Textile reinforcement concrete (TRC) is a new building material in increasing usage in modern engineering applications. The experimental investigations of TRC reveal a multiple cracking behavior which corresponds to concrete cracking and fiber pullout mechanisms. The aim of the presented research work is the mechanical analysis of the fiber pullout mechanism under dynamical loading conditions. Appropriate constitutive material models are proposed for the matrix-fiber interface taking into consideration two main mechanical characteristics, damage behavior and rate-dependent effects. These material models are the elastic damage model, the viscoelastic model and two developed viscoelastic damage material models. Moreover, an analytical model of the fiber pullout mechanism is provided, where the governing differential equation of motion is formulated and closed analytical solutions are derived under a dynamical excitation of a harmonic pullout displacement function at the fiber tip. These analytical solutions are derived for two material models of the interface, the elastic damage and the viscoelastic material models. Furthermore, the dynamical responses are also sought for the case of a linearly increasing pullout displacement function of a definite velocity. For the latter dynamical loads a numerical DISCRETE MODEL with an iterative solving scheme is formulated for the pullout problem to solve the corresponding nonlinear differential equation of motion. Moreover, comparisons between the obtained results regarding the different proposed material models of the interface are provided. The elastic damage model can be used with a dynamical increasing factor (DIF) on the bond strength and the stiffness of the interface with respect to the shear slip rate. On the other hand, the developed viscoelastic damage material models characterize the rate-dependent effects of the dynamical pullout through the viscous and the viscoelastic parts of the corresponding constitutive relations of these models. The second part of this doctorial thesis deals with the mechanical analysis of the uniaxial tensile behavior of TRC specimen under dynamical tensile loading. A corresponding analytical model is firstly formulated. Furthermore, a tested TRC tensile specimen and the corresponding fiber crack bridging behavior (cracked stage) are also analyzed by means of the Finite Element modeling approach by conducting 3-dimensional heterogeneous models. / Textil bewehrter Beton (Textilbeton) ist ein neues Baumaterial mit zunehmender Verwendung in modernen Ingenieuranwendungen. Die experimentellen Untersuchen an Textilbeton zeigen Mehrfachrissbildung, die zu Betonriss- und Faserauszugsmechanismen korrespondieren. Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist die mechanische Untersuchung des Faserauszugsmechanismus unter dynamischer Belastung. Hierzu werden geeignete Materialmodelle für das Matrix-Faser-Interface vorgeschlagen, die zwei mechanische Phänomene, nämlich das Schädigungsverhalten und den Dehnraten-Effekt, berücksichtigen. Diese Materialmodelle sind das elastische Schädigungsmodell, das viskoelastische Modell und zwei entwickelte viskoelastische Schädigungsmodelle. Zudem wird ein analytisches Modell zum Faserauszugsmechanismus bereitgestellt, wobei die beschreibende Bewegungsgleichung aufgestellt und geschlossene, analytische Lösungen unter dynamischer Erregung durch eine harmonische Auszugsverschiebung am Faserende gefunden werden. Diese analytischen Lösungen werden für zwei Materialmodelle, das elastische Schädigungsmodell und das viskoelastische Modell, hergeleitet. Außerdem wird die dynamische Antwort für den Fall einer linear ansteigenden Auszugsverschiebung mit konstanter Geschwindigkeit gesucht. Zu dieser dynamischen Belastung wurde für die numerische Lösung der entsprechenden nichtlinearen Differentialgleichung ein diskretesModell (DISCRETE MODEL) entwickelt und mit einem iterativen Lösungsverfahren gelöst. Darüber hinaus wurde ein Vergleich zwischen den Ergebnissen, die bei Verwendung der unterschiedlichen vorgeschlagenen Materialgesetze für das Interface erhalten wurden, durchgeführt. Das elastische Schädigungsmodell kann zum einen mit einem von der Schlupfrate abhängigen dynamischen Vergrößerungsfaktor (DIF) für die Verbundfestigkeit bzw. die Steifigkeit des Interface verwendet werden. Zum anderen werden die Dehnraten-Effekte durch die viskosen und viskoelastischen Anteile in den entwickelten viskoelastischen Schädigungsmodellen abgebildet. Der zweite Teil dieser Dissertation behandelt die mechanische Untersuchung des uniaxialen Zugverhaltens von Textilbeton unter dynamischer Zugbelastung. Ein zugehöriges analytisches Modell wird zuerst formuliert. Zudem werden der Mehrfachrissbildungszustand und der Faserrissüberbrückungsmechanismus an einem Textilbetonprobekörper mittels einer Finite-Elemente-Analyse an einem dreidimensionalen, heterogenen Modell untersucht.

