Dissertationen zum Thema „Traction contactor“

In the introduction a traction circuit is analyzed with different types of electric devices. The thesis describes power railway electric circuits, their loads and types of used contactors. Railway standards chapter summarizes requirements of standards for railway contactors. Follows literature focusing on power current switching and power switching devices design. Based on previous, a design procedure is developed for railway MV contactor in accordance with end-user and standards requirements. Thesis closes with pre-designing a railway contactor by calculating electrodynamic forces, heatflow and mechanical components.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la conception et le dimensionnement de composant magnétique dédié au transfert d'énergie sans contact pour des applications ferroviaires de type tramway. Cette famille de composant présente un comportement fortement inductif. Un convertisseur à double fréquence de résonance est utilisé pour l'alimenter et compenser l'énergie réactive du coupleur. Pour parvenir à dimensionner ce composant et son convertisseur associé, un outil d'aide au dimensionnement a été mis au point. Celui-ci est basé sur des modèles analytiques du composant magnétique et de la structure d'électronique de puissance. Une fois le dimensionnement réalisé, une étude des pertes, dans les bobinages et les circuits magnétiques, est réalisée par simulation numérique en utilisant la méthode d'homogénéisation (représentation macroscopique des éléments avec des propriétés électromagnétiques complexes). Puis, la modélisation du comportement thermique du système est présentée afin de garantir la température de fonctionnement désirée. Afin de valider l'approche de dimensionnement et les outils mis en place, des expérimentations ont été menées sur des prototypes de 1,6 et 100 kW. Les résultats obtenus ont montré la précision et la pertinence de l'approche théorique. Cette étude valide la faisabilité de ce type de système forte puissance
The works presented in this thesis deal with the design and the sizing of magnetic component dedicated to contactless energy transfer for railway application like tramway. This family of component presents a strongly inductive behavior. A double resonance converter is used to supply and compensate reactive energy of transformer. In order to design this component and its associated converter, a design tool has been implemented. This one is based on analytical models of magnetic component and power electronic converter. One time designing realized, a study of losses, in windings and in magnetic cores, is realized by numerical simulation by using homogenization method (macroscopic representation of elements with electromagnetic complex properties). Then, the establishment of a model of thermal behavior of system is presented in order to guarantee desired working temperature. In order to check designing approach and tools, experimentations have been performed on prototypes of 1.6 and 100 kW. Obtained results show the accuracy and relevance of theoretical approach. Moreover, this study confirms the feasibility of this kind of high power system

The focus on rail transportation has shifted in recent years to be a viable alternative to road based means of travel and freight distribution. With a finite stockpile of the world's natural hydrocarbon based fuels and ever increasing road congestion, rail research has become a prime topic of late. In this thesis the focus has been on the wheel/rail contact and the measurement of rail head friction. The initial project was the development of an alternative technique to measure railhead friction. Adhesion loss is a major problem on railways around the world and is common during the autumn, at times for no obvious reason. Currently there are hand-pushed Tribometers which are used by rail networks to periodically measure and record friction on their rails. These devices however, are large bulky items and due to their design can only measure friction over a relatively large distance. However, most adhesion loss problems are caused by localised phenomena. A pendulum tester was chosen as a potentially viable alternative to the Tribometer as it could measure over shorter lengths of track (i. e. 13 cm compared to 3 in as in the case of the Salient Systems Tribometer). The pendulum is also relatively small and hence is convenient to transport. After a series of laboratory and field based tests the pendulum has been shown to match very well with Tribometer and twin-disc data. Friction modifiers are commonly used on railways around the world and are promoted to have many benefits such as reduced fuel consumption, reduced wear and damage to wheels and rails and reductions in operating noise. These products have been adopted in many different countries. It was noticed in the literature that very little study had been done on how the performance of these products is affected by varying atmospheric conditions or levels of railhead contamination. Another aspect of this thesis has been the measurement of one of the leading brands of top of rail friction modifier using a pin-on-disc tester with attached atmospheric chamber. It was found that humidity and the presence of iron oxide have a far greater effect on the friction modifier than temperature. In the final two chapters a study was carried out to measure the performance of traction enhancing products. These are intended to restore traction in cases of adhesion loss from, for example, leaves on the line. It is critical that correct levels of adhesion/traction are maintained for braking and acceleration purposes. A twin-disc tester was used in this study and a technique for forming a crushed leaf layer on the discs was developed. The traction enhancers consist of sand particles of uniform size suspended in a water based gel. There were four products tested each using a different sand grain size. The first series of tests measured the performance of each product in terms of traction compared to that of a leaf layer alone. It was found that the smaller particles showed the best performance by restoring the traction to uncontaminated levels in the shortest time. The second series of tests focused on the impact these products had on wheel and rail wear and track signalling. Wear was also measured in terms of mass lost from the discs. An A. C. circuit operating at 2 kHz was used to simulate a T121 track circuit which is used in the UK as part of the signalling system. Impedance caused by each product was measured and compared to impedance levels for uncontaminated discs. It was found that the impedance of a leaf layer plus the product was lower than the impedance of the leaf layer alone. There also seemed to be no correlation between particle size and impedance. The impedance levels seen with the products were not deemed to be enough to cause a significant issue to the signalling system.

