameters has been studied. Furthermore the failure of the material in different cases has been analysed. Finally, crash tests simulations were performed. By calibrating as precisely as possible the fracture energies, the results came a little closer to the reality.