Le découpage de tôles minces en alliages de cuivre est un procédé de mise en forme très utilisé pour la fabrication de composants électroniques. Deux aspects permettent la caractérisation du procédé : d'une part, le profil de découpe représente la qualité du produit et d'autre part, l'effort de découpage conduit à la définition de l'outillage (matériaux du poinçon et de la matrice, la vitesse et la puissance des presses, etc.). La modélisation numérique permet d'obtenir des réponses rapides sur les questions concernant ces deux aspects. Au sein de l'équipe modélisation et mise en forme des matériaux du Laboratoire de Mécanique Appliquée R. Chaléat, un code de calcul par éléments finis dédié à la simulation bidimensionnelle du découpage a été développé depuis quelques années (Blankform©).<br />Afin d'obtenir une meilleure prédiction de l'effort de découpage par simulation numérique, notre démarche commence par la caractérisation expérimentale du comportement thermo-élasto-viscoplastique de la nuance de cuivre CuNiP par des essais de traction à températures et à vitesses de déformation imposées. Suite à ces essais, une loi de comportement particulière permettant la prise en compte de la sensibilité du matériau à la vitesse et à la température a été proposée. Après l'implémentation de cette loi dans le code de calcul, l'application du modèle au découpage d'une tôle mince en CuNiP, dans un cadre adiabatique, montre que l'effort maximal de découpage est correctement prédit.<br />Lors d'une opération de découpage, certaines nuances de cuivre, comme le Cua1, présentent un phénomène de recristallisation dynamique. Les essais de traction sur cette nuance nous ont permis de caractériser le comportement mécanique du matériau. Sur cette base spécifique, un modèle de comportement thermo-élasto-viscoplastique avec prise en compte de la recristallisation dynamique a été proposé dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. L'application de ce modèle au découpage montre qu'il permet de prédire qualitativement les phénomènes observés expérimentalement pour cette nuance.<br />La modélisation bidimensionnelle du découpage est souvent utilisée pour des empreintes de formes relativement simples. Cependant, pour des formes complexes, il est nécessaire de résoudre le problème par une analyse tridimensionnelle. A partir d'un cas d'étude industriel, une modélisation tridimensionnelle du découpage a été réalisée afin d'étudier l'influence des paramètres technologiques sur la distribution des contraintes et des déformations. Les résultats numériques obtenus corroborent bien les constatations expérimentales en termes de profil de découpe.

Une méthode est proposée pour la modélisation d’unassemblage multimatériaux innovant visant des applicationsdans l’allègement structurel des véhicules. Dans cetassemblage une partie composite thermoplastique, est fixée àune plaque acier texturée par la technologie CMT pins.L’interface est particulièrement complexe et non linéaire : unereprésentation fine du comportement local serait extrêmementpénalisante en temps de calcul. Dans cette optique il a étéchoisi d’orienter la méthodologie vers une modélisation la plussimple possible tout en conservant de bons résultats globaux.Pour ce faire, en s’inspirant de l’état de l’art existant sur lesmultimatériaux, une campagne expérimentale a été menée surdes éprouvettes longitudinales à double recouvrement afin decaractériser cette interface. Une fois les mécanismes locauxinvestigués, deux modèles sont proposés. Le premiernumérique basé sur la méthode des éléments finis etl’introduction d’éléments cohésifs nous permet de valider leshypothèses de modélisation tout en quantifiant la répartitiondes efforts entre les picots. Le deuxième se base sur le calcullocal d’un Volume Élémentaire Représentatif pour établiranalytiquement la loi de comportement de l’interface. Cette loiest ensuite introduite sous la forme d’un ressort non linéaire ausein d’un modèle numérique simplifié de l’éprouvette. Pourfinir ces approches sont appliquées au cas d’étude industriel etles résultats sont validés par une deuxième campagneexpérimentale. / A method is proposed to simulate an innovative multimaterialassembly which has applications in structural lightweight forvehicles. In this assembly, a thermoplastic composite part isfixed on a steel plate, textured by the CMT pins technology.This is an especially complex and nonlinear interface: a finerepresentation of local behaviour would be extremely costlyfor calculation. So, it has been chosen to investigate a model assimple as possible which still demonstrates accurate globalresults.An experimental campaign on double lap shear specimen,inspired by existing state of the art on multimaterial has beenset up to characterize this interface. Once local mechanismshave been understood, two models are proposed and compared.The first is numerical and based on finite elements method andcohesive elements. It allows us to validate the modelhypotheses while describing the effort repartition between thepins. The second one is based on a Representative VolumeElement. It establishes analytically the behaviour law of theinterface. This law is then inserted inside a simplifiednumerical model of the specimen by means of a nonlinearspring. To conclude, these approaches are applied to theindustrial case of study and the result have been validated by asecond experimental campaign.