Le probleme dans l'automobile de la variation continue du rapport de vitesses est un domaine tres vaste. L'interet apporte en terme de gain en consommation et de reduction des emissions polluantes fait que ce concept a largement ete etudie depuis ces dernieres annees. Ce domaine est aborde sur un variateur a traction, le variateur toroidal, et ceci aussi bien theoriquement que de facon experimentale. Pour ce type de transmission, la puissance passe par des contacts ponctuels lubrifies qui doivent transmettre des forces de frottement par la resistance au cisaillement d'un film elastohydrodynamique. Un fluide, dit de traction est utilise a cette fin, en developpant un fort coefficient de frottement a haute pression par le biais de la piezoviscosite. Les problemes poses dans ce contexte sont ceux du rendement du variateur et de son evaluation en terme de performance. Les contacts de traction sont sources d'une dissipation qui contribue a la decroissance du rendement du mecanisme, et peut conduire dans certains cas, a la rupture dans la transmission de la puissance. L'etude scientifique repose sur la modelisation theorique du mecanisme et sur la meilleure caracterisation experimentale possible du lubrifiant utilise. Afin d'approcher les conditions reelles de sollicitation du fluide dans le variateur, deux dispositifs experimentaux ont ete utilises. Le premier, une machine a galets, permet de caracteriser rheologiquement le fluide de traction. Les parametres dominant sont identifies, analyses et discutes pour determiner les conditions les plus critiques qui menent a la rupture de la traction. Le second dispositif, un simulateur experimental specifique, a ete modifie pour mesurer les epaisseurs de film par une methode interferometrique. La precision du dispositif permet de comparer les mesures aux theories existantes et d'etudier l'influence des parametres de fonctionnement sur les conditions d'alimentation. L'identification d'une loi de comportement du fluide permet alors d'etablir un modele de rendement des contacts et du mecanisme, autorisant ainsi la comparaison entre deux types d'architecture. Pour valider l'ensemble de ces travaux, deux prototypes et leurs instrumentations sont presentes.

