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Dissertationen zum Thema „Polymères – Simulation par ordinateur“
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Ravion, Olivier. „Modélisation de la synthèse de polymères par fonctionnalisation statistique : cas d'un polymère synthétique : un polystrène substitué "DNA-like" et de polymères naturels : l'héparine et les héparanes sulfates“. Paris 13, 2002. http://www.theses.fr/2002PA132013.
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Les thérapeutiques substitutives utilisent de nombreux biomatériaux pour pallier à toutes sortes de déficiences fonctionnelles. Cependant, les polymères actuels ne satisfont que partiellement aux exigences de la biocompatibilité. Les synthèses réalisées au LRM sont basées sur la fonctionnalisation statistique de polymères préformés ou la copolymérisation statistique de monomères fonctionnels. Elles ont permis l'élaboration de nouveaux biomatériaux : les copolymères biofonctionnels statistiques (BIORACS), dont les propriétés sont liées à la distribution des groupements fonctionnels sur les macromolécules. L'outil informatique a alors servi à étudier, au moyen de simulations numériques basées sur la méthode de Monte-Carlo, les mécanismes expliquant la distribution des groupements et la formation de séquences particulières à l'origine de l'activité biologique spécifique des BIORACS. La simulation de la phosphorylation de résines de polystyrène sulfamide d'éthanolamine a permis de proposer un modèle de la réaction et de déterminer la nature des sites à l'origine de l'activité "DNA-like" de ces résines. La simulation de la maturation du polymère initial, lors de la biosynthèse des héparinoi͏̈des, a aussi été réalisée. Cela a permis de reproduire la composition pondérale en oses et les teneurs en N- et O-sulfatations de ces polysaccharidique s ainsi que, dans une certaine mesure, la distribution de la séquence pentasaccharidique à l'origine de leurs propriétés anticoagulantes. A l'avenir, une meilleurs connaissance du processus de maturation permettra de parfaire ces simulations. Cette méthode originale permet donc l'étude de produits de synthèse réalisés au laboratoire, ainsi que de polymères biologiques d'intérêt, et apporte des réponses précises à des problèmes de biologie moléculaire. Elle permet enfin de mieux comprendre comment des processus aléatoires peuvent dans certaines conditions, et de manière reproductible, être à l'origine de l'émergence de la biospécificité.
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Vettorel, Thomas. „Polymer crystallization studies by computer simulation“. Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2005. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2005/VETTOREL_Thomas_2005.pdf.
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Les polymères semi-cristallins sont des systèmes d'un grand intérêt industriel de par leur très nombreuses applications, et constituent également un riche sujet d'étude du fait de la complexité des structures formées au cours de la cristallisation, ainsi que des mécanismes à l'œuvre lors de celle-ci. Nous avons étudié la cristallisation des polymères par simulation numérique de plusieurs façons différentes : des simulations détaillées à l'échelle atomique nous ont permis de reproduire la structure cristalline de chaînes courtes d'alcanes à basse température, dont la simulation lors d'un réchauffement permet de retrouver une phase transitoire bien caractérisée expérimentalement. Le même modèle a été utilisé pour simuler le processus de cristallisation à partir du fondu au cours d'un refroidissement; ce type de simulations réaliste ne permet pas de reproduire des structures cristallines en un temps de simulation restreint. Afin de pouvoir reproduire efficacement des structures semi-cristallines aux caractéristiques réalistes, nous avons utilisé un autre type de simulations numériques nous permettant de considérer des échelles de longueur et de temps plus importantes : ce modèle coarse-grained a permis d'étudier le phénomène de cristallisation en détail, à l'aide de différents paramètres d'ordre caractérisant le cristal et son évolution au cours du temps. Nous avons aussi procédé à une étude détaillée des facteurs de structure du fondu de polymères à haute température de manière à déterminer quelle est l'influence de la structure du liquide sur la formation du cristal. Ces différentes études permettent une meilleure compréhension de l'influence sur le phénomène de cristallisation des différents paramètres utilisés dans la définition des modèles de simulation numériqueSemi-crystalline polymers are of great interest for industrial purposes, and the complex structures they involve as well as the mechanisms leading to the formation of crystals make their study very challenging. We investigated polymer crystallization by computer simulation via different methods: An atomisticly detailed model was used to reproduce the crystalline structure of short alkanes at low temperature, and continuous heating simulations gave rise to a transient phase that is well characterized in experiments. The same realistic model was used to simulate continuous cooling of the melt, but could not yield crystalline structures in a limited simulation time. In order to reproduce efficiently the characteristic features of semi-crystalline polymers, we used another simulation model which addresses larger length and time scales: This coarse-grained model allowed us to study the crystallization phenomenon in detail with several order parameters to characterize the crystal and its time evolution. The detailed study of the structure factors of the high-temperature melt has also been investigated so as to determine the influence of the liquid phase structure on crystal formation. These different studies yield a better understanding of the influence on crystallization of the various parameters entering the definitions of the simulation models
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Crevel, François. „Simulations numériques des polymères vivants“. Strasbourg 1, 2007. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2007/CREVEL_Francois_2007.pdf.
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Dans cette thèse, nous explorons les propriétés statiques et dynamiques de polymères vivants, systèmes de polymères ayant la capacité à se couper et se combiner, à deux et trois dimensions. Nous avons confirmé les résultats obtenus récemmemt concernant l'hypothèse d'idéalité de Flory dans les régimes denses à trois dimensions et mesuré l'effet de cette correction sur les propriétés statiques des polymères vivants. Nous avons étudié la dynamique liée aux phénomènes de scission et recombinaison et mis en évidence le régime de diffusion controlée apparaissant dans la distribution de probabilité de recombinaison prédit. Dans les systèmes à deux dimensions, nous avons mis en évidence les exposants critiques prédits par de récentes théoriesIn this thesis, we explore the static and dynamical properties of equilibrium polymers, polymers systems being able to cut and recombine themselves, in three and two dimensions. We confirmed recents results about Flory's ideality hypothesis in dense regime in three dimensions and mesured the effects of of this correction on equilibirum polymers. We also studied the dynamic of scission et recombination et showed the existence of the predicted regime of controled diffusion. In the two dimensional systems, we show measure ment of critical exponents predicted in recent theories
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Sahraoui, Sohbi. „Effets dynamiques dans les essais de rupture aux grandes vitesses de chargements : Etude de quelques polymères“. Bordeaux 1, 1986. http://www.theses.fr/1986BOR10612.
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Etude experimentale de la rupture du pmma et d'un alliage de polymeres (polyepoxyde-polyurethanne) soumis a des chargements rapides. Simulation numerique par analyse modale de la flexion dynamique d'eprouvettes entaillees
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Goujon, Florent. „Simulations numériques mésoscopiques de brosses de polymères sous compression et cisaillement“. Clermont-Ferrand 2, 2003. http://www.theses.fr/2003CLF21459.
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Les brosses de polymères sont constituées par deux surfaces sur lesquelles sont greffées des chaînes de polymères par une de leurs extrémités. L'intérêt de ces matériaux est grand du fait de leur capacité à modifier les propriétés mécaniques et rhéologiques des surfaces greffées. La diversité des échelles spatiale et temporelle mises en jeu dans le comportement de tels systèmes macromoléculaires rend inappropriée toute simulation de type moléculaire. La dynamique dissipative est une méthode mésoscopique qui ignore l'atomicité grâce à une description "gros grains", ce qui permet de simuler la rhélogie de systèmes complexes sur une échelle de temps de l'ordre de la milliseconde. Dans ce travail, un système de brosses de polymères a été étudié en présence de différentes qualités de solvant et divers taux de cisaillement. L'étude de la compression à l'équilibre a été menée afin de comparer les profils de force simulés aux profils expérimentaux et aux théories (SCF et lois d'échelles). Afin de mieux représenter les systèmes réels, un algorithme de dynamique dissipative dans l'ensemble Grand Canonique a été elaboré, nécessitant également le calcul du potentiel chimique dans un système inhomogène en densité. Ces études, très concluantes, ont été étendues à la compression sous cisaillement. Un travail méthodologique a été entrepris sur l'influence de la forme du potentiel conservatif et de la portée de ces interactions. Le travail est complété par l'étude de la déplétion de chaînes de polymères à partir des surfaces greffées. En effet, la présence de chaînes libres, difficile à caractériser expérimentalement, s'avère être un facteur aussi important sur la modification des propriétés structurales et rhélogiques du système que la qualité du solvant
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Arnold, Céline. „Formation de films minces polymères à partir de nanocolloides composites“. Strasbourg, 2009. http://www.theses.fr/2009STRA6038.
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Cette thèse est centrée sur l’étude de la formation de films polymères à partir de latex et s’inscrit dans le projet intégré Européen Napoleon (NAnostructured waterborne POLymEr films with OutstaNding properties). Deux problématiques principales ont été étudiées : les mécanismes de séchage et la distribution du tensioactif dans les latex et dans les films secs. L’effet de certaines grandeurs physico-chimiques pertinentes (la composition, la taille des particules, le pH) a été étudié sur une gamme de latex acryliques homogènes et composites (contenant une charge minérale : laponite ou montmorillonite) stabilisés par du dodécyle sulfate de sodium (SDS). Les films issus de ces latex ont été analysés en surface par microscopie à force atomique (AFM) et par spectroscopie de photoélectrons (XPS). En volume, ils ont été analysés pendant le séchage par résonance magnétique (Magnetic Resonance Profiling MRP) et à l’état sec par spectroscopie Raman confocale, afin d’obtenir pour l’essentiel des profils de distribution du tensioactif dans les films. Dans le but d’expliquer la formation d’agrégats de tensioactif dans les films, un modèle basé sur le transport et la diffusion du tensioactif pendant le séchage a été développé. Enfin, les processus d’adsorption/désorption du tensioactif aux interfaces particules/eau, pendant le séchage, ont été simulés numériquement par la méthode Monte CarloThis thesis focuses on the formation of waterborne polymer films and is part of the integrated European project Napoleon (NAnostructured waterborne POLymEr films with OutstaNding properties). Two main topics were investigated: the drying mechanisms and the distribution of the surfactant in the latexes and the dry films. The effect of some relevant physicochemical parameters (composition, size of the particles, pH of the latex) has been studied on a range of homogeneous and composite (containing a mineral filler: laponite or montmorillonite) acrylic latexes stabilized with sodium dodecyl sulphate (SDS). The surface of the dry films was investigated by atomic force microscopy (AFM) and by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The bulk of the films was investigated during drying by magnetic resonance profiling (MRP) and in the dry state by confocal Raman spectroscopy in order to obtain essentially the distribution of the surfactant. A model based on the transport and the diffusion of the surfactant during drying has been developed to explain the formation of SDS aggregates in the films. Finally, Monte Carlo simulation was used to study the adsorption/desorption of the surfactant at the water/particle interface in a drying latex
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Mesmacque, Alexandre. „Étude de l'endommagement des polymères en transport pneumatique“. Lille 1, 2005. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2005/50376-2005-326.pdf.
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Cette étude a pour objectif d'identifier les paramètres responsables de l'endommagement des polymères en transport pneumatique et de comparer les mécanismes d'endommagement mis en jeu pour différents polymères. Le choix des dispositifs expérimentaux s'est porté sur les deux tests suivants: un test à échelle industrielle, id est une boucle de transport pneumatique, un test à échelle de laboratoire. Les essais sur la boucle de transport pneumatique ont été réalisés suivant deux procédures différentes. . . Les résultats illustrent l'influence des caractéristiques mécaniques des polymères sur les taux d'endommagement obtenus et l'influence des paramètres de transport pneumatique sur la génération de débris. Les essais sur la machine test d'endommagement ont été réalisés sur deux polymères: le polypropylène et le polystyrène. L'étude de l'effet des paramètres opératoires a montré l'influence du phénomène de fatigue sur l'endommagement des granulés mais également l'importance de la rugosité de la paroi impactée. Une analyse qualitative des débris obtenus pour ces deux tests nous permis d'identifier et de séparer les influences des vitesses normales et tangentielles d'impact sur les comportements mis en jeu lors de l'endommagement des granulés plastiques, ainsi que le rôle des caractéristiques mécaniques et morphologiques.
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Ravier, Jérôme. „Observation de la mésostructure de composites polymères/noir de carbone par microscopie en champ proche“. Bordeaux 1, 2001. http://www.theses.fr/2001BOR12345.
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Les propriétés électriques des matériaux composites aléatoires isolant / conducteur tels que les composites polymère / noir de carbone sont étroitement liées à la connectivité et à l'arrangement des particules conductrices dans la matrice, c'est-à-dire à leur mésostructure. Celle-ci est difficilement accessible par des moyens classiques dans les matériaux en 3 dimensions. Dans ce travail, nous montrons que les dernières extensions de la Microscopie en Champ Proche constituent un très bon moyen, pourvu que certaines conditions soient respectées, d'obtenir des informations tout à fait nouvelles sur cette mésostructure. Nous présentons alors les premiers résultats issus de l'observation d'une série d'échantillons en microscopie de résistance locale, nous les comparons à des résultats du même type obtenus par simulations numériques et nous les discutons en termes de mésostruc ture du matériau.
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Vintimiglia, Anne-Sophie. „Implémentation d'une cinétique de cristallisation des polymères dans une simulation numérique bidimensionnelle par éléments finis : application à l'injection des thermoplastiques et au procédé push-pull“. ENSMP, 1999. http://www.theses.fr/1999ENMP0868.
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Ce travail concerne la prise en compte d'une cinétique de cristallisation dans un code par éléments finis bidimensionnel de remplissage de moule par des thermoplastiques. Il s'agit de calculer la cristallisation et d'en déduire l’épaisseur solide de polymère formée pendant le remplissage, en injection conventionnelle et en injection push-pull. La cinétique est basée sur le modèle d'avrami-evans-kolmogorov écrit sous forme différentielle. L’équation de la chaleur est écrite sous forme enthalpique et est résolue en température et en taux de cristallinité. Le modèle cinétique nous permet de calculer la fraction volumique transformée dès que la température du polymère est inférieure à la température d’équilibre thermodynamique. Un point fixe couple le calcul de cristallisation au calcul thermique et pour des refroidissements statiques un algorithme de pas de temps adaptatif basé sur l'estimateur d'erreur à posteriori permet de réduire les coûts de calcul. En injection, un autre algorithme de pas de temps, macro/micro a permis de coupler la mécanique à la thermique et au calcul de la cristallisation. La méthode des caractéristiques employée pour le transport permet de suivre l'histoire du matériau. Des simulations de refroidissements statiques et de remplissages ont permis de valider le modèle. Ces simulations ont également mis en évidence l'importance de la condition aux limites en flux de chaleur entre le moule et le polymère ainsi que le choix d'une fraction transformée de non écoulement.