L'assemblage de pièces de structures composites, notamment en carbone/époxy, est souvent réalisé par liaison boulonnée. Ceci nécessite le perçage des logements de fixations. Cette opération de perçage doit répondre à des contraintes de fiabilité, de productivité et de qualité d'usinage. L'opération de perçage doit donc être maitrisée, ce qui passe par une meilleure compréhension des phénomènes présents en perçage. Mais l'étude de ces phénomènes se heurte à des obstacles tels que l'aspect confiné de l'opération, la géométrie complexe et variable du foret, la variation de vitesse le long de l'arête principale de coupe... Afin de s'affranchir de ces obstacles, des essais élémentaires représentatifs de la coupe en perçage peuvent être proposés. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette optique. Ce travail s'articule autour de trois axes. Le premier concerne une étude de la représentativité des différents essais élémentaires vis-à-vis du perçage. Un outil d'identification de géométrie d'outil est proposé ; il permet d'identifier l'évolution de la géométrie locale des outils coupants et ainsi de proposer des essais élémentaires qui soient géométriquement et cinématiquement représentatifs de la coupe en perçage. Le second axe développé propose une étude des phénomènes présents en coupe orthogonale quasi-statique. Cela permet de s'affranchir des effets liés à la vitesse. Dans ce cadre, des essais de corrélation d'images en coupe orthogonale sont proposés. Ils permettent l'analyse des champs de déplacements et de déformations. Une analyse des efforts générés, de la morphologie des copeaux et des états de surfaces obtenus en fonction de l'angle de coupe et de l'angle ?2 entre la vitesse de coupe et la direction des fibres est également réalisée. Deux types de modèles numériques, macro- mécanique et micro-mécanique, sont proposés. Ils sont confrontés aux résultats expérimentaux. Le dernier axe de travail présente l'analyse des phénomènes liés à la vitesse de coupe en coupe orthogonale. Le modèle macro-mécanique est modifié afin d'intégrer des phénomènes tels que la variation des contraintes à rupture de la matrice en fonction de la vitesse de déformation, ou encore l'évolution du frottement en fonction de la vitesse de glissement. Les résultats du modèle sont confrontés aux résultats expérimentaux. / In aeronautical sector, assembly of CFRP composite structures requires the drilling of the fastener holes. Requirements of reliability, productivity and machining quality are imposed on the drilling process. The operation must be mastered, which requires a better understanding of the phenomena occurring during drilling. But the study of these phenomena faces several major challenges such as the confined aspect of the operation, the complex and variable geometry of the cutting tool, the speed variation along the main cutting edge... To overcome these obstacles, elementary testing representative of the drilling cutting phenomena could be implemented. This is the purpose of this work, which is based on three axes. The first is a study of the geometrical and kinematic representativeness of the elementary tests regarding the drilling operation. A tool geometry identification program is developed. It identifies the evolution of the local geometry of cutting tools along the main cutting edges and allows defining the elementary tests that are geometrically and kinematically representative of the drilling cutting. The second axis developed proposes a study of the phenomena occuring in quasi-static orthogonal cutting. Thus, the effects relative to the cutting speed are not considered. In this context, digital image correlation tests during orthogonal cutting are conducted. They lead to the analysis of the displacements and strains fields. Generated forces, chip morphology and machined surface texture are also investigated, in relation to the rake angle and the angle ?2 between the cutting speed and the direction of fibres. For this configuration, two types of numerical models, a macro-mechanical and a micro-mechanical one, are developed. A comparison is made in relation to experimental results. The last axis of this work concern the analysis of phenomena related to the cutting speed during orthogonal cutting. The macro-mechanical model is modified to include such phenomena as the variation of the matrix breaking stress as a function of strain rate, or the evolution of the friction coefficient according to the sliding velocity. The model results are compared to experimental results.