Textile reinforcement concrete (TRC) is a new building material in increasing usage in modern engineering applications. The experimental investigations of TRC reveal a multiple cracking behavior which corresponds to concrete cracking and fiber pullout mechanisms. The aim of the presented research work is the mechanical analysis of the fiber pullout mechanism under dynamical loading conditions. Appropriate constitutive material models are proposed for the matrix-fiber interface taking into consideration two main mechanical characteristics, damage behavior and rate-dependent effects. These material models are the elastic damage model, the viscoelastic model and two developed viscoelastic damage material models. Moreover, an analytical model of the fiber pullout mechanism is provided, where the governing differential equation of motion is formulated and closed analytical solutions are derived under a dynamical excitation of a harmonic pullout displacement function at the fiber tip. These analytical solutions are derived for two material models of the interface, the elastic damage and the viscoelastic material models. Furthermore, the dynamical responses are also sought for the case of a linearly increasing pullout displacement function of a definite velocity. For the latter dynamical loads a numerical DISCRETE MODEL with an iterative solving scheme is formulated for the pullout problem to solve the corresponding nonlinear differential equation of motion. Moreover, comparisons between the obtained results regarding the different proposed material models of the interface are provided. The elastic damage model can be used with a dynamical increasing factor (DIF) on the bond strength and the stiffness of the interface with respect to the shear slip rate. On the other hand, the developed viscoelastic damage material models characterize the rate-dependent effects of the dynamical pullout through the viscous and the viscoelastic parts of the corresponding constitutive relations of these models. The second part of this doctorial thesis deals with the mechanical analysis of the uniaxial tensile behavior of TRC specimen under dynamical tensile loading. A corresponding analytical model is firstly formulated. Furthermore, a tested TRC tensile specimen and the corresponding fiber crack bridging behavior (cracked stage) are also analyzed by means of the Finite Element modeling approach by conducting 3-dimensional heterogeneous models. / Textil bewehrter Beton (Textilbeton) ist ein neues Baumaterial mit zunehmender Verwendung in modernen Ingenieuranwendungen. Die experimentellen Untersuchen an Textilbeton zeigen Mehrfachrissbildung, die zu Betonriss- und Faserauszugsmechanismen korrespondieren. Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist die mechanische Untersuchung des Faserauszugsmechanismus unter dynamischer Belastung. Hierzu werden geeignete Materialmodelle für das Matrix-Faser-Interface vorgeschlagen, die zwei mechanische Phänomene, nämlich das Schädigungsverhalten und den Dehnraten-Effekt, berücksichtigen. Diese Materialmodelle sind das elastische Schädigungsmodell, das viskoelastische Modell und zwei entwickelte viskoelastische Schädigungsmodelle. Zudem wird ein analytisches Modell zum Faserauszugsmechanismus bereitgestellt, wobei die beschreibende Bewegungsgleichung aufgestellt und geschlossene, analytische Lösungen unter dynamischer Erregung durch eine harmonische Auszugsverschiebung am Faserende gefunden werden. Diese analytischen Lösungen werden für zwei Materialmodelle, das elastische Schädigungsmodell und das viskoelastische Modell, hergeleitet. Außerdem wird die dynamische Antwort für den Fall einer linear ansteigenden Auszugsverschiebung mit konstanter Geschwindigkeit gesucht. Zu dieser dynamischen Belastung wurde für die numerische Lösung der entsprechenden nichtlinearen Differentialgleichung ein diskretesModell (DISCRETE MODEL) entwickelt und mit einem iterativen Lösungsverfahren gelöst. Darüber hinaus wurde ein Vergleich zwischen den Ergebnissen, die bei Verwendung der unterschiedlichen vorgeschlagenen Materialgesetze für das Interface erhalten wurden, durchgeführt. Das elastische Schädigungsmodell kann zum einen mit einem von der Schlupfrate abhängigen dynamischen Vergrößerungsfaktor (DIF) für die Verbundfestigkeit bzw. die Steifigkeit des Interface verwendet werden. Zum anderen werden die Dehnraten-Effekte durch die viskosen und viskoelastischen Anteile in den entwickelten viskoelastischen Schädigungsmodellen abgebildet. Der zweite Teil dieser Dissertation behandelt die mechanische Untersuchung des uniaxialen Zugverhaltens von Textilbeton unter dynamischer Zugbelastung. Ein zugehöriges analytisches Modell wird zuerst formuliert. Zudem werden der Mehrfachrissbildungszustand und der Faserrissüberbrückungsmechanismus an einem Textilbetonprobekörper mittels einer Finite-Elemente-Analyse an einem dreidimensionalen, heterogenen Modell untersucht.

Les pieds d’aubes de soufflantes de turboréacteurs étant soumis à des sollicitations de type fretting, l’introduction de matériaux composites dans la nouvelle génération de moteur d’avion a rendu nécessaire le développement d’outils permettant de modéliser le contact entre des matériaux hétérogènes. En particulier, le comportement tribologique et l’endommagement de ces matériaux est encore mal compris. La mise en place de méthodes numériques capable de prédire les endommagements dans le contact permettrait de mieux prédire la durée de vie des pièces en service et de garantir la sécurité des passagers. Cette thèse porte sur le développement de méthodes semi-analytiques pour la modélisation de l’endommagement dans des conditions de fretting et de roulement. / The blade/disk interface in turbofan is subject to fretting loading. Fan blade of the new generation of aircraft engines are made of woven composite materials. The introduction of these new kind of materials create the need for a new numerical tool able to simulate the contact between heterogeneous materials. The tribological behavior and the damage mechanism associated with these kind of material are still not well understood. The developpment of new numerical tool able to model the damage in the contact area would allow to predict the life of engines parts and to guarantee the security of passengers. This PhD is about the developpment of semi-analytical methods for modeling the damage in fretting and rolling contact conditions with some applications to heterogeneous materials.