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Mercier, Daniel. „Simulation par la méthode des éléments finis du thermoformage de plaques épaisses“. Paris, ENMP, 2006. http://www.theses.fr/2006ENMP1429.
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Cette thèse de doctorat a été organisée en collaboration entre l’université de Lehigh et l’école des Mines d’Albi sur le sujet : « Simulation numérique du thermoformage de plaques épaisses ». Les applications de cette recherche couvrent une large gamme de produits du thermoformage. En raison de cette collaboration et des prés requis imposés par chaque institut, le sujet de thèse a été séparé en deux parties indépendantes sur un même sujet global. À l’université de Lehigh University, un programme de calculs d’éléments finis en trois dimensions a été développé pour simuler les déformations mécaniques durant le procédé. Le comportement numérique des matériaux choisi est hyperélastique avec une hypothèse d’incompressibilité. Le maillage de la structure peut inclure des symétries. Le contact est pris en compte avec présence de moule statique ou dynamique. Le travail de recherche s’est focalisé sur la simulation des non linéarités et des instabilités observées pour ce type de matériaux. L’auteur conclue sur les difficultés rencontré pour simuler un comportement en grande déformation et le besoin de complément numériques tel qu’une procédure de remaillage. À l’Ecole des Mines d’Albi, un rhéomètre élongationnel bi-axial a été développé et assemblé pour caractériser les propriétés des matériaux utilisé en thermoformage. Le polymère est préalablement étirée durant une étape d’extrusion en plaque thermoformable et présente un comportement final isotropique transverse. Le rhéomètre utilise la méthode d’inflation d’une pastille de polymère à chaud.
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Rottereau, Manuel. „Agrégation, percolation et séparation de phase d'une assemblée de sphères dures browniennes adhésives : approche par simulation hors réseau“. Le Mans, 2005. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2005/2005LEMA1003.pdf.
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Les fluides et systèmes complexes constituent une classe de " matériaux " au sens large dont l'originalité des propriétés statiques et dynamiques résulte a la fois de la structure chimique des particules élémentaires qui les constituent et de leur organisation dans l'espace en particulier aux échelles mésoscopiques. Ces systèmes sont souvent le lieu de phénomènes d'agrégation, de gélification et/ou de séparation de phase dus aux interactions entre les entités constituantes. L'objectif de cette thèse est de comprendre la formation de ces structures et leur façon de remplir l'espace par modélisation des processus à l'aide de la simulation numérique. Le modèle numérique développé est basé sur un système de sphères dures hors réseau qui modélise par exemple un ensemble de micelles sphériques en interaction (attraction, répulsion)The complex fluids form a class of materials exhibiting a large originality in their static and dynamic properties which results from the chemical structure of the constituting elementary particles and their spatial organization in particular on mesoscopic scales. These systems often involve phenomena of aggregation, gelation and/or phase separation due to the interactions between their constituents. The objective of this thesis is to understand and model the formation of these structures and their way of filling the space by monitoring these processes by computer simulations. These simulations are based on off-lattice hard spheres models which can mimic for example an assembly of spherical micelles in attractive or repulsive interactions
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Nguyen, Minh Quan. „Simulation numérique des interactions fluides-polymères dans le cadre d'une turbulence homogène isotrope“. Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEC026/document.
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Dans cette thèse, des simulations numériques directes (DNS) de fluides non Newtoniens (basées sur le modèle rhéologique FENE-P) ont été réalisées et comparées avec des DNS de fluides Newtoniens à même viscosité. Les comparaisons sont effectuées sur les statistiques dans l’espace physique et également dans l’espace spectral. Le résultat le plus remarquable est l’émergence d’une nouvelle loi de puissance avec l’exposant -6 pour l’évolution du spectre d’énergie cinétique, dans la zone dissipative. Nous constatons que dans cette région, il y a une injection d’énergie qui provient des polymères et est transférée au fluide porteur, qui est généralement négligée ou inobservable dans les autres travaux de la littérature. Cette injection d’énergie est responsable de cette nouvelle loi de puissance. Nous avons établi un bilan d’énergie échelle par échelle et une estimation approximative des quantités d’énergie échangée qui confirme ce mécanismeNo abstract
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Schnell, Benoît. „Etude par simulation numérique de la transition vitreuse et de l'état vitreux de polymères denses amorphes : Propriétés mécaniques et phénomène de cavitation“. Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2006. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2006/SCHNELL_Benoit_2006.pdf.
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Cocaud, Julie. „Vieillissement humide de matériaux composites de pales d’hélicoptères : caractérisations et modélisations, de l'échelle de la résine à celle d'assemblages multi-matériaux“. Thesis, Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019NANT4065.
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L’exposition d’une structure en matériaux composites à matrice polymère (CMPs) à un environnement humide peut affecter sa durabilité, à cause d’une diffusion d’humidité en son sein. On parle alors de phénomène de vieillissement humide (VH). La présente étude s’intéresse au VH des CMPs de pales d’hélicoptères. Dans le but de qualifier le comportement diffusif de ces structures, une campagne de caractérisation multi-échelles a été réalisée, au cours de laquelle des matériaux de pales d’hélicoptères ont été soumis à des conditions environnementales sévères de type aéronautique. Des comportements hygro-mécaniques cohérents ont été obtenus du point de vue des différentes échelles de matériaux analysées (résines, matériaux composites, assemblages multi-matériaux). Les résultats expérimentaux ont notamment conduit à la détermination des lois de comportement adaptées aux matériaux de l'étude et à l'identification des paramètres hygroscopiques associés. Ensuite, une méthodologie a été proposée pour modéliser le processus de diffusion d'eau au sein d'un assemblage multi-matériaux, à partir des paramètres diffusifs des mono-matériaux constituants. Une première approche numérique a permis de définir les conditions de diffusion d'eau à l'interface entre deux matériaux différents, par le biais de comparaisons des résultats numériques et expérimentaux. Puis, cette modélisation a été adaptée à la méthode des éléments finis et a rendu possible la simulation de la diffusion d'eau au sein d'une structure multi-matériaux complexe, en l'occurrence, une section de pale d'hélicoptèreExposure of a polymer matrix composite (PMC) structure to a wet environment can affect its durability due to moisture diffusion. This phenomenon is so called wet ageing (WA). This study focuses on the WA of helicopter blades PMCs. In order to qualify the diffusive behavior of these structures, a multi-scale characterization campaign was carried out. Helicopter blades materials were subjected to severe environmental conditions. Consistent hygro-mechanical behaviors were obtained regarding the different scales of materials (resins, composite materials, multi-material assemblies). The materials constitutive laws were determined from the experimental results. Also, the associated hygroscopic parameters were identified. Afterwards, a numerical study made it possible to model the water diffusion within a multi-material assembly based on the diffusive parameters of the constituent materials. The interfacial conditions were defined and validated by comparing numerical and experimental results. Then, this model was adapted to the finite element method. Finally, the simulation of water diffusion within a complex multi-material structure, in the present case, a helicopter blade section, was achieved
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Lechat, Céline. „Comportement mécanique de fibres et d'assemblages de fibres en polyester pour cables d'amarrage de plates-formes offshore“. Paris, ENMP, 2007. http://www.theses.fr/2007ENMP1529.
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Afin de développer les exploitations en eaux profondes, l’industrie pétrolière est confrontée depuis quelques années à la nécessité de modifier les systèmes d’amarrage de plate-forme classiques, habituellement constitués d’acier, pour avoir des systèmes plus légers. Dans le cadre de cette problématique, cette étude s’intéresse au comportement mécanique de câbles synthétiques pour deux matériaux différents, l’un étant déjà utilisé en remplacement de l’acier, et l’autre étant potentiellement utilisable : le PET et le PEN. Dans le but d’une caractérisation multi-échelle, des essais mécaniques (principalement traction, fluage et sollicitation cyclique) ont été réalisés sur des assemblages de taille variable, allant de câbles de plusieurs centaines de kN de force à rupture aux plus petits de leurs composants, les filaments. De fortes corrélations ont été observées entre le comportement quasi-statique des assemblages et celui des filaments, montrant que les effets de construction des assemblages sont limités et facilement identifiés. Le comportement des filaments est lui-même associé à des mécanismes se déroulant à l’échelle moléculaire. En revanche, les résultats obtenus sous sollicitation cyclique ont montré que la considération des mécanismes pouvant provoquer la rupture de filaments individuels (fluage, fatigue en tension, échauffement par hystérésis…) ne suffit pas à expliquer la rupture des câbles. Ceci implique l’intervention d’autres mécanismes, propres aux assemblages, du type abrasion. La comparaison des résultats obtenus pour les deux matériaux a montré que le PEN, très peu étudié jusqu’à ce jour, présente un comportement mécanique très proche de celui du PETFaced with the need to exploit off-shore oil fields at ever increasing depths, lighter replacements are being considered for the standard steel cable mooring systems used for platforms. This study considers the mechanical behaviour of synthetic ropes made of two different materials: PET and PEN. The first is already used in ropes to replace steel, and the second could be a potential competitor. A multi-scale study, involving mechanical tests (mainly tensile, creep and cyclic loading) has been carried out on assemblies of various sizes, from ropes of several hundreds kN breaking load to their smallest components: filaments. Strong correlations were found between the quasi-static behaviour of assemblies and the behaviour of filaments, which in itself is determined by mechanisms at the molecular level. This has shown that the effects of the geometry of the assemblies are limited and can easily be identified. However, results from cyclic loading tests have shown that the consideration of all the mechanisms that could cause failure at the single filament level (creep, tensile fatigue, hysteresis heating…) is not sufficient to explain the failure of ropes. This implies the contribution of other mechanisms associated with fibre assemblies, such as abrasion. The comparison of results from tests on both materials showed that PEN, of which very little is known, exhibits a mechanical behaviour very similar to that of PET
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Chariere, Romain. „Développement de nouveaux matériaux polymères composites allégés à base de micro-sphères creuses modifiées“. Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN061.
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Ces dernières années l’intérêt pour l'utilisation de microsphères creuses de verre comme charges pour polymères a considérablement grandi en raison de leur basse densité, leur haute résistance et leur faible conductivité thermique. Les composites résultants sont largement utilisés dans des applications marines et aérospatiales mais également dans l’industrie automobile. Cependant, les composites présentent des lacunes mécaniques notables comme une élongation à la rupture drastiquement réduite et une diminution de la limite élastique. Ces limites sont directement liées aux propriétés des interfaces entre les microsphères et la matrice. L’objectif de l’étude est de mesurer les gains possibles apportés par une modification de ces interfaces et d’approfondir la compréhension des phénomènes mécaniques gouvernant les interfaces sphères-matrice.Des matériaux d'étude constitués d'une matrice à base de polypropylène (utilisée dans l'industrie automobile) et des microsphères modifiées (modifications chimiques soit par silanisation, soit par greffage de chaînes copolymères éthylène glycol-diméthacrylate) sont mis en œuvre par extrusion/compoundage et injection. Une caractérisation expérimentale des composites et de ses différentes phases a été effectuée et des analyses de la distribution spatiale des microsphères dans la matrice ont été faites par traitement d'images tomographiques. Des tests mécaniques ont été effectués pour mesurer les propriétés des composites et les modifications cristallines du polymère ont été mis en lumière.En parallèle, une approche multi-échelle, basée sur des simulations numériques par FFT (Amitex), permettant de déduire le comportement mécanique homogène du composite à partir de sa microstructure, a été mise en place. L’utilisation de voxels composites a été investiguée sur ce type de microstructure : la résolution requise pour obtenir une réponse convergée est largement diminuéeIn recent years the interest in the use of hollow glass microspheres as polymer fillers has increased considerably due to their low density, high resistance and low thermal conductivity. The resulting composites are widely used in marine and aerospace applications but also in the automotive industry. However, composites have significant mechanical deficiencies such as drastically reduced fracture elongation and reduced yield strength. These limits are directly related to the properties of the interfaces between the microspheres and the matrix. The aim of the study is to measure the possible gains from modifying these interfaces and to deepen the understanding of the mechanical phenomena occur on the spheres-matrix interfaces.Study materials consisting of a polypropylene matrix (used in the automotive industry) and modified microspheres (chemically modified either by silanisation or by grafting copolymer chains ethylene glycol-dimethoacrylate) are produced by extrusion/compounding and injection. Fine experimental characterization of the composites and its various phases was carried out and analyses of the spatial distribution of the microspheres in the matrix were carried out by tomographic image processing. Mechanical tests were carried out to measure the properties of the composites and the crystalline modifications of the polymer brought to light.In parallel, a multiscale approach, based on numerical simulations by FFT (Amitex), allowing to deduce the homogeneous mechanical behaviour of the composite from its microstructure, was implemented. The use of composite voxels has been investigated on this type of microstructure: the resolution required to obtain a converged response is greatly reduced
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Touati, Abdellaziz. „Analyse du retrait et réduction des déformations en stéréolithographie“. Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1998. http://www.theses.fr/1998INPL041N.