Le patrimoine architectural français est une richesse qu'il convient de préserver. L'élaboration d'une méthodologie de diagnostic structurel des monuments historiques est proposée dans ce contexte. Ce type d'édifice est essentiellement composé de maçonnerie qu'il convient de bien appréhender. La bibliothèque du CNAM, chef d'œuvre de l'architecture gothique, constitue un cas d'étude idéal pour valider la démarche proposée. Cet édifice comprend un certain nombre de pathologies. L'objectif de ce travail consiste à identifier l'origine de ces pathologies et estimer la marge de sécurité vis-à-vis de la ruine de l'édifice. Premièrement, une investigation menée sur l'édifice est présentée. Elle comprend une recherche en archives, une campagne d'essais non-destructifs et destructifs (radar, vitesse du son, carottages et instrumentation). A partir de cette étude certaines causes potentielles sont écartées. Par ailleurs, le caractère hétérogène de la maçonnerie conduit à considérer ce matériau à différentes échelles. Un modèle d'endommagement orthotrope est utilisé à chaque échelle d'étude dans le but de simuler le comportement de ce géomatériau. Une démarche d'homogénéisation est alors introduite. Elle consiste à évaluer le comportement homogène du matériau maçonnerie à partir de sa géométrie et du comportement mécanique de ses matériaux constitutifs. Cette méthode donne la possibilité de considérer le caractère hétérogène de la maçonnerie à l'échelle de la structure. L'obtention des paramètres matériaux des calcaires en place est réalisée à partir des mesures de vitesse du son via l'utilisation de courbes de corrélations proposées. La procédure d'homogénéisation consiste à simuler le comportement d'un muret en maçonnerie soumise à un essai de compression. Ensuite, un calcul à l'échelle de la structure est proposé. Un critère de rupture en compression sur l'effort normal est introduit afin de mener un calcul selon les normes internationales. Celui-ci comprend d'une part un coefficient de sécurité partielle afin de considérer la dispersion de résistance du géomatériau et d'autre part un coefficient de fonctionnement prenant en compte la rupture en compression au droit d'une section soumise à un chargement de flexion composée. L'analyse globale d'une travée de l'édifice est ainsi présentée. L'histoire de chargement est simulée. La comparaison de la fissuration mesurée sur site avec le profil de fissure obtenue par le modèle conduit à estimer l'état de contrainte actuel de l'édifice. Une marge de sécurité vis-à-vis de la ruine de la structure est ainsi proposée. Enfin, une synthèse globale de cette étude est présentée. / The French architectural heritage is a considerable wealth to be preserved. In this context, a methodology of structural diagnoses of historical monuments is proposed. This type of building is mainly composed of masonry that should be understood. The CNAM Library, masterpiece of gothic architecture is an ideal case study to validate the proposed approach. This edifice presents pathologies as crack pattern and tilts walls. The objective of this work is to identify the origin of these pathologies and to estimate the safety factor of the ruin of the building. First of all, an investigation carried out on the building is presented. It includes historical research, a campaign of non-destructive and destructive testing radar, sound velocity, core sampling and structural monitoring. From this first study, some potential causes of the pathologies are ruled out. Furthermore, the heterogeneous nature of the masonry leads to consider this material at different scales. A damage model is used at each scale in order to simulate the mechanical behavior of this geo-material. A homogenization process is then introduced. It consists to the evaluation of the homogeneous behavior of the masonry from its geometry and the mechanical characteristics of its components. This method allows considering the heterogeneity of masonry at the structural scale. The mechanicals characteristics of the calcareous materials are obtain from sound velocity measurement through the use of correlation curves. The homogenization procedure consists to simulate the behavior of a numerical masonry wall subjected to a compressive test. Then, a calculation at the structural scale is proposed. A compression failure criterion on the normal strength is proposed to estimate the safety factor of the structure according to the international standards. Firstly, it includes a partial safety factor to consider the dispersion of resistance of the masonry. Secondly, another coefficient takes into account the compressive failure phenomenon at a crack section. Global analysis of a span of the church is presented. The load history is simulated. The comparison of the measured crack on site with the profile obtained by the model leads to estimate the current state of stress of the building. A margin of security is proposed. Finally, a comprehensive summary of this study is presented.

