Modélisation des matériaux à particules hautement déformables
Résumé
Les matériaux à particules hautement déformables intéressent de nombreux domaines tels
que les cosmétiques, la chimie, la pharmacie, l’agroalimentaire... Il peut s’agir par exemple de
pâtes colloïdales, de vésicules, de microgels ou de suspensions. Ces matériaux sont composés
de particules élémentaires individuelles qui peuvent subir de grandes déformations sans
rupture. À cet égard, ils diffèrent des matériaux à particules rigides dont le comportement
plastique est essentiellement dicté par leur réarrangement. Dans le cas des particules molles
l’adaptation de leur forme sous chargement favorise un meilleur remplissage de l’espace et
modifie leurs propriétés d’assemblage. La compaction, le comportement en cisaillement et les
propriétés de textures complexes des assemblages de particules molles au-delà de l'état
"jamming" restent peu exploré à ce jour en raison de l'absence d'outils numériques et
expérimentaux appropriés.
La méthode aux éléments discrets (DEM) est largement utilisée pour la modélisation des
assemblages de particules en raison de sa capacité à prendre en compte leur distribution de
taille, les propriétés physiques de contact et de frottement ainsi que des conditions complexes
de chargement. Cependant, la DEM n’est pas adaptée à la simulation d’un comportement
réaliste à l’échelle sub-particulaire, notamment en grandes déformations. Pour modéliser les
propriétés mécaniques de particules molles ainsi que leurs interactions mutuelles, une nouvelle
méthodologie est proposée. Cette méthodologie est basée sur une formulation implicite de la
Méthode des Points Matériels (MPM) couplée avec la méthode de Dynamique des Contacts
(CD). Dans cette approche, chaque particule est discrétisée en un ensemble de points
matériels. A chaque pas de temps, l'information portée par ces points est projetée sur un
maillage sous-jacent, permettant de résoudre les équations du mouvement. Cette solution est
ensuite utilisée pour mettre à jour les informations associées aux points matériels. La
formulation implicite permet une stabilité numérique inconditionnelle ainsi qu’un couplage
efficace avec la résolution des contacts et du frottement. Un point important consiste à
déterminer les variables entrant en jeu dans le calcul des contacts en même temps que celles
associées au comportement volumique. Enfin, dans le cas d’assemblages 2D, on présentera
une analyse détaillée du processus de compaction ainsi que l’impact du frottement sur
l’évolution de la compacité.
Origine : Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte