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La stéréolithographie est un procédé de fabrication d'objets en polymère base sur la photopolymérisation d'un monomère liquide en polymère solide à l'aide d'un faisceau laser. Une des limitations de ce procédé est due au phénomène du retrait pendant la polymérisation qui entraine une imprécision sur la dimension des pièces. Notre étude concerne la compréhension du phénomène du retrait. Celui-ci dépend de la cinétique de la réaction de polymérisation, de la contraction volumique, mais aussi du temps mis pour balayer une ligne de monomère. En effet, un balayage lent entrainera moins de retrait qu'un balayage rapide car la majorité du retrait est compensée pendant l'irradiation de l'échantillon. Nous avons utilisé cette constatation pour déterminer une stratégie de remplissage de couches basée sur deux paramètres : motifs de remplissage et segmentation des lignes. Afin de nous rapprocher des conditions réelles des pièces fabriquées par stéréolithographie, nous avons optimisé le balayage pour réduire l'interaction entre les couches. Cette procédure minimise la déformation engendrée par le contact de deux couches successives. Les résultats indiquent que nous pouvons réduire significativement les déformations à l'aide de nouveaux motifs de remplissage. De plus, une simulation de ces déformations, à l'aide d'un modèle géométrique, a permis de décrire la déformation d'un voxel isolé ou en interaction avec son voisin. Cette simulation permet de décrire la relaxation d'une ligne au cours du balayage et de montrer que la déformation augmente en fonction du temps. Les résultats de cette simulation sont en accord avec les observations expérimentales concernant la déformation d'une poutre : le balayage alterne évite la propagation de la déformation (effet mémoire) et minimise l'interaction entre les éléments irradiés, c'est-à-dire les tensions internes générées. L’ensemble des études expérimentales, de modélisation et de simulation permet actuellement de mieux contrôler la précision des pièces fabriquées par stéréolithographie
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Comas-Cardona, Sébastien. „Modélisation, simulation et contrôle du couplage hydro-mécanique pour le moulage de composites“. Lille 1, 2005. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/3efa882a-9b13-4d8c-9093-5fb158ec4af4.
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L'intérêt pour les matériaux composites s'est confirmé au cours des dernières années. La réduction des temps de cycle en moulage LCM (Liquid Composite Molding) passe par l'augmentation du débit ou de la pression de la résine sans déplacer et déformer les renforts, inserts et âmes dans la cavité du moule pour garantir la qualité et les performances des pièces. La complexité des phénomènes associés nécessite de recourir à la simulation numérique. Un modèle de comportement des renforts fibreux secs et imprégnés en compression est proposé ainsi qu'une méthode d'identification des paramètres. Une méthodologie basée sur des compressions de renforts imprégnés permet d'extraire les valeurs de perméabilités planes et transverses d'un renfort. Un exemple de couplage hydro-mécahique est simulé avec une méthode numérique sans maillage. Enfin une composante technologique est proposée en vue d'améliorer la fabrication grâce à un lien matériau/machine d'injection/outillage permanent.
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Puaux, Grégory. „Simulation numérique des écoulements aux échelles microscopique et mésoscopique dans le procédé RTM“. Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00667411.
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Le procédé " Resin Transfer Molding " consiste à injecter un polymère thermodurcissable à travers des fibres de renfort, qui polymérise ensuite pour former une pièce composite. L'objectif est de modéliser numériquement l'écoulement à différentes échelles, celle des mèches composants le tissu (mésoscopique) et celle des fibres composants les mèches (microscopique). Cette thèse se décompose en deux parties. La première concerne le calcul de perméabilité d'un volume élémentaire représentatif par prise de moyenne des champs de vitesse et de pression, dans le cadre de la méthode d'immersion de domaines. A l'échelle microscopique, le calcul de perméabilité a été validé en utilisant des lois analytiques. A l'échelle mésoscopique, un couplage entre les équations de Stokes et de Darcy, pour les écoulements entre les mèches et à l'intérieur des mèches a été effectué. La seconde partie aborde l'étape d'imprégnation du renfort à l'échelle microscopique, ce qui inclut la modélisation de l'avancée du front de matière entre les fibres avec prise en compte de la tension de surface. Nous avons implémenté des méthodes pour prendre en compte les phénomènes capillaires. Une méthode d'imposition de l'angle de contact statique de l'interface avec une surface solide, et la condition aux limites de Navier permettant d'imposer un glissement à la ligne triple, ont été implémentées et validées. Tous les développements ont été effectués dans une méthode éléments finis mixtes linéaires en vitesse pression, stabilisée par une fonction bulle (MINI-élément), et en utilisant la méthode d'immersion de domaines.
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Puaux, Grégory. „Simulation numérique des écoulements aux échelles microscopique et mésoscopique dans le procédé RTM“. Phd thesis, Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0055.
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Le procédé " Resin Transfer Molding " consiste à injecter un polymère thermodurcissable à travers des fibres de renfort, qui polymérise ensuite pour former une pièce composite. L'objectif est de modéliser numériquement l'écoulement à différentes échelles, celle des mèches composants le tissu (mésoscopique) et celle des fibres composants les mèches (microscopique). Cette thèse se décompose en deux parties. La première concerne le calcul de perméabilité d'un volume élémentaire représentatif par prise de moyenne des champs de vitesse et de pression, dans le cadre de la méthode d'immersion de domaines. A l'échelle microscopique, le calcul de perméabilité a été validé en utilisant des lois analytiques. A l'échelle mésoscopique, un couplage entre les équations de Stokes et de Darcy, pour les écoulements entre les mèches et à l'intérieur des mèches a été effectué. La seconde partie aborde l'étape d'imprégnation du renfort à l'échelle microscopique, ce qui inclut la modélisation de l'avancée du front de matière entre les fibres avec prise en compte de la tension de surface. Nous avons implémenté des méthodes pour prendre en compte les phénomènes capillaires. Une méthode d'imposition de l'angle de contact statique de l'interface avec une surface solide, et la condition aux limites de Navier permettant d'imposer un glissement à la ligne triple, ont été implémentées et validées. Tous les développements ont été effectués dans une méthode éléments finis mixtes linéaires en vitesse pression, stabilisée par une fonction bulle (MINI-élément), et en utilisant la méthode d'immersion de domainesIn the Resin Transfer Molding (RTM) process, a thermoset resin is injected into a fibrous woven reinforcement. This resin polymerises to form a composite part. The goal is to model the flow at different scales: the tow scale (mesoscopic) and the fibre scale (microscopic), using numerical simulation. This thesis is divided in two parts. The first one is about permeability computation of a representative elementary volume (REV), applying an averaging method on pressure and velocity fields in the frame of the immersed domains method. At microscopic scale, permeability computation is validated using analytical laws. At mesoscopic scale, Stokes and Darcy equations, for the flows between and into yarns, have been implemented. The second part concerns the impregnation of the reinforcement at microscopic scale. It's includes modelling of the flow front movement between fibres with surface tension forces. We have implemented methods to take into account for the capillary phenomenon. We have implemented and validated methods to impose static contact angle and slip of the contact line. All developments are made using finite elements method with a velocity pressure formulation stabilised by a bubble function (MINI-element), and using the immersed domains method
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Touboul, Marion. „Approche multi-échelles morphologique et directe pour une classe de composites particulaires fortement chargés hyperélastiques et viscohyperélastiques“. Poitiers, 2007. http://www.theses.fr/2007POIT2300.
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Cette thèse est consacrée à la modélisation par transition d’échelles d’une large classe de composites particulaires fortement chargés tels que les propergols solides. L’approche (AM) repose en amont sur une schématisation géométrique et cinématique inspirée des travaux de Christoffersen (1983). L’objectif des présents travaux est double : prouver l’applicabilité de l’AM à la viscohyperélasticité (comportement de la matrice des élastomères chargés) et évaluer quantitativement ses performances. Pour traiter le 1er point, l’AM est appliquée à un composite aléatoire à matrice viscohyperélastique, généré numériquement. On montre le caractère direct de la résolution du problème de localisation-homogénéisation grâce à un algorithme opérant dans l’espace-temps réel. Les résultats obtenus sont qualitativement corrects. Concernant le 2ème point, les effets des hypothèses cinématiques propres à l’AM sont testés au travers de comparaisons entre résultats (locaux et globaux) AM et éléments finis (EF) sur des microstructures périodiques (simple et complexe) satisfaisant la schématisation géométrique et pour des comportements de phase hyperélastiques et viscohyperélastiques. Un certain nombre d’atouts et de points d’amélioration de l’AM sont ainsi dégagés. Enfin, un programme transversal de confrontation des estimations à des résultats expérimentaux et à des calculs EF sur un propergol réel est élaboré. Chaque étape –essais sur composite et constituants, caractérisation morphologique par tomographie, maillage EF automatique de la microstructure réelle, détermination des VER (plusieurs centaines de grains) relatifs aux deux méthodes (AM et EF)– est détaillée et les perspectives annoncéesThis study is devoted to multi-scale modelling of a wide class of highly-filled particulate composites such as solid propellants. Inspired by the previous work of Christoffersen (1983), the approach at stake (MA) is based on a preliminary geometrical and kinematical schematization. The objective of this work can be split into two parts : proving the ability of the MA to deal with viscohyperelasticity (behaviour of solid propellants’ elastomeric matrix) and evaluating its quantitative relevance. The first point is treated by applying the MA to a numerically generated composite with random microstructure and viscohyperelastic matrix. The localisation-homogenisation problem is solved in a direct manner thanks to a particular algorithm operating in real time-space domain. Qualitative results are obtained. Concerning the second point, comparisons between MA estimates and finite element (FE) results (global and local levels) are made in order to evaluate the effects of the kinematical hypotheses relative to the MA. These comparisons are made on periodic microstructures (simple and involved) satisfying the MA geometrical schematisation, for hyperelastic ant viscohyperelastic constituents. Some advantages and weaknesses to be improved are highlighted. Finally, a transversal program aiming at confronting MA estimates to experimental and FE results on a real propellant is elaborated. Each step –experimental tests on the composite and its phases, morphological characterisation via tomography, automatic FE meshing of real microstructure, determination of the RVE (a few hundred of grains) relative to both methods (MA and FE)– is detailed and prospective works are presented
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Garg, Himani. „Particle laden inhomogeneous elastic turbulence“. Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I003/document.
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Les expériences de laboratoire montrent que, même dans des solutions très diluées, l’interaction des polymères avec des écoulements fluides peut modifier considérablement les propriétés des écoulements turbulents ou, si l’écoulement est laminaire, peut déclencher un nouveau type de mouvement irrégulier appelé «turbulence élastique». Les écoulements dans un tel régime dynamique sont prometteurs pour améliorer l'efficacité du mélange dans les applications microfluidiques, qui impliquent souvent la présence d'impuretés de taille finie en suspension, telles que des particules solides petites et lourdes. La compréhension de la dispersion des particules dans les écoulements à grand nombre de Reynolds des fluides newtoniens et non newtoniens a déjà été abordée dans des études antérieures, qui ont mis en évidence des effets à la fois à grande et à petite échelle et est un sujet d'intérêt à la fois fondamental et pour des applications environnementales ou industrielles par exemple. Cependant, la dynamique des particules dans les écoulements élastiques et turbulents reste encore peu explorée. L’étude ici vise à étudier les propriétés d’agrégation de particules matérielles ponctuelles (plus lourdes que le fluide porteur) dans les fluides viscoélastiques dans des conditions de turbulence élastique (c’est-à-dire dans le cas de faible inertie du fluide et de grande élasticité). Nous effectuons des simulations numériques directes bi-dimensionelles d’écoulements périodiques avec cisaillement moyen de Kolmogorov avec des solutions de polymères dilués décrites par le modèle Oldroyd-B. Les caractéristiques à petite et grande échelle de la distribution résultante inhomogène de particules sont examinées, en se concentrant sur leur connexion avec la structure sous-jacente de l’écoulement . Notre analyse révèle que les particules sont préférentiellement regroupées dans des régions où les polymères sont instantanément maximalement étirés. L’intensité d’un tel phénomène dépend de l’interaction paramétrée par le nombre de Stokes, entre l’inertie des particules et l’échelle de temps typique associée à l’écoulement de turbulence élastique, et est la plus grande pour des valeurs intermédiaires d’inertie de particules. En particulier, il est montré que la concentration préférentielle de suspensions de particules inertielles dans de tels écoulements ressemblant à la turbulence découle de la nature dissipative de leurs dynamiques. Nous établissons une caractérisation quantitative de ce phénomène (utilisant la corrélation et la dimension de Kaplan-Yorke) qui permet de le relier à l’accumulation de particules dans des régions de l’écoulement filamenteuses fortement déformées produisant des grappes de dimension fractale faiblement supérieure à 1. À plus grande échelle, les particules subissent une ségrégation de type turbophorétique dans la direction non-homogéne de l'écoulement. En effet, nos résultats indiquent que la distribution des particules est fortement liée aux structures moyennes de l’écoulement de type turbulent. En raison de la turbophorèse, les profils de densité moyenne atteignent leur maximum dans les régions où la diffusivité turbulente est la plus faible. L'inhomogénéité à grande échelle de la distribution des particules est interprétée dans le cadre d'un modèle dérivé dans la limite d'inertie des particules, petite mais finie. Les caractéristiques qualitatives de différents observables (telles que L'écart quadratique moyen de la distribution des particules par rapport à la distribution uniforme) sont, dans une large mesure, indépendantes de l'élasticité du l’écoulement. Quand celle-ci est augmentée, on constate cependant que cette dernière diminue légèrement le degré global moyen de mélange turbophorétiqueLaboratory experiments show that, even in very dilute solutions, the interaction of polymers with fluid flows can dramatically change the properties of turbulent flows or, if the flow is laminar, can trigger a new sort of irregular motion named “elastic turbulence”. Flows in such a dynamical regime are promising for enhancing mixing efficiency in microfluidic applications, which often involve the presence of suspended finite-size impurities, like small and heavy solid particles. The understanding of particle dispersion in high-Reynolds number flows of Newtonian, as well as non-Newtonian, fluids were addressed by previous investigations, and it is a subject of interest both at a fundamental level and for applications, e.g., environmental or industrial ones. However, the dynamics of particles in elastic turbulent flows are still quite unexplored.The present study aims at investigating the aggregation properties of pointlike material particles (heavier than the carrying fluid) in viscoelastic fluids in elastic turbulence conditions (i.e. in the limit of vanishing fluid inertia and large elasticity). We carry out extensive direct numerical simulations of the periodic Kolmogorov mean shear flow of two-dimensional dilute polymer solutions described by the Oldroyd-B model. Both the small- and large-scale features of the resulting inhomogeneous particle distribution are examined, focusing on their connection with the underlying flow structure. Our analysis reveals that particles are preferentially clustered in regions of instantaneously maximally stretched polymers. The intensity of such a phenomenon depends on the interplay, parametrized by the Stokes number, between the particle inertia and the typical time scale associated with the elastic turbulence flow, and is the largest for intermediate values of particle inertia.In particular, it is shown that the preferential concentration of inertial particle suspensions in such turbulent-like flows follow from the dissipative nature of their dynamics. We provide a quantitative characterization of this phenomenon (using correlation and Kaplan-Yorke dimension) that allows to relate it to the accumulation of particles in filamentary highly strained flow regions producing clusters of fractal dimension slightly above 1.At larger scales, particles are found to undergo turbophoretic-like segregation along the non-homogeneity direction of the flow. Indeed, our results indicate that the particle distribution is strongly related to the mean turbulent-like structures of the flow. As an effect of turbophoresis, average density profiles peak in the regions of lowest turbulent eddy diffusivity. The large-scale inhomogeneity of the particle distribution is interpreted in the framework of a model derived in the limit of small, but finite, particle inertia. The qualitative characteristics of different observables (such as root-mean-square deviation of the particle distribution, relative to the uniform one) are, to a good extent, independent of the flow elasticity. When increased, the latter is found, however, to slightly reduce the globally averaged degree of turbophoretic unmixing
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Coste, Christian. „Contribution à la simulation numérique du procédé d'extrusion-soufflage des réservoirs à carburants“. Compiègne, 1997. http://www.theses.fr/1997COMP1000.
