Experimental testing and numerical modelling of the tensile and compressiondamage in Ultra-High Performance Concrete under impact loading
Etude expérimentale et modélisation numérique du comportement dynamique de bétons à ultra-hautes performances sous chargement d’impact
Résumé
This thesis presents experimental and numerical investigations of Ultra-High Performance Concretes (UHPC) in view of intensifying their application as protective structures.The coupled DFHcoh-KST model, describing both confined behavior and tensile damage, is selected to simulate impact problem using the Finite Element (FE) code Abaqus/Explicit. The material parameters are identified for two Ductal® formulations with fibres using existing experimental techniques: such as Quasi-Oedometric Compression (Q-OC) tests, bending tests and spalling tests at the Hopkinson bar. The investigation of the tensile response of UHPC is then extended at strain rates in the range of 103 - 104 s-1 through plate-impact tests. A new testing technique employing a pulse shaping system to ensure a constant loading rate in the specimen is designed using numerical simulation and experienced using the single-stage gas gun installed in the 3SR laboratory. Finally, the UHPC fragmentation under dynamic tension is simulated with discrete and continuous approaches based on X-ray Computed Tomography (CT) analysis of the UHPC pore distributions. This methodology contributes to understanding the role of the microstructure on the observed strain-rate sensitivity of tensile strength and crack density.
Cette thèse présente des recherches expérimentales et numériques sur les Bétons à Ultra-Hautes Performances (BHUP) en vue de favoriser leur application technique en tant que structures de protection. Le modèle couplé DFHcoh-KST, décrivant à la fois le comportement confiné et l'endommagement en traction, est sélectionné pour simuler un problème d'impact aux éléments finis (FE) Abaqus/Explicit. Les paramètres matériaux sont identifiés pour deux formulations de Ductal® avec fibres utilisant des techniques expérimentales existantes: tels que les essais de compression quasi-oedométrique (Q-OC), les essais de flexion et les essais d'écaillage à la barre de Hopkinson. L'étude du comportement en traction des BUHP est ensuite étendue à des vitesses de déformation de 103 à 104 s-1 grâce à des essais d'impact sur plaque. Une technique expérimentale novatrice utilisant un système de ‘pulse-shaping’ permettant une vitesse de chargement constante dans l'échantillon est conçue par simulation numérique et expérimentée en utilisant le lanceur à gaz installé au laboratoire 3SR. De plus une modélisation du processus de fragmentation sous chargement de traction dynamique a été développée à l'aide d'approches continue et discrète en se basant sur des analyses par tomographie aux rayons X des distributions des pores des BUHP. Ces travaux de modélisation permettent d'expliciter le rôle de la microstructure sur la sensibilité à la vitesse de déformation de la résistance à la traction et de la densité de fissures générée dans les matériaux étudiés.
Domaines
Matériaux
Origine : Version validée par le jury (STAR)