Les travaux de recherches menés dans cette thèse s'inscrivent dans un contexte d'électrification du secteur automobile en réponse aux préoccupations environnementales. Cette thèse concerne la modélisation et l'optimisation de machines à commutateur mécanique pour la motorisation électrique de petits véhicules mono- ou bi- place. Les machines à collecteur représentent une alternative crédible par leur compétitivité, leur robustesse et leur fiabilité principalement dues à l'absence d'électronique de puissance. Néanmoins, elles nécessitent des dispositifs de compensation et d'aide à la commutation dont l'absence peuvent dégrader leurs performances. L'alimentation par commutateur mécanique rend nécessaire la prise en compte de la dynamique électrique dans la modélisation numérique par éléments finis. C'est pourquoi, il est crucial de développer un modèle permettant un couplage fort au sens de la formulation variationnelle du problème magnétique, du circuit électrique externe et enfin du problème électrocinétique de circulation des courants à l'interface du commutateur. Dans ce contexte, l'utilisation d'une plateforme de modélisation ouverte ONELAB a abouti au développement d'un modèle original de projection des propriétés physiques et des sources sur un maillage fixe. Cette méthode permet de s'affranchir du remaillage lors de processus itératifs tels que l'optimisation géométrique ou encore la prise en compte du mouvement. Cette méthode a abouti au couplage dynamique du problème magnétique et du circuit électrique externe à la formulation électrocinétique de l'ensemble balais-collecteur ainsi qu'à des perspectives de simulations multi-physiques à cette interface. Enfin, le choix d'un algorithme d'optimisation adapté aux modèles numériques (boîte noire à fort coût d'évaluation) a permis de développer un outil de dimensionnement des machines à commutateur mécanique adapté à une grande variété de structures en réponse à un cahier des charges industriel
The research work carried out in this thesis is part of a context of vehicle electrification in response to environmental concerns. This thesis focuses on the modeling and optimization of commutator machines used in powertrains of small electric vehicles. This kind of machines represents an alternate solution due to their competitiveness, robustness and reliability mainly due to the absence of power electronics. Nevertheless, they require compensation windings and commutation poles to improve their performances. Commutator power supply makes it necessary to take into account electrical dynamics in numerical magnetic modeling by finite elements. That is why, it is crucial to develop a model allowing a strong coupling in the sense of the variational formulation, of magnetic problem, external electrical circuit and finally current flow problem at the commutator interface. In this context, the use of a modeling opensource platform ONELAB has led to the development of an original model that performs projection of physical properties and sources on a fixed mesh. This method avoids remeshing during iterative processes such as geometric optimization or movement modeling. This method has led to the dynamic coupling of the magnetic problem and the external electrical circuit to the current flow formulation at the commutator interface as well as to prospects for multi-physical simulations at this interface. Finally, the choice of an optimization algorithm adapted to the numerical models (black box with a high evaluation cost) allowed the development of a tool for the design of commutator machines adapted to many topologies in order to fulfill industrial requirements

Ce mémoire décrit la conception, la modélisation et la commande d’un manipulateur pneumatique,fondé sur un principe de traction aérodynamique original. De puissants jets d’air verticauxpermettent de créer un flux d’air horizontal pour manipuler des objets sans contact. Les objetssont maintenus en constante lévitation sur la surface grâce à un coussin d’air, et peuvent positionnés selon trois degrés de libert´ du plan, grâce à la combinaison adéquate et distribuéede jets d’air verticaux. Nous détaillons la conception d’un prototype original de manipulateurexploitant ce principe fluidique. Ce prototype a été intégré dans une plate-forme expérimentaleafin de valider le principe de manipulation : le système permet de déplacer des objets à unevitesse atteignant 180 mm/s. Nous avons modélisé le fonctionnement de la surface selon plusieursméthodes. Un premier modèle comportemental, fond´e sur des données expérimentales, aété établi. Il permet de simuler l’´evolution de la position d’un objet sur la surface, selon un degréde liberté . Deux modèles de connaissance, fond´es sur une étude aérodynamique fondamentale,donnent l’´evolution de la position de l’objet selon respectivement deux et trois degrés de libertédu plan. Chacun des modèles a été validé expérimentalement. Nous avons synthétisé différentscontrˆoleurs afin d’asservir la position de l’objet : un premier, de type PID, et un second, de typerobuste (méthode H1). La commande de un, puis deux degrés de liberté du système, a permisd’atteindre de bonnes performances : temps de réponse d’environ 2 s et dépassement souventinférieur à 5%. Nous avons également étudié un micro-manipulateur pneumatique permettant ded´eplacer des objets de taille millimétrique selon deux directions, grâce à des jets d’air inclinés.Ces objets peuvent atteindre des vitesses de 123 mm/s. La résolution du positionnement estinférieure à 0.4 μm
This thesis presents the design, the modeling and the control of a pneumatic manipulatorbased on an original aerodynamic traction principle. An horizontal air flow is induced by strongvertical air jets in order to manipulate objects without contact. The objects are maintained inconstant levitation on an air cushion. Three degrees of freedom positioning of the objects canbe realized thanks to the right combination of distributed air jets. The design of an originalmanipulator using this aerodynamic principle is detailed. The device has been integrated in anexperimental setup in order to validate the manipulation principle : objects can reach velocityof 180 mm/s. Several models of the system have been established. A first model, based on experimentaldata, gives the evolution of the 1 DOF-position of an object on the device. Twoother models, based on a fundamental aerodynamic study, respectively give the evolution of the2- and 3-DOF position of the objet. The three models have been validated experimentally. Inorder to control the position of the object, different controllers have been designed : a PID oneand a robust H1 one. The control of one and two degrees of freedom of the device gives goodperformances : settling time of around 2 s and overshoot less than 5% in most of the cases. Wehave also studied a micro-manipulator that is able to position millimetric sized objects, in twodirections, thanks to inclined air jets. Objects can reach velocity of 123 mm/s, and the resolutionof the positioning is less than 0.4 μm