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L'extrusion-soufflage de pièces techniques est un procédé qui permet la réalisation de corps creux plastiques de formes complexes. L'objectif de notre travail est d'étudier le procédé appliqué à la fabrication des réservoirs à carburants pour l'automobile, afin de réaliser un logiciel de simulation du procédé et d'estimer l'apport d'un tel outil dans la chaîne de développement industriel d'un nouveau produit. Ce procédé met en jeu de nombreux phénomènes physico-chimiques (rhéologie des polymères fondus, changement de phase lors du refroidissement, grandes déformations, non linéarités matérielles et géométriques). Son étude et celle de ses principaux paramètres influents, nous ont permis de définir et de simplifier les hypothèses de simulation. Nous avons alors développé un logiciel "métier" basé sur la méthode des éléments finis, qui prend en compte les différentes phases et les différents outils du process. Nous avons choisi d'utiliser un schéma d'intégration dynamique explicite qui utilise les approximations de type différences finies, pour simuler la mise en forme rapide en grandes déformations. La paraison de forme cylindrique a été maillée par des éléments triangulaires de membrane. Le comportement du polymère a été modélisé par une loi hyperélastique de Mooney-Rivlin dont nous avons déterminé les constantes. Le contact moule-paraison a été supposé collant, géré par la méthode de pénalité. A travers les résultats obtenus nous avons validé les hypothèses retenues en ce qui concerne la répartition d'épaisseur du produit final. Grâce à des simulations sur des formes 3D de type réservoirs à carburants, nous avons mis en évidence l'apport de ce type de logiciel sur le calcul des paramètres process et la façon dont il peut intervenir dans le synoptique de conception d'un produit.
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Jaeckel, Alain. „Simulations Monte Carlo de chaînes confinées“. Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20206.
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Par simulation monte carlo (smc), nous generons a l'ordinateur des chemins statistiques (rfws) ou auto-evitants (saws) a l'interieur de pores spheriques de rayons variables. Ces chemins modelisent respectivement des chaines polymere confinees en solvant theta et en bon solvant. A partir des chaines ainsi construites, on estime les dimensions moyennes usuelles (distance moyenne bout a bout et rayon de giration moyen), les distributions des milieux et des extremites ou tous maillons confondus dans la sphere de confinement, la variation d'entropie en fonction du confinement impose et enfin la pression exercee par la chaine sur la surface de confinement. Nous donnons egalement une relation universelle entre le nombre de conformations d'une chaine de n pas, quel que soit son type, et un parametre de compacite determine par smc. Nous proposons aussi une extension de la theorie des blobs de de gennes. Nous discutons nos resultats au vu de resultats theoriques ou de publications anterieures. Nous etablissons l'existence de lois d'echelle, moyennant l'utilisation de parametres de reduction specifiques a chaque type de chaines (rfws ou saws), et montrons que rfws et saws presentent des comportements comparables pour des valeurs egales du rayon reduit de la sphere de confinement. Ainsi, certaines proprietes des saws confines dans des spheres peuvent etre deduits des resultats theoriques plus accessibles des rfws confines en tenant compte d'une simple renormalisation des dimensions, et ce avec un degre d'approximation satisfaisant, voire bon. Nous etendons nos smc au cas des parcours hamiltoniens dont le nombre peut etre estime, pour un carre de cote donne, via l'utilisation d'une loi d'echelle empirique que nous avons etablie. Enfin, nous avons cherche a elucider un vieux probleme de la litterature qui concerne l'exposant d'echelle et la dimension critique des chaines auto-evitantes generees par la procedure reflechissante non ponderee de rosenbluth et rosenbluth.
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Ballivian, Renaud. „Étude de complexes non-covalents et de polymères organiques par couplage entre la spectrométrie de masse et la mobilité ionique“. Thesis, Lyon 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LYO10219.
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L’étude de la structure de complexes non-covalents présente un intérêt fondamental dans la recherche en chimie des protéines. Le premier objectif est de caractériser les interactions physico-chimiques sur lesquelles repose l’adoption d’une structure tridimensionnelle fonctionnelle par un édifice multimoléculaire. Le second objectif est de mettre en évidence les changements structuraux induits par le phénomène de complexation, et leur influence sur la fonction du système. Le couplage entre la spectrométrie de masse et la mobilité ionique (IM/MS) est une technique d’étude structurale en phase gazeuse, dont le principe repose sur la séparation d’ions selon leur forme et leur rapport masse sur charge, et qui permet en outre de mesurer leurs sections efficaces de diffusion. Grâce à cette technique, nous avons réalisé l’étude structurale de trois complexes non-covalents : l’agrégation de molécules de tanin sur la protéine salivaire humaine IB5, la fixation du ligand Ac2KAA sur la vancomycine, et la complexation de cations métalliques sur des polymères poly-lactide. L’évolution des sections efficaces en fonction de la taille du système ou de l’état de complexation met en évidence la présence de transitions structurales. De plus, utilisé avec de la modélisation moléculaire ou de la spectroscopie laser, le couplage IM/MS s’avère pertinent pour caractériser les interactions responsables de la stabilisation de tels complexes. Ces travaux de thèse montrent que cette technique , au-delà du simple aspect analytique (séparation d’isomères), peut également être utilisée au sein d’études plus globales, mettant en jeu plusieurs techniques afin de résoudre la structure de systèmes complexesKnowing the structure of non-covalent complexes is essential to understand many biological processes. The first step is the characterization of the interactions leading to the adoption of a functional tridimensional structure by a multimeric assembly. The second step consists of underlining the structural modifications induced by the complexation, and their influence on the system’s function. The Ion Mobility/Mass Spectrometry (IM/MS) is a gas-phase method that is used to separate ions according to their geometry and their masse-to-charge ratio. IM/MS also provides insights on their intrinsic properties, by measuring their collision cross sections. Using this method, we have studied the structure of three different non-covalent complexes: the aggregation of tannins on the human salivary protein IB-5, the fixation of a small ligand (Ac2KAA) on vancomycin, and the complexation between metallic cations and poly-lactid polymers. The evolution of the collision cross-sections as a function of the size of the system or the complexation state clearly shows structural transitions. Moreover, combined with molecular modeling or laser spectroscopy, the IM/MS technique reveals to be a powerful tool to characterize the relevant interactions in such systems. This work proves that IM/MS, besides a powerful analytical aspect, can also be used in global studies that involve several structural methods to resolve the structure of large multimeric assemblies
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Lefèvre, Delphine. „Étude expérimentale, modélisation et simulation de la filtration lors de l'écoulement d'une résine chargée de particules à travers un renfort fibreux dans les technologies LCM“. Lille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007LIL10144.
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La fabrication de pièces composites à matrice organique chargée de particules par un procédé de type LCM (Liquid Composite Molding) soulève le problème de l'écoulement du mélange de la résine avec les charges à travers le renfort fibreux. L'augmentation de la viscosité due aux particules, d'une part, et la filtration éventuelle des charges par le réseau fibreux, d'autre part, sont deux phénomènes à considérer car ils peuvent engendrer d'importants défauts de fabrication. Cette étude, volontairement limitée à une géométrie 1D, comporte une phase expérimentale et une phase de modélisation à l'échelle macroscopique, complémentaires l'une de l'autre, et menées en parallèle. Un moyen simple de mesure de la quantité de charges présentes dans la pièce en fin d'injection a d'abord été mis au point. Des essais d'injection de pièces, menés dans différentes conditions expérimentales, ont mis en évidence l'existence de deux comportements de filtration distincts. La modélisation est basée sur une équation de conservation de la masse et trois équations constitutives. Le modèle de filtration proposé dépend de deux paramètres physiques et d'un seul paramètre numérique, qui ont été identifiés par méthode inverse à partir des résultats expérimentaux. Enfin, la résolution du modèle développé est couplée à celle de l'écoulement d'un fluide à travers un renfort fibreux. Les résultats de la simulation, tant pour le profil de concentration de charges dans la pièce que pour le temps d'injection, sont très satisfaisants et viennent valider la démarche générale de cette étude.
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Martins, Ramon Silva. „Numerical simulation of turbulent viscoelastic fluid flows : flow classification and preservation of positive-definiteness of the conformation tensor“. Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10127/document.
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Le but de ce travail est de fournir une amélioration de la connaissance sur le phénomène de la réduction de la traînée induite par polymère en considérant certains aspects de sa simulation numérique et les changements qui se produisent dans la cinématique de l’écoulement. Dans un premier temps, les transformations du type racine carrée et kernel racine-k pour le tenseur de conformation du modèle FENE-P ont été implémentées afin d’assurer la positivité du tenseur de conformation. Cependant, ces approches divergent en raison du caractère non-borné du tenseur de conformation. Cette contrainte n’a pas été respectée, même avec l’inclusion de diffusion artificielle. L’effet d’amortissement de la diffusion artificielle a permis d’assurer la stabilité numérique, mais il aboutit à une réduction de la traînée relative de 22% à 42% plus faible que prévue par les approches standards. Dans un second temps, les modes hyperboliques, paraboliques et elliptiques des écoulements turbulents viscoélastiques ont été évalués en utilisant de différents critères de classification d’écoulements. Certains avantages concernant les critères objectifs ont été discutés. On a observé que les domaines hyperboliques contribuent de manière significative à la cinématique de l’écoulement. Enfin, on a observé une tendance des domaines elliptiques et hyperboliques à devenir paraboliques et que cette tendance augmente avec l’élasticitéThe purpose of this work is to provide an enhancement of the knowledge about the polymer-induced drag reduction phenomenon by considering some aspects of its numerical simulation and the changes that occur in the flow kinematics. In the first part, the square root and kernel root-k formulations for the conformation tensor in the FENE-P model were implemented and showed to preserve the positiveness of the conformation tensor. However, they led to numerical divergence due to the loss of boundedness of the conformation tensor. This constraint was violated even with the inclusion of artificial diffusion. The damping effect of artificial diffusion helped to ensure numerical stability, but led to relative drag reduction from 22% to 42% lower than expected from traditional methods. In the second part, the hyperbolic, parabolic and elliptic modes of turbulent viscoelastic flows were evaluated by means of different flow classification criteria. Some advantages of considering objective criteria were discussed. It was shown that the hyperbolic domains significantly contribute to the flow kinematics. Finally, a tendency of both elliptic and hyperbolic domains to become parabolic was observed and found to increase with the elasticity
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Anoukou, Kokou. „Modélisation multi-échelle du comportement mécanique de nanocomposites polymères à renforts d’argile de type montmorillonite : approche micromécanique et simulation de dynamique moléculaire“. Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10139/document.
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Les nanocomposites à matrice polymère et à renforts d’argile ont pris une grande importance au cours de ces deux dernières décennies. Ceci trouve son explication d’une part, dans la grande disponibilité et le faible coût de production de la phase renforçante, et d’autre part dans les remarquables améliorations de propriétés physiques et mécaniques. Ces améliorations sont observées même à de très faibles quantités de renforts comparées à celles de leurs homologues microcomposites. Le développement de ces nouveaux matériaux suscite un fort engouement tant au niveau de la recherche académique qu’industrielle. Cependant, les mécanismes responsables de ces améliorations de propriétés demeurent mal compris et restent l’une des principales préoccupations des chercheurs. Il s’agit dans ce travail de thèse, d’apporter une contribution à la compréhension et à la mise au point d’outils prédictifs du comportement mécanique de nanocomposites polymères à renforts d’argile de type montmorillonite. Pour y parvenir, deux approches de modélisation sont utilisées : la micromécanique des matériaux hétérogènes et la simulation de dynamique moléculaire. Du point de vue analytique, un modèle micromécanique basé sur l’approche auto-cohérente est développé. Le modèle proposé est validé par nos données expérimentales et celles issues de la littérature. Un protocole de simulation de dynamique moléculaire est proposé pour la modélisation à l’échelle atomique de ces nanomatériaux. Cette approche nous a permis, entre autres, de faire la lumière sur les interactions moléculaires entre les différents constituants, et de déterminer les propriétés élastiques effectives du nanocompositePolymer nanocomposites reinforced with clay minerals have attracted a great consideration during the last two decades. That can be explained, firstly, by the availability and the reduced production cost of the reinforcing phase, and secondly, by the remarkable improvements in physical and mechanical properties. These improvements are observed even at very low amounts of reinforcements compared to their microcomposite counterparts. The development of these new materials creates a keen interest both in academic and industrial research. However, the mechanisms responsible of these property improvements are still poorly understood and remain a major concern of researchers. This work contributes to the understanding and to the development of predictive tools of the mechanical behavior of polymer nanocomposites reinforced with montmorillonite clay using two modeling approaches: the micromechanics of heterogeneous materials and the molecular dynamics simulation. An analytical micromechanical model based on the self-consistent approach is developed. The proposed model is validated by our experimental data and those from the literature. A new molecular dynamics simulation protocol is proposed for the modeling of these nanomaterials at the nanometric scale. This approach has allowed us, inter alia, to get insight into the molecular interactions between the different components and to determine the effective elastic properties of the nanocomposite
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Bouaziz, Rami. „Mise en œuvre et modélisation du comportement cyclique des polymères à mémoire de forme“. Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10087.