Le pliage est un procédé a priori élémentaire de mise en forme des tôles métalliques. La complexité des pièces techniques actuelles rend cependant pointues les opérations de pliage industriel. Le retour élastique apparaissant sur les pièces complexes après retrait des outils ne peut plus être anticipé simplement. Le problème posé est alors typique en mécanique : trouver la géométrie finale du flan en fonction des conditions aux limites imposées en forces et déplacements. Formellement, cela revient à résoudre un système d'équations différentielles dépendant du temps et des variables d'espace dont les conditions initiales sont données par les conditions aux frontières du volume. Le modèle de plasticité choisi pour le matériau et son identification sont déterminants pour la qualité de la solution. On réduit dans la mesure du possible la complexité du problème général par des hypothèses simplificatrices. L'intégration des équations réduites s'effectue alors analytiquement ou par une intégration numérique simplifiée. Toutefois les hypothèses nécessaires sont ici trop réductrices et limitent l'application à des cas d'école. Le pliage industriel ne peut finalement être modélisé qu'avec un code éléments finis. Celui-ci reproduit les phénomènes rencontrés lors d'un pliage industriel : courbure anticlastique, décalage de la fibre neutre, estampage… Une discussion est menée pour voir sous quelles conditions une simulation 2D diminuant les temps de calculs s'applique. Ces modèles fiabilisés sont utilisés couplés avec des méthodes d'analyses modales des défauts de forme pour optimiser les outillages. / Apparently, bending seems to be a basic sheet metal forming process. Nevertheless, the current technical part complexity implies accurate industrial bending processes. Springback phenomenon which occurs in complex parts upon tools removal can't be easily predicted. This problem is typical in mechanics: to find the right blank geometry depending on the boundary conditions imposed in terms of efforts and displacements. It means solving differential equations in regard with time and space variables, whose initial conditions are given by the volume boundary conditions. The chosen plasticity model and its identification are crucial for the quality of the solution. The general problem complexity is reduced as much as possible thanks to simplifying assumptions. The reduced equations integration is performed in an analytical way or thanks to a simplified numerical integration. However, the needed assumptions are too restrictive and the implementation is reduced to textbook cases. Industrial bending process can only be modelled by finite element code. The latter reproduces phenomena encountered during industrial bending processes: anticlastic curvature, neutral layer shifting, coining… A discussion is conducted to find out in which conditions a 2D simulation, that allows shorter calculation time, can be applied. These reliable models are used coupled with modal analysis methods of form errors to optimize tools.