Předložená disertační práce se zabývá experimentálním studiem modifikátorů tření a maziv pro temeno kolejnice, které jsou aplikovány do kontaktu kola a kolejnice za účelem optimalizace adheze a redukce hluku. Hlavním cílem práce bylo objasnit vliv aplikovaného množství a složení těchto látek na adhezi v kontaktu. Hlavní pozornost byla věnována zejména potencionálním hrozbám souvisejících s kriticky nízkou adhezí, která může nastat po aplikaci těchto látek. Experimentální studium probíhalo v laboratorních i reálných podmínkách, konkrétně v tramvajovém provozu. V případě laboratorních experimentů byl využit komerční tribometr a dvoudiskové zařízení umožňující simulovat průjezd vozidla traťovým obloukem. Kromě samotné adheze bylo při experimentech sledováno také opotřebení a míra hluku. Výsledky ukázaly, že maziva pro temeno kolejnice jsou schopna poskytovat požadované třecí vlastnosti, nicméně jejich chování je silně závislé na aplikovaném množství. V případě předávkování kontaktu dochází ke kriticky nízkým hodnotám adheze, které vedou k výraznému prodloužení brzdné dráhy. V případě modifikátorů tření bylo ukázáno, že chování těchto látek je výrazně ovlivněno odpařováním základního média. Výsledky také ukázaly, že nadměrné množství částic pro modifikaci tření může způsobit kriticky nízké hodnoty adheze. U obou výše zmíněných typů produktů byl prokázán pozitivní vliv na míru opotřebení a míru poškození povrchu, zatímco významná redukce hluku byla dosažena pouze v případech, kdy došlo ke značnému poklesu adheze. V závěru této práce jsou uvedena doporučení pro další výzkumné aktivity v této oblasti.

