Fissuration dynamique dans les structures de grandes dimensions par la XFEM ductile cohésive 3D // Dynamic cracking in large-dimension structures by the cohesive ductile 3D XFEM

Contexte :

Le projet global dans lequel s'inscrit cette thèse vise à reproduire numériquement la réponse jusqu'à la rupture de structures métalliques (navales, aéronautiques, etc) de grandes dimensions face à des surcharges accidentelles (collision, choc, etc) mettant en jeu des grandes déformations et vitesses de déformation.

Objectif :

L'objectif est de reproduire dans une méthodologie unifiée, basée sur la méthode des éléments finis, les étapes successives (endommagement ductile/localisation de la déformation/propagation de la fissure) menant à la ruine ultime de la structure lorsque celle-ci est soumise à des chargements sévères et en particulier de type impact/choc.

Démarche :

Des travaux antérieurs (thèse d'Antonio Kaniadakis, 2023) ont montré à l'échelle de structures de laboratoire 3D que l'association du modèle GTN de plasticité microporeuse et de l'incorporation d'une discontinuité faible (comportement modélisé par un modèle cohésif volumique) puis d'une discontinuité forte dans l'élément fini dans une formulation X-FEM dans le cadre des grandes transformations (développée dans le code commercial Abaqus) donne des résultats prometteurs. Des travaux récents (thèse de Louis Scheidt, en cours) ont permis d'étendre le modèle aux chargements dynamiques transitoires en utilisant un schéma de résolution purement explicite.

Le premier enjeu scientifique de la thèse est d'enrichir le modèle existant afin de prendre en compte la compétition entre rupture fragile, rupture ductile et rupture par cisaillement adiabatique. Afin de valider l'approche proposée, des essais « numériques » seront réalisés sur des structures de laboratoire. Le second enjeu sera d'étendre le modèle afin de pouvoir traiter la multi-fissuration (un point important sera la manière de gérer les ramifications entre les fissures). Des tests « numériques » sur des structures de l'ordre du m² seront réalisés pour valider la démarche. Enfin, le troisième enjeu scientifique sera d'appliquer le modèle à la fissuration dynamique de structures navales de grandes dimensions, de type bâtiment de surface ou/et sous-marin, soumises à des agressions sévères (explosion sous-marine, impact).
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Context:

The global project in which this thesis is part aims to numerically reproduce the response until rupture of large metal structures (naval, aeronautical, etc.) facing accidental overloads (collision, shock, etc.) involving large deformations and strain rates.

Goal:

The objective is to reproduce in a unified methodology, based on the finite element method, the successive steps (ductile damage/strain localization/crack propagation) leading to the ultimate ruin of the structure when the latter is subject to severe loads and in particular of the impact/shock type.

Approach:

Previous works (PhD thesis of Antonio Kaniadakis, 2023) have shown at the scale of 3D laboratory structures that the association of the GTN microporous plasticity model and the incorporation of a weak discontinuity (behavior modeled by a volume cohesive law) then of a strong discontinuity in the finite element in an X-FEM formulation in the context of large deformation (developed in the commercial code Abaqus) gives promising results. Recent works (PhD thesis of Louis Scheidt, in progress) have allowed to extend the model to transient dynamic loads using a purely explicit resolution scheme.

The first scientific issue of the thesis is to enrich the existing model in order to take into account the competition between brittle fracture, ductile fracture and adiabatic shear banding. In order to validate the proposed approach, 'numerical' tests will be carried out on laboratory structures. The second challenge will be to extend the model in order to deal with multi-cracking (an important point will be how to manage the ramifications between cracks). Numerical tests on structures of the order of m^2 will be carried out to validate the approach. Finally, the third scientific challenge will be to apply the model to the dynamic cracking of large naval structures, such as ship and/or submarine, subjected to severe aggressions (underwater explosion, impact).
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'un établissement public Français

Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace

468 MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés

Titulaire d'un Bac +5 ou sur le point de l'obtenir Compétence en mécanique des matériaux et mécanique numérique des solides Goût pour la programmation (fortran, python) et la simulation numérique (Abaqus) Mobilité géographique
Holder of a Bac +5 or about to obtain it Competence in mechanics of materials and computational solids mechanics Taste for programming (fortran, python) and numerical simulation (Abaqus) Geographical mobility