Ces travaux se sont attachés au développement, à l’implémentation et à la validation d’une stratégie numérique pour la simulation de l’évolution d’un endommagement localisé susceptible de conduire à l’apparition, puis à la propagation de fissures dans une structure complexe, incompressible. Nous avons abordé cet objectif général en procédant par étapes.Dans un premier temps, nous avons développé une méthodologie numérique innovante pour la propagation de fissures dans le cadre de la mécanique de la rupture fragile. Cette méthodologie a deux caractéristiques importantes : incluant l’enrichissement Heaviside de la méthode XFEM dans le cadre de modélisation Arlequin, cette méthodologie permet de ne pas remailler la structure initiale, au cours de la propagation de la fissure. Attachant un patch Arlequin local en fond de la fissure qui se propage, elle permet d’approcher, avec la précision nécessaire, le comportement local des champs mécaniques. Cette méthodologie a été implémentée et testée numériquement. Dans un deuxième temps, nous avons étendu cette méthodologie pour la prise en compte de l’endommagement par fatigue. Dans l’approche développée, l’initiation et la propagation de fissures sont pilotées par l’évolution du champ d’endommagement. Un modèle heuristique représentatif, fournissant les incréments de propagation d’une fissure à partir des champs d’endommagement et de contraintes au voisinage de sa pointe, est proposé. En utilisant des modèles physiques représentatifs des difficultés liées à la problématique d’initiation et de propagation de fissures, sous l’effet d’un endommagement par fatigue, nous avons montré, à travers des essais numériques, une faisabilité globale de notre approche. Dans un troisième temps, nous nous sommes intéressés à la prise en compte de la contrainte d’incompressibilité dans une modélisation Arlequin. L’intégration de cette contrainte pose pour la formulation Arlequin continue et/ou discrète des questions spécifiques : comment gérer la double contrainte dans la zone de couplage en continu et en discret ?, comment traiter les éléments partiellement incompressibles ? Des réponses sont données et étayées théoriquement et/ou numériquement. Enfin, nous avons proposé un ensemble de procédures pratiques, permettant d’évaluer, de manière générale et performante, une intersection de maillages tridimensionnels. Ces développements, nécessaires à la mise en œuvre opérationnelle du cadre Arlequin dans des codes industriels, sont validés par des résultats de calculs Arlequin 3D. / Résumé en anglais non disponible.

Grâce à l’amélioration des performances des outils expérimentaux et numériques, la mécanique des matériaux peut explorer des échelles de plus en plus fines. Une meilleure compréhension, voire une prédiction, des phénomènes locaux mis en jeu est alors espérée. Cette thèse s’intéresse à la plus petite échelle impliquée dans le comportement mécanique des matériaux, c.-à-d. les interactions entre noyaux dues au comportement des électrons, et notamment des électrons de valence. L’originalité de ce travail est dans la mise en place des éléments finis comme outil numérique de résolution de ce problème. Cette approche largement utilisée dans le domaine de la mécanique des structures fournit de puissants outils numériques permettant de résoudre le problème électronique. Des modèles de Hartree-Fock et post-Hatree-Fock sont implémentés, et les caractéristiques mécaniques des structures électroniques sont estimées. Ces résultats reposent sur de nombreuses approximations dues aussi bien à la modélisation qu’aux approximations numériques. Des estimateurs d’erreur sont développés pour analyser les résultats. / Since performances of experimental and numerical tools have been largely improved, mechanics of materials can explore smaller and smaller scales. Thus, a better comprehension, or even a prediction, of local phenomena associated with macroscopic deformations are hoped. This dissertation focuses on the smallest scale involved in mechanical behavior of materials, i.e. interactions between nuclei due to electrons behavior and especially to valence electrons. The originality of this work is setting up the finite element method as numerical tool to solve this problem. This approach largely used to solve structural mechanics problems provides powerful numerical tools to tackle electronic structures. The Hartree-Fock and post-Hartree-Fock models are employed, and mechanical properties of electronic structures are estimated. These estimates are based on a set of approximations of both model and numerical origins. Error estimates are proposed to analyze the accuracy of the results.