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Le polyuréthane thermoplastique à mémoire de forme est un matériau "intelligent", réactif, capable de répondre à un stimulus thermique en déployant de grandes déformations et de retrouver ensuite sa forme initiale lors d’un cycle thermomécanique. Cette réversibilité totale est possible sur plusieurs cycles. Afin de Dimensionner un composant à mémoire de forme dans un système mécanique, un modèle de simulation numérique thermo-viscoélastique en grandes déformations de l’effet mémoire de forme est proposé. L’identification des paramètres de ce modèle est réalisée sur la base d’essais thermomécaniques (analyse mécanique dynamique DMA, traction-relaxation en température, recouvrements libres et contraints). La loi de comportement ainsi formulée, qui découple la contrainte hyperélastique et la contrainte viscoélastique, est programmée dans le logiciel de simulation numérique Comsol Multiphysics. Les résultats de la simulation montrent une très bonne concordance avec la réponse expérimentale du matériau au cours de plusieurs cycles de mémoire de forme. Afin d'améliorer les performances mécaniques statiques et dynamiques du polymère à mémoire de forme du polyuréthane thermoplastique (TPU), nous proposons d’ajouter des faibles pourcentages de nanotubes de halloysite (HNT) en utilisant un processus d’extrusion à l'état fondu avec du polyuréthane thermoplastique. Ce processus a induit une répartition homogène et une bonne dispersion de nanotubes dans toute la matrice TPU. Les essais mécaniques en tension ont démontré que la force et le module des nanocomposites augmentaient de manière significative avec l'ajout de halloysites sans perte de ductilité. En outre, les tests de mémoire cyclique en grande souplesse ont montré que les propriétés de la mémoire de forme, principalement la vitesse de récupération, étaient également améliorées. Nous avons, finalement, étudié l'effet de l’ajout des nanotubes sur les paramètres mécaniques du modèle proposéThe semi-crystalline thermoplastic shape memory polyurethane (TPU-SMPU) is a smart material which has the ability to return to its original shape after applying a large strain thermo-mechanical cycle when it is stimulated by heating. This smart material has the advantage of recovering even after more than 100% of strain during several thermo-mechanical cycles. To explore the performance of a smart component in a mechanical system, it is mandatory to master the prediction of its behavior through a numerical model. A constitutive model is, then, proposed to describe its thermo-mechanical behavior and to predict the shape memory response. Uniaxial tensile tests at small strain rates were performed at 60°C in order to analyze the hyper-elastic response for each cycle. Relaxation tests were carried out at the end of the previous tensile loading to highlight the viscoelastic response during the shape memory cycle. These experimental data were, then, used in a curve-fitting algorithm employing least-squares optimization approach in order to identify the parameters of the proposed model. At last, the shape memory effect was investigated by means of free and constrained recovery experiments. The proposed model was then implemented into Comsol Multiphysics. It predicts quite well the experimental results in all cycles. In order to assess its predictability, this model has, then, been applied to the design of 3D structures. Furthermore, the mechanical performance and the shape memory properties have been improved by the addition of halloysite nanotubes (HNTs) with different weight percentages of nanotubes contents using a melt extrusion process. This process induced a homogeneous distribution and a good dispersion of nanotubes throughout the TPU matrix. Mechanical tests in tension demonstrated that strength and modulus of the nanocomposites significantly increase with addition of halloysites without significant loss of ductility. Moreover, cyclic shape memory tests under large strain showed that shape memory properties, mainly the recovery speed, were also enhanced. Using a thermo-visco-hyperelastic model for shape memory polymers, we have investigated the effect of nanotubes addition on the mechanical parameters
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Gourichon, Boris. „Analyse expérimentale et modélisation des mécanismes de génération de micro-vides en moulage RTM de composites organiques“. Lille 1, 2005. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2005/50376-2005-126.pdf.
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Le moulage RTM est un procédé de fabrication très répandu pour la fabrication de pièces en matériaux composite. Une méthode expérimentale de mesure des taux de micro-vides pour des écoulements unidirectionnels a été développée. Les cinétiques de création et d'éliminations des micro-vides ont été mesurées pour un renfort fibreux. Les résultats présentés montrent l'existence d'une fenêtre de procédé pour des débits d'injection élevés adaptée aux applications nécessitant des cadences de production élevées. Un modèle numérique de prévision du taux de micro-vides a été développé intégrant les constatations expérimentales. Les résultats sont en bon accord avec l'expérience et permettent d'obtenir les cartographies de taux de micro-vides locaux. De plus, ces travaux montrent qu'une analyse expérimentale rigoureuse est nécessaire à la détermination de paramètres physiques du renfort influençant fortement la précision des résultats.
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Soeiro, Pereira Anselmo. „Transient aspects of the polymer induced drag reduction phenomenon“. Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10138/document.
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La dilution en faible concentration de chaînes polymériques longues dans un fluide newtonien peut réduire la traînée turbulente, phénomène nommé ici DR (drag reduction). Les polymères s’étirent et s’enroulent successivement, en interaction avec les structures turbulentes, imposant à DR un comportement transitoire. Il en résulte que la DR traverse trois stades. Lors du premier, la DR démarre à zéro et descend à des valeurs négatives en raison d’un étirement considérable du polymère au début du processus, ce qui exige de l’énergie de l’écoulement. Une fois atteint le niveau minimal de réduction de la traînée, les polymères commencent leur cycle d’étirement-enroulement et la DR augmente en réponse au développement de structures turbulentes, pour en arriver à une valeur maximale, menant au début du deuxième stade. Cependant, les polymères peuvent subir une dégradation mécanique à la suite d’un étirement polymérique intense. Lorsque la dégradation polymérique devient assez prononcée, la DR redescend pour atteindre une valeur finale qui indique que la dégradation s’est arrêtée. Le processus de dégradation polymérique caractérise le troisième stade. Dans le présent travail, ces trois stades sont examinés à l’aide de simulations numériques directes d’écoulements turbulents viscoélastiques FENE-P en géométries du type Poiseuille plan et Couette plan, sur un large éventail de nombres de Reynolds, de nombres de Weissenberg et d’extension maximale de la chaîne polymérique. Les deux premiers stades sont étudiés à partir des analyses tensorielle, énergétique et spectrale. Un nouveau modèle de dégradation polymérique est proposé afin de reproduire numériquement le stade finalThe addition of a small amount of polymers of high molecular weight can lead to a pressure drop decrease in turbulent flows. The polymers successively stretch and coil by interacting with the turbulent structures, which imposes a transient behaviour on the drag reduction (DR). As a result, DR undergoes three stages over time: A, B, and C. In stage A, DR departs from zero and assumes negative values due to a significant polymer stretching at the beginning of the process, which requires energy from the flow. After the minimum DR is reached, the polymers start their coil-stretch cycle and DR increases in response to the development of turbulent structures, achieving a maximum value, which makes for the beginning of stage B. However, during their coil-stretch cycle, polymers can be mechanically degraded as a result of an intense polymer stretching, which reduces their ability to act as energy exchange agents. Hence, when polymer degradation becomes pronounced, DR decreases until achieving a final value. The polymer degradation process characterizes the stage C. In the present work, numerical analyses are conducted aiming to investigate the stages A, B and C. The transient aspects of the polymer induced drag reduction phenomenon are explored with the aid of direct numerical simulations of turbulent plane Poiseulle and Couette flows of viscoelastic FENE-P fluids taking into account a large range of Reynolds number, Weissenberg number and maximum polymer molecule extensibility. Stages A and B are carefully studied from tensor, energy budget and spectral perspectives. A polymer scission model is developed in order to numerically reproduce the stage C
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Huang, Chien-Cheng. „Statics, dynamics, and rheological properties of micellar solutions by computer simulation“. Thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2007. http://www.theses.fr/2007METZ022S/document.
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Les propriétés statiques, dynamiques, rhéologiques et la cinétique de scissions et recombinaisons de micelles linéaires auto-assemblées sont étudiées à l'équilibre et sous-écoulement par simulations sur ordinateur, en utilisant un modèle mésoscopique nouveau. Nous représentons les micelles comme des séquences linéaires de billes browniennes dont l'évolution spatio-temporelle est gouvernée par la dynamique de Langevin. Un algorithme de Monte-Carlo contrôle l'ouverture des liens ou la fusion de deux chaînes par les bouts. Un paramètre cinétique o, qui modélise l'effet d'une barrière le long d'un chemin de réaction, est introduit dans notre modèle. A l'équilibre, nous nous concentrons sur les mécanismes de scission/recombinaison aux temps long et court. Nos résultats montrent que pour les temps plus grands que le temps de vie d'une chaîne moyenne, la cinétique est en accord avec le modèle champ-moyen de Cates. L'étude de fonctions de relaxation macroscopique confirme que nos constantes cinétiques effectives obtenues aux temps longs sont pertinentes pour ces relaxations. Pour la situation hors équilibre, nous étudions les effets du couplage entre un écoulement de cisaillement et la cinétique de scission et recombinaison sur les propriétés structurales et rhéologiques du système micellaire. Nous nous plaçons dans un régime semi-dilué et dynamiquement 'unentangled'. Le paramètre o est choisi de façon à ce que la durée de vie d'une chaîne moyenne soit plus courte que son temps de relaxation de Rouse le plus long. Nos analyses font apparaître une longueur dynamique A, le fiagrnent de chaîne dont la durée de vie TA est égale à son temps de Rouse. Nous trouvons que les propriétés telles que la rhéo-fluidification, l'orientation des chaînes et l'étirement des liens sont des fonctions du taux de cisaillement réduit PA= YT* , alors que la longueur moyenne des micelles est une fonction décroissante du taux de cisaillement, indépendamment de la barrière du processus scission/recombinaisonStatics, Dynamics, and Rheological properties of Micellar solutions by Computer Simulation Statics, dynamics, rheology and scission-recombination kinetics of self-assembling linear micelles are investigated at equlibrium state and under shear flow by computer simulations using a newly proposed mesoscopic model. We model the micelles as linear sequences of Brownian beads whose space-time evolution is governed by Langevin dynamics. A Monte Carlo algorithm controls the opening of a bond or the chain-end fusion. A kinetic parameter o, modelling the effect of a potential barrier along a kinetic path, is introduced in our model. For equilibrium state we focus on the analysis of short and long time behaviors of the scission and recombination mechanisms. Our results show that at time scales larger than the life time of the average chain length, the kinetics is in agreement with the mean-field kinetics model of Cates. By studying macroscopic relaxation phenomena such as the average micelle length evolution after a T-jump, the monomer diffusion, and the zero shear relaxation function, we confirm that the effective kinetic constants found are indeed the relevant parameters when macroscopic relaxation is coupled to the kinetics of micelles. For the non-equilibrium situation, we study the coupled effects of the shear flow and the scissionrecombination kinetics, on the structural and rheological properties of this micellar system. Our study is performed in semi-dilute and dynamically unentangled regime conditions. The explored parameter o range is chosen in order for the life time of the average size chain to remain shorter than its intrinsic (Rouse) longest relaxation time. Central to our analysis is the concept of dynamical unit of size A, the chain fiagrnent for which the life time TA and the Rouse time are equal. Shear thinning, chain orientation and bond stretching are found to depend upon the reduced shear rate P1\=y~A while the average micelle size is found to decrease with increasing shear rate, independently of the height of the barrier of the scission-recombination process
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Nguyen, Huu-Thuan. „Contribution à la modélisation du procédé de rotomoulage“. Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10043.
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Cette thèse porte sur l'étude de l'écoulement et du transfert thermique de polymère dans les deux procédés de rotomoulage: rotomoulage réactif et rotomoulage de poudres thermoplastiques. L'écoulement du polymère réactif au cours du rotomoulage a été modélisé par l'écoulement d'un fluide réactif à surface libre sous gravité à l'intérieur d'un cylindre horizontal en rotation autour de son axe principal. Dans ce cas, la méthode lagrangienne ''Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)'' a été appliquée en utilisant une expression adaptée de la viscosité variable du polymère réactif. À l'état de poudre, l'écoulement et le transfert thermique de polymère au cours du rotomoulage des poudres thermoplastiques a été modélisés en utilisant un code de calcul basé sur la ''Méthode des Éléments Discrets (DEM)''. Les régimes d'écoulement, la ségrégation, le mélange et le transfert thermique des poudres dans un moule en rotation ont été simulés. Chaque fois que cela était possible des résultats des modèles ont été validés expérimentalement avec succèsThis Ph.D research work is about the study of polymer flow and heat transfer in both processes of rotational molding: reactive rotational molding and rotational molding of thermoplastic powders. The flow of the reactive polymer in the reactive rotational molding was modeled by a free surface flow under gravity inside a horizontal rotating cylinder. The meshless and lagrangian method ''Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)'' was applied to simulate the flow by using an adapted variable viscosity expression. In powder state, the flow and heat transfer of polymer during rotational molding of thermoplastic powders are modeled using a solver based on the ''Discrete Element Method (DEM)''. In which, the flow regime, the segregation, the mixture and the heat transfer of polymer powders inside a horizontal rotating cylinder was simulated. Results of the model have been validated experimentally with success
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Ben, Chaabane Samir. „Contribution à la modélisation numérique de la mise en forme des corps creux plastiques“. Compiègne, 1994. http://www.theses.fr/1994COMPD693.
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L'objectif de la présente thèse est de mettre au point un prototype de logiciel destiné à la simulation numérique du soufflage des corps creux plastiques. De nombreux phénomènes complexes sont pris en compte dans le modèle : grandes déformations, comportement hyperélastique, contact deux approches numériques (inverse et incrémentale) basées sur la méthode des éléments finis sont développées. Ces deux approches ont un caractère implicite et supposent un comportement membranaire de la structure. Un élément fini de coque axisymétrique et un élément triangulaire tridimensionnel ont été utilisés pour discrétiser les parois plastiques, et pour représenter les contacteurs. L'utilisation d'une loi de comportement totale nous a permis d'imposer au choix l'épaisseur finale ou l'épaisseur initiale connue. Des exemples axisymétriques et tridimensionnels sont traités, et les résultats obtenus sont comparés dans la mesure du possible à des mesures expérimentales. La validité et l'intérêt de l'approche inverse sont prouvés à l'aide d'exemples.
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Ahmad, Daniel. „Analyse et simulation de la déformation de films polymères de décoration au cours de leur mise en forme“. Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0122/document.