L'apparition récente de nouveaux matériaux dans les structures de chaussée associée à une diminution de l'épaisseur des couches de surface et une augmentation du chargement des poids lourds et de leur fréquence de passage a entrainé de nouvelles pathologies de dégradation. Outre les problèmes d'orniérage bien connus, apparaissent désormais des fissures descendantes (top down cracking) ainsi que des problèmes de décohésion aux interfaces. Ces nouvelles pathologies entrainent des dépenses considérables sur l'ensemble du réseau (environ 15 milliards d'euros par an), particulièrement en zones urbanisées plus sujettes aux dégradations de surface et ne permettent pas d'estimer convenablement les durées de vie de la chaussée, le plus souvent surestimée dans les méthodes de dimensionnement actuelles. Ce travail de doctorat propose une nouvelle approche du contact pneu-chaussée permettant de mieux appréhender les contraintes principales et résiduelles dans une structure de chaussée bitumineuse. A l'aide d'un outil numérique rapide de calcul basé sur une approche semi-analytique (« Semi-Analytical Methods » (SAM)), la géométrie précise du pneumatique est intégrée afin d'obtenir une répartition de pression de contact ainsi qu'un cisaillement surfacique réelle sur la chaussée. Dans un premier temps, un modèle de contact roulant tractif élastique est implémenté pour des cas théoriques simples et validé par des résultats analytiques et numériques de la littérature. Ensuite, ce modèle est étendu pour prendre en compte le comportement élasto-plastique des corps en contact. Ce dernier est comparé à un résultat numérique basé sur la méthode des éléments finis issu de la littérature. Les résultats, pour une application contact pneu-chaussée, montrent une répartition non homogène des contraintes dans la structure et principalement dans les premiers centimètres sous la surface avec des niveaux beaucoup plus importants que peuvent le prédire les modèles actuels qui utilisent une charge uniformément répartie. La pression de contact est comparée aux mesures effectuées par un système nommé TekScan et les champs mécaniques en sous couches sont comparés à ceux d'Alizé-LCPC dans le cas d'une structure simple. Les cisaillements surfaciques sont déterminés dans le cas du roulement tractif. Une application est effectuée sur la modélisation des dégradations des chaussées en surface. Dans un premier temps, des analyses sur le comportement de la chaussée en surface sont effectuées pour une couche de béton bitumineux semi grenu (BBSG) semi-infinie supposée élastique, homogène sous conditions d'accélération, de freinage et de virage. Pour des études sur le top down cracking, des déformations et directions principales sont déterminées et analysées. Ensuite, le modèle de contact élasto-plastique est appliqué sur une couche semi-infinie de grave bitume GB3. Des déformations et contraintes résiduelles générées dans la structure sont déterminées en vue d'une analyse sur les ornières d'instabilité. Une fois validés, ces résultats permettront d'estimer plus fidèlement la durée de vie résiduelle des chaussées mais également de comprendre et d'éviter les mécanismes de dégradation en surface ou proche de la surface
The recent appearance of new materials in road structures associated with surface layers thickness decreasing and the increasing of trucks loading and their passage frequency has led to new pathologies of degradation. In addition to the well-known rutting problems, top down cracking is now appearing as well as problems of decohesion at the interfaces. These new pathologies led to considerable expenditure on the entire network (around 15 billion euros per year), particularly in urbanized areas that are more prone to surface damage and do not make it possible to adequately estimate the lifetimes of the roadway, most often overestimated in current design methods. This doctoral work proposes a new approach of the tire-road contact allowing for better apprehend of the main and residual stresses in a bituminous pavement structure. Using a fast numerical tool based on a semi-analytical approach ("Semi-Analytical Methods" (SAM)), the precise geometry of the tire is integrated in order to obtain a real contact pressure distribution as well as surface shear on the pavement surface. Initially, an elastic tractive rolling contact model is implemented for simple theoretical cases and validated by analytical and numerical results from the literature.Then, this model is extended to take into account the elastoplastic behavior of the bodies in contact. This is compared to a numerical result based on the nite element method from the literature. The application for tire-pavement contact results, show a non-uniform distribution of stresses in the structure and mainly in the rst centimeters below the surface with much higher levels than can be predicted by current models that use a uniformly distributed load. The contact pressure is compared to the measurements made by a system called TekScan and the mechanical elds in sublayers are compared to those of Alizé-LCPC in the case of a simple structure. The surface shears are determined in the case of tractive rolling. An application is carried out on the modeling of surface pavement damage. Firstly, analyzes of the behavior of the surface pavement are carried out for a semi-innite semi-grit asphalt concrete layer supposed to be elastic, homogeneous under conditions of acceleration, braking and turning. For studies on top down cracking, principals deformations and directions are determined and analyzed. Then, the elastoplastic contact model is applied on a semi-innite asphalt agragate layer. Deformations and residuals stresses generated in the structure are determined for an analysis on the instability ruts. Once validated, these results will make it possible to more accurately estimate the residual life of pavements but also to understand and avoid surface or near surfacedegradation mechanisms

En vue de simuler, de maniere simple, le comportement des peintures, vernis et depots divers qui se fissurent et s'ecaillent spontanement au cours du temps, lorsque le substrat est deforme et pour se rapprocher davantage du probleme pratique, nous avons etudie le comportement d'une fine plaque circulaire rigide en contact adhesif avec une membrane plane de caoutchouc soumise a une deformation biaxiale isotrope dans le plan. Il est constate que l'aire de contact decroit quasi lineairement dans le temps a partir de sa valeur initiale. L'etude de l'evolution du contact d'un poincon a base plane circulaire applique contre une plaque de caoutchouc soumise a des tractions biaxiales variees dans le temps, nous a fourni des resultats reproductibles. Il a ete mis en evidence l'existence d'une courbe maitresse de variations de l'etendue de la zone de contact en fonction de la deformation imposee, independamment du taux de deformation. Enfin, nous avons resolu le probleme de l'equilibre du contact adhesif d'un cylindre indeformable long, a l'aide du critere de griffith. De plus le phenomene de la decroissance de la largeur de contact d'equilibre qui intervient a ete resolu