Une forte progression du transport ferroviaire est observée les dernières années dans plusieurs pays. L’augmentation de la capacité du réseau ferroviaire demande à la fois l’évaluation de l’infrastructure existante selon le trafic attendu, la vitesse des trains, la charge à l’essieu, ainsi que la réduction des interventions de maintenance. Une performance accrue de la voie ferrée par rapport à ces critères nécessite l’amélioration des normes de conception et des outils de prédiction qui puissent prendre en compte toute la durée de vie de la structure. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’apporter un point de vue géotechnique à la modélisation numérique du comportement des voies ferrées sous charge mobile. Un modèle numérique rationnel est développé dans la thèse, composé de trois aspects principaux:(i) comportement dynamique de la voie ferrée, (ii) analyse probabiliste et (iii) comportement non linéaire des géomatériaux. Cette approche permet d’appréhender le comportement mécanique de la voie ferrée à différents instants de son cycle de vie. La première partie de cette thèse est consacrée au développement d’un modèle numérique en dynamique de la voie ferrée, adapté à l’analyse probabiliste et au comportement non linéaire. Une modélisation par Eléments Finis dans le domaine temporel est choisie pour cadre général. Ainsi, un modèle 2D en déformation plane avec épaisseur est proposé dans cette thèse, l’épaisseur hors plan étant calibrée à partir des calculs 3D en statique. Les avantages et inconvénients de cette méthodologie sont discutés selon la représentativité du champ de contraintes dans le plan et du temps de calcul associé, paramètre important pour l’analyse probabiliste. Une méthodologie pour la mise en charge est discutée et implémentée afin de réduire la génération d’ondes parasites. La réponse dynamique de la voie ferrée et l’influence croisée de la vitesse de la charge et de la rigidité de la plateforme sont évaluées sous hypothèse de comportement élastique linéaire. L’influence de la variabilité des propriétés mécaniques de la voie ferrée dans la mesure de la raideur de voie est discutée dans la deuxième partie de cette thèse. Des variations spatiales du module d’Young des couches ferroviaires sont modélisées par des champs aléatoires invariants scalaires. La densité de probabilité de la loi marginale d’ordre 1 associée au champ est obtenue grâce à une analyse statistique des mesures in situ. L’influence croisée du support discret et de la distance de corrélation des champs d’entrée dans les variations de la raideur de voie est mise en évidence à partir de différentes structures de corrélation. Afin de vérifier l’importance de chaque paramètre d’entrée sur les variations de raideur de voie, une analyse de sensibilité globale est effectuée pour différentes configurations de voie. La raideur de voie est principalement affectée par des variations de rigidité de la plateforme et des semelles. L’importance du comportement non linéaire des géomatériaux est soulignée dans la dernière partie de la thèse. Le modèle de comportement élastoplastique développé à l’Ecole Centrale Paris fournit un cadre approprié pour l’étude du comportement des géomatériaux sous chargement cyclique. Cette approche est bien adaptée au comportement des matériaux pendant leur “conditionnement initial”, ou les premiers cycles de charge, quand les tassements permanents sont plus importants et les matériaux cumulent des déformations plastiques élevées. Les paramètres du modèle sont calibrés pour les différents géomatériaux ferroviaires (ballast, couche intermédiaire, sol de la plateforme) à partir d’essais triaxiaux disponibles dans la littérature. Les résultats obtenus illustrent les mécanismes prépondérants dans cette phase : densification et augmentation de la rigidité des différents matériaux par accumulation des déformations plastiques. [...] / An increasing demand for railway transportation is observed in many countries around the world. Achieving higher network capacity requires the evaluation of the existing structure regarding the required traffic, speed and axle load, as well as the reduction of maintenance interventions. A higher track performance in terms of these metrics can be achieved by enhanced design standards and predictive tools accounting for the whole structure’s life span.Within this context, this thesis aims to provide a global framework for combining geotechnical perspective and numerical modeling for the railway infrastructure. A rational approach for railway track modeling is proposed. It is composed by three main aspects: (i) railway track dynamics, (ii) probabilistic analysis and (iii) geomaterials’ non linear behavior. This approach allows assessing the track behavior during different instants of its life span. The first step of this thesis is the development of a dynamic numerical model of the railway track for both probabilistic and non linear analysis. For this purpose, the Finite Element method in time domain is chosen as general modeling framework. A 2D planestrain model with a modified width is used in this thesis, the out-of-plane width being calibrated from 3D static analysis. The advantages and drawbacks of such methodology are discussed in the light of the representativeness of the in-plane stress field and associated computational cost for probabilistic analysis. A loading methodology for reducing spurious wave