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La simulation de la mise en forme des films polymères de décoration par le procédé de thermoformage a plusieurs objectifs. Elle permet de déterminer la faisabilité, ou les conditions de cette faisabilité et surtout elle permet de résoudre les nombreuses problématiques concernant la maîtrise des propriétés finales du film de décoration, telles que sa distribution d'épaisseur. Les simulations évitent les coûteuses études expérimentales par essais-erreurs. Le travail présenté dans ce document concerne les deux étapes principales de la mise en forme des films polymères par thermoformage, à savoir, l’étape de chauffage thermique par infrarouge et l’étape dite de formage. Les apports de ce travail sont les suivants : le développement d’une loi de comportement viscoélastique isotrope non isotherme, permettant de décrire le comportement mécanique du film polymère au cours de sa déformation. La simulation de l’étape de chauffage infrarouge permettant la mise en forme des films polymères à la température calculée par la prise en compte de la loi de comportement mécanique proposée. Enfin, un ensemble de simulations de mise en forme ont été réalisés et validés par comparaison avec des essais expérimentauxThe simulation of the forming process of polymer films for thermoforming process has several objectives. It allows to determine feasibility or the conditions of this feasibility and above all it allows to know the thickness distribution of the deformed film of decoration. Simulations avoid the expensive experimental studies by test-errors. The work presented in this document relates to the two steps of the thermoforming of polymer films. The first step consists in heating the sheet using infrared lamps and the second step consists in forming the sheet into a mold. The contributions of this work are as follows: development of numerical modelling of the thermoforming process for non-isothermal viscoelastic sheet under large strains. Simulation of the heating step with taken into account the heterogeneous radiative heat transfer due to the shape of the tools. Finally, a set of simulations of forming processes was realized and the results of the simulations are compared to the results of experiments
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Dorléans, Vincent. „Caractérisation et modélisation du comportement et de la rupture de thermoplastiques pour une large gamme de vitesse de déformation et de température“. Thesis, Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2020. http://www.theses.fr/2020UPHF0031.
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De nos jours les matériaux polymères sont omniprésents dans l’habitacle d’un véhicule. C’est le cas notamment pour les composants comme la planche de bord ou les panneaux de portes. Ces éléments sont soumis à des cahiers des charges imposés par les réglementations internationales pour minimiser les blessures occasionnées à l’occupant en cas d’accident. Il est donc indispensable de caractériser les propriétés mécaniques de ces matériaux par des essais physiques impliquant différents cas de chargement sur de larges gammes de vitesse de sollicitation et de température. Les données recueillies permettent ainsi d’alimenter des modèles de comportement numériques censés reproduire avec fidélité le comportement complet d’un polymère, si possible jusqu’à rupture, en prenant en compte toutes ses spécificités. En effet, dans un souci d’optimisation des coûts de développement, la simulation numérique est aujourd’hui un outil incontournable dans la conception et le dimensionnement de composants. Ainsi dans le cadre de ces travaux, il est proposé de caractériser le comportement complet d’un polymère semi-cristallin jusqu’à la rupture pour une gamme étendue de vitesse de déformation et de température. Dans un premier temps, des DMA et des essais de traction sont réalisés pour caractériser les propriétés viscoélastiques-viscoplastiques du matériau. Puis la notion de principe d’équivalence temps/température est introduite et vérifiée expérimentalement dans les deux domaines. Un modèle basé sur les équations constitutives développées par Balieu et al. et enrichi grâce à ce principe est alors identifié puis implémenté dans le code de calcul Ls Dyna. Il est validé par comparaison à divers résultats expérimentaux. Dans un second temps, les travaux portent sur la caractérisation expérimentale et la modélisation de la rupture. Après avoir défini des géométries d’éprouvettes permettant d’atteindre des taux de triaxialité variés, des essais à rupture sont réalisés à différentes vitesses de déformation pour deux températures +23 et -30°C. Une surface de comportement à rupture est ainsi identifiée et introduite dans le modèle de rupture GISSMO. Le modèle complet, i.e. associant les lois de comportement et de rupture, et ensuite validé en comparaison à des résultats expérimentaux sur éprouvettes, mais également sur démonstrateur industrielNowadays, polymers are used for the interior parts of vehicles. It is particularly the case for components such as dashboards and door panels. These elements are submitted to requirements imposed by international regulations in order to minimize the injuries of the passengers in case of a car crash. It is therefore essential to characterize the mechanical properties of those polymeric materials for several load cases on a wide range of strain-rate and temperature. The collected data can be used to fill numerical behavior models supposed to accurately predict the whole behavior of a polymer, if possible up the failure, taking all polymer behavior specificities into account. Indeed, aiming at optimizing development costs, numerical simulation is currently a key tool in the design of engineering components. Thus, in this thesis work, it is proposed to characterize the complete whole behavior of a semi-crystalline polymer in a wide range of strain-rate and temperature until failure. First, some DMA and tensile tests are carried out in order to characterize the viscoelastic and viscoplastic properties of the material. Then, time-temperature-superposition principle is introduced and validated in the two domains. A model based on the constitutive equations developed by Balieu and al. and enriched thanks to this principle is identified and implemented in the Ls Dyna code. It is validated by comparison with experimental results. Secondly, the work focusses on the experimental characterization and the modelling of failure. Several specimen geometries are designed to reach some specific triaxiality ratios and are tested at different strain-rates and two temperatures +23 and -30°C. A failure behavior surface is thus identified and introduced in the GISSMO failure model. The complete model of behavior, i.e. constituted of behavior laws and failure criterion, is then validated based on comparison with experimental data extracted from tests on specimens, but also on an industrial demonstrator
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Guigon, Camille. „Vieillissement par cyclage thermique de composites interlocks 3D à matrice polymère“. Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2015. http://www.theses.fr/2015ESMA0004.
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L’introduction des composites dans des pièces structurelles critiques pour les aéronefs représente une réelle rupture technologique et nécessite des études spécifiques afin de maîtriser leur comportement et leur durabilité. Ce travail a pour objectifs de caractériser et de comprendre les mécanismes de vieillissement de composites interlock 3D à fibres de carbone et à matrice polymère lorsqu’ils sont soumis à des cycles thermiques.Dans ce but, un essai de cyclage thermique (-55°C/120°C), dont l’environnement thermique et gazeux est totalement maitrisé, a été mis en place pour le vieillissement d’échantillons composites représentatifs du motif interlock élémentaire. L’analyse des mécanismes de dégradation induits a été réalisée grâce i/ à la mise au point d’une méthode de caractérisation quantitative 3D de l’évolution des microfissures au cours du cyclage, basée sur des observations par microtomographie RX et sur le développement d’une procédure de traitement d’images spécifique, ii/ au développement d’un essai de cyclage thermique in situ synchrotron couplé à une technique de corrélation d’images volumiques 3D, et iii/ à des simulations par éléments finis prenant en compte l’architecture réelle des échantillons à l’échelle mésoscopique et le comportement thermo-viscoélastique de la matrice.Les résultats obtenus mettent en évidence des couplages thermo-chimio-mécaniques complexes,qui s’expriment à travers quatre paramètres influents : le temps (et le nombre de cycles),l’architecture de l’interlock, la ténacité de la matrice et sa sensibilité à la thermo-oxydationThe introduction of composite materials in critical structural parts for aircrafts represents a real technological breakthrough and requires specific studies to understand their behavior and durability. This work aims to characterize and understand the ageing mechanisms incarbon/epoxy 3D interlock composites when they are submitted to thermal cycling.For this purpose, a thermal cycle test (-55°C/120°C), whose heat and gaseous environment istotally mastered, was set up for the ageing of composite samples of elemental interlock pattern dimensions. Analysis of induced degradation mechanisms was achieved by i/ the development ofa 3D quantitative characterization method of the evolution of microcracks during cycling, basedon observations by microtomography RX and the development of a specific image processing procedure, ii/ the development of an in situ thermal cycle test under synchrotron light, coupled to a digital volume correlation technique, and iii/finite elements simulations taking into account the actual mesoscopic architecture of the samples and the thermo-viscoelastic behavior of thematrix.The results reveal complex thermo-chemo-mechanical couplings that are linked to four important parameters: time (and the number of cycles), the interlock architecture, the matrix toughness andits sensitivity to thermo-oxidation
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Durin, Audrey. „Modélisation du mélange de polymères chargés et de la casse de fibres rigides en extrusion bivis“. Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00687658.
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Dans cette thèse, nous avons voulu exploiter et étendre les outils de simulation à notre disposition pour proposer des méthodes de caractérisation et de prédiction du mélange à différentes échelles. À l'échelle locale d'écoulements macroscopiques, nous avons voulu exploiter les possibilités offertes par le logiciel de simulation 3D éléments finis XimeX® et y apporter des améliorations dans le but d'obtenir un outil d'étude du mélange distributif de particules dans un polymère par extrusion bivis. Nous avons ainsi enrichi la méthode éléments finis existante à l'aide de la bibliothèque éléments finis CimLib© du Cemef pour atteindre une plus grande précision de calcul, puis nous avons testé plusieurs méthodes de lâchers de particules afin de simuler le déplacement de charges dans la matrice polymère au cours du mélange. Nous avons ensuite appliqué quelques méthodes de caractérisations du mélange, dont une inédite, à ces lâchers de particules, et ce dans le cas de plusieurs géométries de vis. À l'échelle de la particule, on s'est intéressé aux mécanismes conduisant à la casse de fibres rigides, telles que les fibres de verre, lors du mélange avec un polymère en extrusion bivis. Nous avons choisi de faire des hypothèses assez importantes afin de simplifier ce problème extrêmement complexe et nous avons proposé une méthode de simulation de l'évolution de la distribution des longueurs de fibres le long de l'écoulement basée sur la conservation de la masse des fibres. Nous avons utilisé comme paramètres de cette simulation les résultats de calcul 1D obtenus par le logiciel Ludovic® qui repose sur des approches de type ALH. Nous avons ensuite comparé quelques résultats de calcul à des distributions de longueurs mesurées sur des échantillons prélevés le long d'une extrudeuse bivis.
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Sabaté, Thomas. „Modeling, visualizing and quantifying chromatin loop extrusion dynamics in living human cells“. Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS304.
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L’étude de l’organisation 3D du génome a révélé l’existence de boucles de chromatine et des Topologically Associating Domains (TADs) de l’ordre de plusieurs centaines de kilobases, créés par l’anneau de cohésine par le processus d’extrusion de boucle d’ADN. Cependant, ces structures ont été caractérisées presque exclusivement par des techniques de génomique et d’imagerie de cellules fixées, leur dynamique temporelle reste donc peu comprise. Par exemple, la durée des contacts créés par extrusion de boucles n’est pas définie et des paramètres majeurs de ce processus comme la durée de vie des contacts ancre-ancre et la vitesse d’extrusion in vivo sont toujours inconnus. Pour répondre à cette lacune, j’ai quantifié la dynamique de l’extrusion de boucle cohésine-dépendante en visualisant et suivant dans le temps plusieurs paires d’ancres de boucles dans des cellules humaines vivantes. Il est attendu que l’extrusion de boucle soit identifiée par une diminution progressive de la distance ancre-ancre. Cependant, cette signature est occultée par la dynamique stochastique de la chromatine, les ancres de boucles pouvant entrer en contact même sans extrusion. De plus, mesurer la distance ancre-ancre à partir d’images fluorescentes est rendu difficile par plusieurs sources d’erreurs comme les erreurs aléatoires liées à la localisation de points fluorescents. Pour estimer les conditions expérimentales qui permettent de détecter et quantifier l’extrusion de boucles malgré ces complications, j’ai utilisé des simulations de polymères et modélisé le processus d’extrusion de boucle in silico. De plus, j’ai testé et validé de nouvelles méthodes d’analyse pour quantifier les boucles de chromatine à partir d’images statiques (e. g. à partir d’images d’ancres de boucles acquises par DNA FISH), estimer la fraction, fréquence et durée de vie des contacts ancre-ancre, ainsi qu’estimer la vitesse d’extrusion effective in vivo à partir d’images dynamiques. En se basant sur les résultats des simulations de polymères, j’ai taggué par fluorescence de multiples ancres de boucles et TADs dans des cellules vivantes par le système CRISPR/Cas9. Nous avons conclu que les contacts entre les ancres étaient peu fréquents et de courte durée, par rapport à la durée du cycle cellulaire. Cependant, les boucles sont presque constamment soumises à l’extrusion par la cohésine. En comparant les résultats de modélisation et les expériences, nous avons pu estimer des paramètres biophysiques généraux de la dynamique d’extrusion de boucles. Ces résultats suggèrent que l’extrusion de boucles de chromatine cohésine-dépendante est un processus hautement dynamique, qui crée des interactions à longue portée transitoires plutôt que des contacts stables. Mes résultats aideront à comprendre quantitativement des processus biologiques fondamentaux qui utilisent les contacts transitoires mais à longue distance créés par l’extrusion de boucles, comme la réparation de l’ADN et la régulation de l’expression des gènesStudies of spatial genome organization have revealed the existence of chromatin loops and Topologically Associating Domains (TADs) of several hundred kilobases in size, which are created by the cohesin ring complex through a process of DNA loop extrusion. However, these structures have been characterized almost exclusively by genomic techniques and fixed cell imaging, thus their temporal dynamics are still poorly understood. For example, it is not clear whether loop extrusion creates stable or transient contacts at loop anchors and key parameters of this process, including loop lifetime and extrusion speed, remain unknown. To address this gap, my thesis aims to quantify the dynamics of cohesin-dependent loop extrusion by visualizing and tracking in time pairs of anchors at several loops and TADs in living human cells. Extrusion is expected to manifest itself as a progressive decrease in anchor-anchor distances. However, this signature is obscured by stochastic motions of the chromatin, whereby anchors can occasionally come into contact even without extrusion. Furthermore, measuring the anchor-anchor distance from fluorescent images is complicated by several sources of uncertainties, such as unavoidable random errors in the computational localization of fluorescent spots. To evaluate the experimental conditions under which one can expect to detect and quantify loop extrusion despite such complications, I first performed an analysis in silico using polymer simulations that account for loop extrusion. Using these simulations, I also tested and validated novel analysis methods to quantify chromatin loop dynamics from static imaging (e. g. from DNA-FISH images of loop anchors), and to estimate the lifetime and frequency of anchor contacts, as well as the effective loop extrusion speed from dynamic imaging in vivo. Using the simulation results as guidelines, we fluorescently labelled multiple loop and TAD anchors in human cells using the CRISPR/Cas9 system and tracked the loop anchors by live-cell imaging. Based on our analysis of the imaging data, we found that contacts between the two loop anchors are infrequent and short-lived as compared to the cell cycle duration. However, loops were found to be almost constantly extruded by cohesin. By comparing simulations and experimental data, we could estimate key biophysical parameters of loop extrusion dynamics including loop lifetimes and extrusion speed. Our results suggest that cohesin-dependent loop extrusion is a highly dynamic process, which creates transient long-range interactions rather than stable contact s. Our findings will help to quantitatively understand biological processes that involve short-lived but long-range contacts created by loop extrusion, including mechanisms of DNA repair and gene regulation
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Zhang, Xian-Ming. „Simulation par CFD et mesure en ligne de la distribution des temps de séjour et la qualité de mélange dans une extrudeuse bi-vis“. Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2008. http://www.theses.fr/2008INPL066N/document.