Maintenance cost is one of the important issues in railway heavy-haul operations. In most of the cases, these costs are majorly referring to reprofiling and changing the wheels of the locomotives and the wagons. The main reason of the wheel damages is usually severe wear and/or surface initiated rolling contact fatigue (RCF).This work tries to enhance and improve the knowledge of the wheel wear and RCF prediction models using dynamic simulations. While most of the contents of this study can be generalised to other operational networks, this study is focused on the locomotives and wagons of the Swedish iron-ore company LKAB. The trains are operating on the approximately 500 km long IORE line from Luleå to Narvik in the north of Sweden and Norway respectively.Firstly, a literature survey of dynamic modelling of the wagons with various three-piece bogie types is presented. Then, with concentrating on the standard three-piece bogies, parameter studies are carried out to find out what the most important reasons of wheel damages are. Moreover, the long-term stability of wheel profiles of the IORE wagons is analysed. This is done by visualising the wear and RCF evolution on the wheel profiles over 150,000km of simulated running distance.Most of the calculations for the wagons are repeated for the locomotives. However, traction and braking are also considered in the simulation model and their effects on wheel damages are briefly studied. To improve the accuracy of the wheel damage analysis, a newly developed algorithm called FaStrip is used to solve the tangential contact problem instead of FASTSIM. The damage prediction model developed in the thesis is used to study the effects of increasing axle load, correcting the track gauge, limiting the electro-dynamic braking and using a harder wheel material on the wheel life. Furthermore, a new method is developed to predict the running distance between two consecutive reprofilings due to severe surface initiated fatigue. The method is based on shakedown analysis and laboratory tests.Most of the research works in wear calculation are limited to two approaches known as wear number and Archard methods. The correlation between these two methods is studied. The possibility of using the relation between the two methods for the wear calculation process is investigated mainly to reduce the calculation time for wheel profile optimisation models.

QC 20171219

The primary purpose of this study is to perform accurate dynamic measurements on a scaled roller rig designed and constructed by Virginia Tech and the Federal Railroad Administration (VT-FRA Roller Rig). The study also aims at determining the effect of naturally generated third-body layer deposits (because of the wear of the wheel and/or roller) on creep or traction forces. The wheel-rail contact forces, also referred to as traction forces, are critical for all aspects of rail dynamics. These forces are quite complex and they have been the subject of several decades of research, both in experiments and modeling. The primary intent of the VT-FRA Roller Rig is to provide an experimental environment for more accurate testing and evaluation of some of the models currently in existence, as well as evaluate new hypothesis and theories that cannot be verified on other roller rigs available worldwide. The Rig consists of a wheel and roller in a vertical configuration that allows for closely replicating the boundary conditions of railroad wheel-rail contact via actively controlling all the wheel-rail interface degrees of freedom: angle of attack, cant angle, normal load and lateral displacement, including flanging. The Rig has two sophisticated independent drivelines to precisely control the rotational speed of the wheels, and therefore their relative slip or creepage. The Rig benefits from a novel force measurement system, suitable for steel on steel contact, to precisely measure the contact forces and moments at the wheel-rail contact. Experimental studies are conducted on the VT ��" FRA Roller Rig that involved varying the angle of attack, wheel and rail surface lubricity condition (i.e., wet vs. dry rail), and wheel wear, to study their effect on wheel-rail contact mechanics and dynamics. The wheel-rail contact is in between a one-fourth scale AAR-1B locomotive wheel and a roller machined to US-136 rail profile. A quantitative assessment of the creep-creepage measurements, which is an important metric to evaluate the wheel-rail contact mechanics and dynamics, is presented. A MATLAB routine is developed to generate the creep-creepage curves from measurements conducted as part of a broad experimental study. The shape of the contact patch and its pressure distribution have been discussed. An attempt is made to apply the results to full-scale wheels and flat rails. The research results will help in the development of better simulation models for non-Hertzian contact and non-linear creep theories for wheel-rail contact problems that require further research to more accurately represent the wheel-rail interaction.
MS