generation is also discussed and implemented. With the developed model, the track structural response and the crossed influence of speed and subgrade stiffness are first analyzed under linear elasticity hypothesis.The influence of track properties variability in the track stiffness measurement is discussed in the second part of this thesis. Spatial variations are introduced by considering the rigidity of each track layer as an invariant scalar random field. The first-order marginal probability distributions are calibrated from statistical analysis of in situ measurements. By considering different theoretical correlation structures, the crossed influence of the discrete sleeper support and the input correlation length on the track stiffness field is highlighted. In order to verify the importance of each input parameter in the track stiffness’ variability, a global sensitivity analysis is conducted for different track configurations. It is shown that track stiffness variations are primarily caused by variations of subgrade stiffness and possible variations of rail pad stiffness. Furthermore, the importance of geomaterials’ non linear behavior is discussed in the last part of the thesis. A suitable framework for the description of geomaterials’ behavior under cyclic loading, for a large range of stress paths, is provided by a fully elastoplastic multimechanism model. This approach is well adapted for assessing the track behavior during the so-called “conditioning phase”, or the the first cycles when high track settlements are observed and materials cumulate high plastic strains. The model parameters are calibrated from triaxial test results available in the literature for different track materials (ballast, interlayer, subgrade soil). The model is able to capture the main mechanisms acting during the conditioning phase: densification and increase in stiffness of the different materials by accumulation of plastic strains. The load transfer mechanisms and the stress-strain response of the materials are then analyzed. Different stress-strain paths and plastic strains are observed in the ballast layer according to the position of the control point relative to the sleepers. The load speed influence on track permanent settlement and ballast stress-strain response is also studied. Finally, the influence of both interlayer and subgrade behavior on the track response is assessed via a parametric analysis.

Dans le cadre de cette thèse, une modélisation par éléments finis continue renforcée discrète est développée. Le modèle est basé sur le concept de la cellule élémentaire, avec utilisation de connecteurs pour prendre en compte la rigidité en tension de la structure, et modéliser l'anisotropie du tissu et un élément coque pour décrire la rigidité en cisaillement et gérer le frottement et le contact avec les outils lors de la simulation du procédé de préformage. Les différents éléments de ce maillage spécifique sont générés automatiquement à l'aide des scripts pythons. Associés à ce choix de modélisation, les caractéristiques du comportement sont déterminées à l'aide d'essais expérimentaux conduits sur le renfort et d'une démarche de méthode inverse. Le comportement de ces différents éléments est choisi d'être linéaire élastique en premier lieu, et par la suite à évoluer pour devenir non linéaire. Ces développements numériques sont réalisés dans le logiciel Abaqus/ Explicit. Dans un second temps le modèle développé est utilisé dans le cadre de simulation de l'étape de préformage des renforts secs. A ce titre un démonstrateur expérimental développé dans le cadre de la thèse sert à obtenir des résultats expérimentaux pour corréler ces travaux de simulations. Des comparaisons avec des simulations mono-couche, hémisphérique, permettre de mettre en évidence l'influence des paramètres de simulations mises en jeu. Dans le cadre de préformages de plusieurs plis, l'influence des caractéristiques du contact / frottement est mise en évidence. Finalement une procédure d'automatisation afin de rendre la simulation plus ergonomique dans un contexte industriel est présentée. Cette procédure consiste à générer le maillage spécifique et mettre la simulation en donné dans Catia. Les simulations peuvent ainsi se réaliser sans le passage par Abaqus/CAE. / In this work, a discrete approach for the simulation of the preforming of dry woven reinforcementis proposed. A “unit cell” is built using elastic isotropic shells and axial connectors instead of bars and beams used in previous studies. Shell elements are used to take into account the in-plane shear stiffness and to manage contact phenomenon with the punch and die. Connectors reinforce thestructure in the yarn directions and naturally capture the specific behavior of the fabric. To identify the material parameters, uniaxial tensile tests and bias tests have been employed. A numerical algorithm,coupling Matlab and Abaqus/Explicit, is used to determine the shear parameters by an Inverse method. The model has been implemented in Abaqus to simulate hemispherical stamping.Experimental results are compared to numerical simulations, good agreement between both resultsis shown for the case of single layer forming.This model has been then used to simulate a multilayer performing and a numerical study of the effect of fiction coefficient has been performedFinally a tool which interfaces a CAD Software to the Abaqus/code has been developed.