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Aujourd’hui le développement de nouveaux matériaux polymères ayant de bonnes propriétés repose de plus en plus sur des procédés de mélange ou de compoundage de polymères au lieu de recourir à la synthèse de nouvelles molécules. L’action du mélange peut fortement influer sur la morphologie des matériaux polymères multi-constituants. Les extrudeuses bi-vis (TSE) sont souvent utilisées comme mélangeurs/réacteurs pour des procédés de mélange, de compoundage et d’extrusion réactive. Cependant, l’étude sur la qualité du mélange dans les TSE demeure un grand défi en raison de la complexité géométrique et du caractère transitoire de l’écoulement. Cette thèse a pour objet de développer un nouvel instrument en line pour mesurer en temps réel la distribution des temps de séjour (DTS) qui caractérise la performance du mélange axial et la capacité de convoyage de différents types d’éléments de vis basées sur l’analyse de l’écoulement transitoire et l’évaluation systématique de la théorie de mélange dans les TSE. Le mélange distributif des polymères fondus est caractérisé par la génération de l’aire des interfaces, un paramètre difficile à mesurer expérimentalement. Alors on fait appel à des simulations numériques de type CFDThe development of new materials with improved properties seems to rely nowadays more on blending and compounding than on the synthesis of chemically new polymers. Mixing may have a great effect on the morphology and structure of multi-component polymer materials. Twin-screw extruders (TSE) are widely used as mixers/reactors for blending, compounding, and reactive processing. This work aimed at developing a new instrument to measure in real time the residence time distribution (RTD) which characterizes the axial mixing and transport abilities of different screw elements based on the analysis of the transient flow pattern and systematic evaluation of mixing theory in TSE. Distributive mixing of polymer melts is characterized by the generation of interfacial area, which is experimentally much more difficult to measure. This 3D numerical simulation based on CFD is adopted
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Zeng, Fanfei. „Contribution à la modélisation du comportement mécanique en grandes déformations élastoplastiques de films plastiques d’emballage“. Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10109.
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Les films plastiques d’emballage sont constitués de polymères semi-cristallins, éventuellement associés en multi-couches pour bénéficier conjointement des avantages de chacune d’entre elles. Leurs performances mécaniques pouvant être améliorées par étirage mono- ou bi-axial, on s’intéresse à la modélisation du comportement (à chaud) de ce type de matériaux. A partir d’observations micro-structurales et de résultats expérimentaux en traction uniaxiale et biaxiale, un modèle original à trois phases (qui se distinguent par la distance moyenne entre blocs cristallins) est développé pour la prédiction du comportement de ces films sous diverses sollicitations en grandes déformations élastoplastiques. Outre la phase « cristalline » et la phase « amorphe » représentées respectivement par une loi de comportement élastoplastique standard et un modèle hyperélastique de type 8-chaînes, la phase intermédiaire permet, par l’introduction d’un coefficient multi-axial, de prendre en compte l’effet d’enchevêtrement au sein du matériau et d’expliquer les différences significatives relevées expérimentalement entre les comportements uniaxial et biaxial.Le modèle est calibré à partir des essais uniaxiaux dans le cas du PA6 et du PE, puis validé pour ces deux matériaux ainsi que leurs assemblages multi-couches en comportement uniaxial et équi-biaxial. Le modèle est implanté dans un code de calcul par éléments finis pour permettre de nouvelles validations sur les problèmes structuraux de « plaque trouée » et de propagation de fissure, et ainsi valider à nouveau la robustesse du modèle 3-phasesShrink wrap films are composed of semi-crystalline polymers, possibly combined in multi-layers in order to benefit from the advantages of each of them. This work deals with the modeling of the mechanical behavior (under heat) of such materials in order to predict the improvement of their mechanical capabilities with uniaxial or biaxial drawing. From micro-structural observations and experimental results in uniaxial and biaxial stretching, an original model including three phases (which differ by the average distance between crystalline blocks) is developed for the prediction of the behavior of these films under various solicitations in finite elastoplasticity. In addition to the “crystalline” phase and the “amorphous” phase represented by a standard elastoplastic constitutive law and the classical 8-chain model, respectively, the intermediate phase allows one to take into account the effect of entanglements in the material and to explain the main differences, experimentally observed, between the uniaxial and biaxial behaviors.The model is calibrated from uniaxial tests in the case of PA6 and PE, and then validated for these two materials as well as multi-layer films for the uniaxial and equi-biaxial behaviors. The model is implemented in a finite element software in order to perform structural applications, such as the open hole test and the crack propagation, and validate again the efficiency of our 3-phase model
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Borzacchiello, Domenico. „Three-dimensional numerical simulation of encapsulation in polymer coextrusion“. Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00976093.
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The objective of the present work is the analysis of coextrusion processes by numerical simulation based on phase-field modeling of stratified confined flows. The study of such flows is motivated by the presence of complex phenomena appearing in a vast range of industrial operational coextrusion conditions due to the differences in the components properties and their viscoelastic behavior. The basic idea in coextrusion is to combine several layers of different polymers in a common die, to form a unique product with enhanced properties. However, the existence of fluid stratification in the die is responsible of a severe distortion of the interface between the fluid components, causing a loss of efficiency for the whole process. Experimental data show that, even if a stratified initial configuration is imposed at the die entry, one fluid eventually encapsulates the other in most of the flow condition analyzed. The intrinsically three-dimensional nature of this phenomenon has required the development of a three-dimensional flow solver based on the finite volume discretization of the Navier-Stokes equations for incompressible and isothermal flow, together with differential nonlinear constitutive equations (Giesekus, PTT models). The presence of two fluid phases is taken into account by a phase field model that implies the solution of an additional scalar equation to describe the evolution of the interface on a fixed Eulerian grid. This model, unlike others of the same family, has a thermodynamic derivation and can be physically interpreted. The proposed method is tested against experimental data and solutions already available in literature and a study of coextrusion in rectangular dies is performed to identify the dependence of encapsulation on the flow parameters
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Sardo, Lucas. „Modélisation et simulation numérique de la thermomécanique des écoulements dans les co-malaxeurs“. Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM044/document.
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L’objectif de ce travail a été de modéliser les écoulements de polymères dans les co-malaxeurs de type BUSS. Le co-malaxeur est une extrudeuse particulière utilisée comme une boite noire depuis des dizaines d’années par des industriels. Sur le fourreau sont fixés des doigts de malaxage et la vis principale dispose d’interruptions de filets et oscille pour permettre le passage des doigts de malaxage dans les différents chenaux. Cet outil est utilisé pour gélifier du PVC ou disperser des charges dans des matrices polymères. Ce travail de thèse répond donc à un besoin industriel puisque, actuellement, mettre au point un produit nécessite de nombreuses heures d’essais coûteux.Un modèle thermomécanique instationnaire en deux dimensions fondé sur les approximations d’Hele-Shaw a été développé. La discrétisation du domaine du co-malaxeur a été faite par éléments finis. La résolution numérique s’effectue par éléments finis et éléments finis stabilisés par SUPG. La modélisation nous permet d’obtenir en tout point du domaine de calcul la pression, les vecteurs débits, les vitesses de cisaillement, la viscosité et la température.Les résultats issus des simulations nous permettent d’obtenir des ordres de grandeur de pressions et températures et des indices de mélange pour différentes conditions procédés. Une comparaison entre les résultats issus de la modélisation et des essais expérimentaux montre que, dans les zones remplies, le modèle donne des résultats satisfaisantsThe aim of this study was to model molten polymers flow in BUSS type co-kneaders. The BUSS co-kneader is a particular single-screw extruder. It is composed of a rotating screw like standard single screw extruders, but with interrupted flights and mixing pins fixed to the barrel. The screw has also an axial reciprocal movement. It has been used for decades in industry for its mixing capacities, specifically for PVC gelification or polymer compounding with fibres, additives or carbon black. This work is therefore answering to nowadays industrial needs, as developing new products is expensive and time consuming.A 2D time-dependent thermomechanical model based on Hele Shaw approximations was developed and the co-kneader domain was discretized by finite elements. The numerical problem was solved by finite elements and SUPG stabilized finite elements. This model provides, at every point of the calculation domain, the pressure, throughput vectors, shear rates, viscosity as well as temperature.Simulation results provide pressure and temperature orders of magnitude, as well as information on polymer mixing depending on process parameters. A comparison between the model and experimental trials shows a satisfactory agreement in the filled zones
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Amro, Elias. „Simulation numérique du procédé de rivetage auto-poinçonneur et étude expérimentale : application à un assemblage multi-matériaux polymère-acier issu de l’industrie automobile“. Thesis, Rennes, INSA, 2019. http://www.theses.fr/2019ISAR0006/document.
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Ces travaux de thèse portent sur la question de l'assemblage multi-matériaux polymère-acier. Dans un environnement automobile grande série, le rivetage auto-poinçonneur est le procédé d'assemblage proposé qui permet de répondre à la problématique industrielle. Dans un premier temps, la faisabilité de la technique i été étudiée en recherchant l'influence de la vitesse de rivetage et de l'effort serre-flan sur les caractéristiques géométriques du joint riveté et sur la tenue mécanique. Ainsi, il se révèle que l'augmentation de la vitesse de rivetage a un effet favorable: l'effort à la rupture en traction pure augmente de +10% en accord avec l'augmentation de l'ancrage mécanique. Par contre, l'augmentation de l'effort serre-flan a un effet défavorable : l'effort à la rupture en traction pure et en traction-cisaillement diminue de -6.6%. Par la suite, un modèle numérique 2D axisymétrique a été mis au point dans le but de simuler l'opération de rivetage. Les propriétés mécaniques effectives du matériau composite sont estimées par une méthode d'homogénéisation tandis que le comportement mécanique du matériau acier par un modèle élasto-plastique endommageable. Comparée à la coupe transversale issue d'un essai expérimental, la simulation effectuée sous Abaqus 6.10- 1® démontre être capable de correctement prédire la déformée en particulier pour la valeur d'ancrage mécanique. Enfin, un modèle numérique 30 a été développé et permet de simuler des chargements destructifs et asymétriques. L'effort à rupture et les déformées macroscopiques estimées sont en bon accord avec les résultats expérimentaux, grâce notamment à la prise en compte de l'endommagement local de la couche compositeThis thesis work is dealing with the issue of multi-material polymer-steel joining. Within a large-scale automotive environment, self-piercing riveting is the proposed joining technique to tackle the industrial challenge. Firstly, the feasibility of the technique is studied by investigating the influence of the riveting velocity and the sheet holder load on the geometrical characteristics of the riveted joint and the mechanical strength. Thus, it turns out that the increase in riveting velocity has a favorable effect: the joint strength in pure tension mode increases by +10% in agreement with the increase in mechanical anchoring. However, the increase of the sheet holder load has an unfavorable effect: the joint strength in cross tension and in shear modes decreases by -6.6%. Subsequently, an axisymmetrical 20 numerical model has been created enabling the simulation of the riveting operation. The effective mechanical properties of the composite material are estimated by a homogenization method while the mechanical behavior of the steel material is managed through an elastic-plastic model with damage. Compared with a cross section resulting from an experimental test, the simulation carried out under Abaqus 6.10-1® demonstrates being able to correctly predict the deformations, the anchoring value more particularly. Finally, a 30 numerical model has been developed and allows the simulation of destructive and asymmetrical loadings. The joint strength and the macroscopic deformations estimated are in good agreement with the experimental results, especially when taking into account the local damage of the composite laver
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Béraud, Nicolas. „Fabrication assistée par ordinateur pour le procédé EBM“. Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI052/document.