La modélisation multi-échelle des matériaux hétérogènes est un challenge en mécanique numérique. Dans le contexte non linéaire, les propriétés effectives des matériaux hétérogènes ne peuvent pas être obtenues par les techniques utilisées pour les milieux linéaires car le principe de superposition n'est plus valable. Ainsi, dans le contexte des éléments finis, une alternative au maillage de l'ensemble de la structure avec la prise en compte de toutes les hétérogénéités, est l'utilisation de la méthode d'éléments finis multi-échelles (EF2). Les techniques de ce type offrent de nombreux avantages, tels que la prise en compte : des grandes déformations au niveau micro et macro sont souvent résolus par les procédures classiques de Newton-Raphson, qui sont généralement adaptées à la résolution des problèmes non linéaires mais qui présentent des difficultés en présence d'instabilités. Dans cette thèse, la combinaison de la méthode des éléments finis multi-échelles (EF2) et la méthode asymptotique numérique (MAN), surnommée MAN multi-échelle, permet de mettre en œuvre une technique numérique efficace pour traiter les problèmes d'instabilités dans le cadre des matériaux hétérogènes. Ces instabilités peuvent survenir à la fois au niveau micro et au niveau macro. Différentes classes de comportement des matériaux ont été implantées dans notre procédure. Pour améliorer le conditionnement du problème multi-échelle à résoudre, une technique d'homogénéisation du second ordre a été également adaptée dans le cadre de la technique MAN multi-échelle. Par ailleurs, afin de réduire le temps de calcul, quelques techniques ont été proposées dans ce travail / The multiscale modelling of the heterogeneous materials is a challenge in computational mechanics. In the nonlinear case, the effective properties of heterogeneous materials cannot be obtained by the techniques used for linear media because the superposition principle is no longer valid. Hence, in the context of the finite element method, an alternative to mesh the whole structure, including all heterogeneities, is the use of the multiscale finite element method (FE2). These techniques have many advantages, such as taking into account : large deformations at the micro and macro scales, the nonlinear constitutive behaviors of the material, and microstructure evolution. The nonlinear problems in micro and macro scales are often solved by the classical Newton-Raphson procedures, which are generally suitable for solving nonlinear problems but have difficulties in the presence of instabilities. In this thesis, the combination of the multiscale finite element method (FE2) and the asymptotic numerical method (ANM), called Multiscale-ANM, allows one to obtain a numerical effective technique for dealing with the instability problems in the context of heterogeneous materials. These instabilities can occur at both micro and macro levels. Different classes of material constitutive relation have been implemented within our procedure. To improve the multiscale problem conditioning, a second order homogenization technique was also adapted in the framework of Multiscale-ANM technique. Furthermore, to reduce the computational time, some techniques been proposed in this work