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Le procédé de fabrication par fusion de poudre à l'aide d'un faisceau d'électrons est appelé procédé Electron Beam Melting (EBM). Il permet la fabrication de pièces métalliques à partir de poudres. Grâce au niveau de qualité (géométrique et mécanique) des pièces produites, le procédé peut être utilisé afin de produire des pièces fonctionnelles et non plus uniquement des prototypes. Ce procédé, ainsi que les autres procédés additifs métalliques, permettent d'envisager le passage de l'impression 3D à la fabrication additive métallique.L'utilisation de la fabrication additive dans un contexte industriel impose le respect de critères en termes de qualité, coût et délai des pièces produites. L'ensemble des étapes numériques de mise en production d'une pièce constitue la chaîne numérique. Cette dernière a un impact fort sur l'ensemble de ces trois critères. Ainsi, cette thèse apporte une réponse à la question suivante :Comment la fabrication assistée par ordinateur peut-elle améliorer le triptyque qualité, coût, délai du procédé de fabrication EBM?Le problème est abordé par la question sous-jacente suivante :Quelles caractéristiques doit posséder un environnement de fabrication assistée par ordinateur adapté au procédé EBM ?Pour répondre à cette question, la chaîne numérique actuelle est analysée . Les principales limites identifiées sont :- l'utilisation de fichiers au format STL- l’impossibilité d’optimiser le procédé à différentes échelles- l’impossibilité de simuler le procédé EBMAfin de résoudre l'ensemble des problèmes énoncés, un environnement de FAO est proposé. Celui-ci permet de centraliser l'ensemble des opérations de mise en production au sein d'un environnement unique. Il autorise le travail avec l'ensemble des formats de fichiers reconnus comme les formats natifs des logiciels de CAO ou le format STEP. Des développements informatiques permettent de concrétiser l’environnement proposé.L'implémentation de l'environnement de FAO a mis en évidence le rôle fondamental de la simulation au sein de celui-ci. Il a donc fallu répondre à la question :Comment obtenir une simulation du procédé EBM permettant sa mise au point hors ligne en temps raisonnable ?Bien que la simulation du procédé EBM est largement traitée dans la littérature scientifique, les études proposées reposent sur la méthode des éléments finis et le temps de calcul nécessaire n'est pas compatible avec une utilisation au sein d'un environnement de FAO. Un type de simulation alternatif a donc été créé : une simulation par abaques. Elle est constituée d’une simulation par la méthode des éléments finis qui permet d'obtenir des cartes de températures pour des cas de chauffes et de refroidissements standards. Ces cartes de températures sont ensuite transformées en abaques. La simulation par abaques est vue comme la succession d'une multitude de cas standards. Ainsi l'algorithme de simulation par abaques cherche l'abaque le plus proche de la situation simulée, afin d’estimer les températures au pas de temps suivant.Cette méthode de simulation a permis une réduction des temps de calcul tout en gardant une précision suffisante pour pouvoir être utilisée pour optimiser les paramètres de fabrication.Grâce à une telle simulation, un outil d'optimisation des stratégies de fusion a pu être créé. Il permet d’améliorer la qualité des pièces produites en calculant des stratégies de fusion respectant certains critères thermiques.Les apports majeurs de ces travaux de thèses sont :- l'établissement d'un cahier des charges pour une chaîne numérique performante en EBM- le développement d'un environnement de FAO adapté au procédé EBM- la mise au point d'une simulation rapide du procédé EBM basée sur des abaques- la création d'un outil d'optimisation des stratégies de fusionThe Electron Beam Melting (EBM) process allows to build metallic parts from powder. Thanks to the geometric and mechanical quality of the parts produced, the EBM process can be used to manufacture functional parts and not only prototypes. This process, with other additive metallic processes, make it possible to consider a transition from 3D printing to metallic additive manufacturing.The use of additive manufacturing in an industrial environment requires compliance with quality, cost and time criteria for the parts produced. The production of manufactured parts involves a series of numerical stages which is called the numerical chain. The numerical chain has a significant impact on the three criteria mentioned above. Thus, this thesis provides an answer to the following question:How Computer Aided Manufacturing can improve the quality, cost and time of the EBM manufacturing process?This problem is addressed through the following underlying question:What are the required characteristics for a Computer Aided Manufacturing system adapted to the EBM process?In order to answer this question, the current numerical chain is analyzed. Three main limitations are found:- the use of STL files format- the process cannot be optimized at different scales- the process cannot be simulatedTo solve these issues, a CAM environment is proposed. It allows the centralization of all numerical operations in a single environment. All supported formats can be used within this environment, such as native CAD file formats or STEP format. Software developments are done to prove the feasibility of such an environment.The CAM environment implementation reveals the crucial role of simulation in this system. It is therefore necessary to answer this second question:How to obtain an EBM process simulation allowing the development of parameters, virtually?Although EBM simulation is a recurrent subject in scientific literature, existing studies are based on the finite elements method but the calculation time needed is too important to be used in an CAM environment. Thus, an alternative type of simulation is created in this thesis: a simulation based on abacus. It is composed of a finite elements model, that allows heat maps generation for standards cases of heating and cooling. These heat maps are then transformed in abacus. The simulation algorithm based on abacus search the nearest abacus from the simulated situation in order to estimate the temperatures at the next time step.This simulation method was used to reduce the calculation time while keeping a sufficient precision to optimize process parameters.With the simulation based on abacus, a tool for the optimization of melting strategies is developed. This tool allows quality improvement for the produced parts through the calculation of melting strategies according to thermic criteria.To summarize, the main contributions of this work are:- the definition of requirements specifications of a powerful numerical chain for the EBM process- the development of a CAM environment adapted to the EBM process- the proposal of a fast simulation for the EBM process, based on abacus- the development of a tool for the optimization of melting strategies
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Djian, Francis. „Modélisation thermique des thermostats pour oscillateurs à quartz et applications“. Besançon, 1991. http://www.theses.fr/1991BESA2021.
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Pour remédier à la sensibilité aux perturbations thermiques des oscillateurs à quartz très stables on utilise des enceintes thermostatées. L'étude réalisée dans cette thèse à pour objet la modélisation thermique de ces dispositifs. L'approche développée est celle des constantes localisées : la structure thermique est modélisée par un réseau de résistances thermiques et de capacités calorifiques. Les méthodes analytiques et expérimentales d'évaluation des coefficients thermiques ont été étudiées en tenant compte des échanges par conduction, rayonnement et convection. Le modèle permet de simuler les variations de température et de déterminer les fonctions de transfert entre les différents éléments de la structure thermique: oscillateur à quartz, sont d'asservissement, milieu ambiant. . . Ces méthodes ont été appliquées à une enceinte thermostatée commerciale et à une structure de test. Un programme de simulation et un dispositif expérimental ont été développés et ont montré la validité de la modélisation et ses limites. Grace aux techniques de modélisation développées, la possibilité d'une amélioration de la régulation à peu être étudiée. Elle consiste à compenser les effets des perturbations thermiques sur l'oscillateur à quartz par action sur la température de consigne, la méthode de synthèse de cette compensation à été décrire et appliquée avec succès à une enceinte thermostatée commerciale
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Louin, Jean-Charles. „Effets d'hétérogénéités de teneur en carbone sur les cinétiques de transformations de phase et sur la genèse des contraintes internes lors du refroidissement d'aciers“. Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2003. http://www.theses.fr/2003INPL077N.
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Lors de la fabrication d'une pièce industrielle, le traitement thermique est une opération qui nécessite de maîtriser à la fois les microstructures obtenues et les contraintes et déformations résiduelles. La simulation numérique est un outil précieux pour une meilleure optimisation de ces traitements. Dans ce contexte, l'objectif de notre étude a été de contribuer au développement d'un outil de calcul permettant de prévoir les microstructures, les déformations et les contraintes au cours du traitement thermique de pièces en acier pouvant contenir des hétérogénéités de composition chimique en particulier de teneur en carbone. Nous avons d'abord développé le modèle de calcul des cinétiques de transformation de phases des aciers existant au laboratoire pour prendre en compte l'effet de l'enrichissement en carbone de l'austnite lors de sa décomposition partielle en ferrite sur les transformations ultérieures. Des calculs thermiques, métallurgiques et mécaniques couplés ont ensuite permis une analyse détaillée de l'effet de gradients de teneur en carbone à l'échelle macroscopique sur la genèse des microstructures et des contraintes internes au cours du refroidissement. Nous avons en particulier quantifié les effets possibles de macro et mésoségrégations de solidification dans des cylindres très massifs de taille proche de celle d'un lingot. Une validation expérimentale des résultats de simulation numérique a été mise en place pour des éprouvettes cylindriques supposées homogènes en composition chimique (acier 40CrMnMo8) puis pour une éprouvette chimiquement hétérogène spécialement conçue et fabriquée pour notre étude. Au préalable, les caractérisations expérimentales de l'acier ont permis de construire le jeu de données complet nécessaire aux simulations. Les résultats expérimentaux et calculés ont permis de bien mettre en évidence le rôle de l'hétérogénéité chimique. Enfin, une bonne corrélation calcul- expérience a été obtenue pour la déformation au cours du refroidissement d'une éprouvette 3D en forme de croissantHeat treatment is a process that needs the control of both final microstructures and residual stresses and deformations. Numerical simulation is a useful tool for a better optimization of this process. The aim of our work was to contribute to the development of a numerical tool for the prediction of microstructures, stresses and strains during cooling of pieces that may contain chemical heterogeneities, particularly carbon content heterogeneities. Firstly, an existing model for the prediction of transformation kinetics in steels has been further developped in order to take into account the effects of the carbon content enrichment of austenite due to a partial ferritic transformation on the subsequent transformations. Coupled thermal, metallurgical, mechanical calculations have then been performed to study the effects of carbon content gradients on the microstructural evolutions and on the residual stresses development during cooling. Particularly, the possible effects of solidification macro and mesosegregations have been quantified in massive cylinders with sizes close to the size of an ingot. Secondly, experimental validations have been performed for homogeneous cylindrical specimen (40CrMnMo8 steel) and for a chemically heterogeneous specimen specifically designed for our study. The complete set of input data necessary for the simulations has been established from experimental characterizations of the steel. The role of chemical heterogeneity has been analysed through the experimental and calculated results. Finally, a good correlation has been obtained between measurements and calculation of the deformation during cooling of a 3D "croissant" shaped specimen
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Sech, Nicolas Le. „Photocathodes à base de nanotubes de carbone sur substrats semi-conducteurs de type III-V. Application aux amplificateurs hyperfréquence“. Palaiseau, Ecole polytechnique, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/50/14/43/PDF/These_N_Le_Sech.pdf.
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On trouve sur la plateforme de théses en lignes Tel le résuma suivant : Ce travail de thèse porte sur l'étude et le développement de sources électroniques à base de nanotubes de carbone modulées par voie optique appelées photocatodes. L'objectif de ces dernières est de les utiliser dans les tubes à ondes progressives, en remplacement des sources thermoïoniques actuelles, qui émettent un faisceau d'électrons continu. Ce nouveau type de dispositif permettrait de développer une nouvelle génération d'amplificateurs hyperfréquence large bande, plus compacts, plus légers et ayant un fort rendement pour les satellites de communication. Ces sources modulées reposent sur l'association de nanotubes de carbone avec des photodiodes P-i-Ns. Les photodiodes agissent comme des sources de courant tandis que les nanotubes jouent le rôle d'émetteurs d'électrons. Une modulation optique des photodiodes induit ainsi une émission modulée du faisceau d'électrons. Des études théoriques, couplées à des simulations, ont abouti à la compréhension détaillée du fonctionnement des photocathodes et à la connaissance de leurs performances. Par ailleurs, des résultats traitent de la fréquence de coupure qui limite le dispositif mais apportent néanmoins des perspectives d'améliorations. La fabrication des photocathodes a été menée à terme grâce à la mise au point de trois nouveaux procédés technologiques : une passivation des photodiodes InP-InGaAs-InP par une bi-couche de Slice/Nitrure de Silicium empêchant toute gravure ionique du substrat pendant la croissance des nanotubes. Une technique de croissance de nanotubes de carbone à basse température (550 °C-600 °C) limitant la diffusion des dopants dans les matériaux semiconducteurs de type III-V. Un recuit LASER des nanotubes de carbone améliorant leur qualité cristalline et diminuant leur résistivité. Enfin, les caractérisations du courant en fonction de la tension et les mesures fréquentielles des échantillons ont confirmé les résultats annoncés par la théorie. Une modulation du faisceau électronique contrôlée par voie optique a pu être mesurée jusqu'à 1. 1 GHz, même si la fréquence de coupure actuelle se limite à 400 MHz. La réalisation des photocatodes a ainsi pu être démontrée. De surcroît, les résultats prometteurs aux vues des perspectives d'évolutions, permettent d'envisager une intégration proche des photocathodes dans un tube à ondes progressives.
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Fauchet, Gauthier. „Modélisation en deux points de la turbulence isotrope compressible et validation à l'aide de simulations numériques“. Lyon 1, 1998. http://www.theses.fr/1998LYO10027.
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Cette etude s'inscrit dans la continuite de travaux menes au laboratoire de mecanique des fluides et d'acoustique sur la modelisation spectrale de la turbulence isotrope compressible (marion (1988), bataille (1994)). Le modele precedemment developpe (modele e. D. Q. N. M. ) predit des dependances avec le mach turbulent (m#t) des quantites compressibles (telles que l'energie compressible et la dissipation dilatationnelle) en m#2#t. Or une etude du systeme des equations servant a deriver le modele montre une dependance en m#4#t de ces quantites (en accord avec la theorie pseudo-son de ristorcelli (1995)). Ceci nous a amene a remettre en cause la forme retenue par l'e. D. Q. N. M. Pour la decorrelation temporelle des champs (en exp(-t)) et a retenir une forme en exp(-t#2). Cette modelisation conduit a des dependances avec le mach turbulent coherentes avec le systeme initial. De plus, des comparaisons avec des simulations numeriques directes permettent de valider le modele. Un developpement analytique du modele, pour une faible compressibilite, est propose. Celui-ci permet de donner la forme et le niveau du spectre compressible en fonction des quantites caracteristiques de la turbulence incompressible. Il conduit a une relation liant la dissipation dilatationnelle a la dissipation solenoidale, relation susceptible d'etre utilisee au niveau des modeles en un point. Cette etude permet egalement de donner une forme analytique de la production acoustique. Cette forme est en accord avec les theories existant en acoustique. En particulier, la puissance totale rayonnee est trouvee proportionnelle a #s m#5#t. Enfin, des extensions du modele sont etudiees : un modele prenant en compte la convection de la masse volumique et un modele exprime en termes de spectres d'energie sont proposes.
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Menezla, Rabea. „Réalisation d'un logiciel de résolution de l'équation de poisson à trois dimensions : Simulation numérique tridimensionnelle du claquage des composants à jonctions P-N“. Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1990. http://www.theses.fr/1990ECDL0027.
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Les simulations numeriques sont couramment utilisees au moment de la conception des dispositifs electroniques pour etudier leur comportement sous certaines conditions d'environnement. La modelisation du fonctionnement du systeme a etudier au moyen d'equations mathematiques representant son comportement physique est a la base de tout programme de simulation. Cette these a porte sur la realisation d'un simulateur numerique tridimensionnel de la tenue en tension des composants electroniques discrets ou integres, realises dans une technologie de type planar. Le logiciel concu traite particulierement les effets de courbure apparaissant aux bordures des masques de diffusions et entrainant un claquage de type spherique ou cylindrique. Son objectif est d'etudier le claquage par avalanche survenant dans les dispositifs a jonctions p-n polarisees en inverse (en particulier le claquage spherique), et de donner la distribution de potentiel dans le volume du dispostif d'etude. Les tests de validation du logiciel numerique tridimensionnel clac3 ont porte essentiellement sur l'etude du claquage des diodes a jonctions p-n et des jonctions drain-substrat des transistors pmos