Ce mémoire décrit la conception, la modélisation et la commande d'un manipulateur pneumatique, fondé sur un principe de traction aérodynamique original. De puissants jets d'air verticaux permettent de créer un flux d'air horizontal pour manipuler des objets sans contact. Les objets sont maintenus en constante lévitation sur la surface grâce à un coussin d'air, et peuvent être positionnés selon trois degrés de liberté du plan, grâce à la combinaison adéquate et distribuée de jets d'air verticaux. Nous détaillons la conception d'un prototype original de manipulateur exploitant ce principe fluidique. Ce prototype a été intégré dans une plate-forme expérimentale afin de valider le principe de manipulation : le système permet de déplacer des objets à une vitesse atteignant 180 mm/s. Nous avons modélisé le fonctionnement de la surface selon plusieurs méthodes. Un premier modèle comportemental, fondé sur des données expérimentales, a été établi. Il permet de simuler l'évolution de la position d'un objet sur la surface, selon un degré de liberté. Deux modèles de connaissance, fondés sur une étude aérodynamique fondamentale, donnent l'évolution de la position de l'objet selon respectivement deux et trois degrés de liberté du plan. Chacun des modèles a été validé expérimentalement. Nous avons synthétisé différents contrôleurs afin d'asservir la position de l'objet : un premier, de type PID, et un second, de type robuste (méthode H1). La commande de un, puis deux degrés de liberté du système, a permis d'atteindre de bonnes performances : temps de réponse d'environ 2 s et dépassement souvent inférieur 'a 5%. Nous avons également étudié un micro-manipulateur pneumatique permettant de déplacer des objets de taille millimétrique selon deux directions, grâce à des jets d'air inclinés. Ces objets peuvent atteindre des vitesses de 123 mm/s. La résolution du positionnement est inférieure 'a 0.4 μm.

Afin de garantir la sécurité des voyageurs et des appareils, de nombreuses études ont été financées ces dernières années par l'industrie aérospatiale et aéronautique en vue de caractériser expérimentalement puis de simuler numériquement l'ingestion par les moteurs d'avion de projectiles en tout genre. La glace est un exemple de projectiles susceptibles d'impacter les moteurs d'avion pendant leur fonctionnement. Notre travail s'inscrit directement dans ce cadre de recherche avec l'objectif de caractériser expérimentale la glace aéronautique à haute vitesse et de développer un modèle qui permettra de simuler des impacts de glace sur une structure. Une synthèse des divers travaux et recherches existants sur le matériau glace permet de faire le point sur les connaissances actuelles du matériau glace et d'en pointer les faiblesses, notamment l'absence de données expérimentales sur les glace aéronautique. Les protocoles de fabrication de différent types de glace, le protocole d'usinage des échantillons, la méthode de transport, des banc d'essais sur presse électromécanique et sur barres d'Hopkinsons ont été développé. Ils permettent de mieux cerner les mécanismes du comportement de la glace à hautes vitesses de déformation (en mettent en évidence le rôle de la microstructure, le rôle de la température et l'influence de la vitesse de déformation). La dernière partie détaille un modèle de comportement et de rupture général applicable aux matériaux fragiles et plus particulièrement à la glace sous impact. Il s'agit d'une loi de comportement élasto-endommagebale avec endommagement de type Mazars, associé aux modifications de Chuzel pour son utilisation en dynamique rapide. La méthode d'identification des paramètres de la loi à partir des essais est également présentée. L'implémentation de la loi dans le code commercial LS-Dyna est validée sur des cas simples avant que les résultats numériques ne soient confrontés aux résultats expérimentaux. Cette comparaison a mis en lumière un défaut inhérent au modèle d'endommagement de type Mazars une correction du modèle est donc proposée
In order to guarantee the safety of passengers and aircrafts, numerous studies have been financed in recent years by the aerospace and aeronautics industry in order to characterize experimentally and then numerically simulate the ingestion by the aircraft engines of projectiles. Ice is an example of projectile that can impact aircraft engines during the fly. In this research framework, our work objectives are the high-speed experimental characterization of aeronautical ice and the developpement of a model that will simulate ice impacts on a structure. A synthesis of the various existing research and work on ice makes possible to take stock of the current knowledge of the ice material and to point out its weaknesses, in particular the lack of experimental data on aeronautical ice. Production protocols for different types of ice, sample processing protocol, transport method, electromechanical press test bench and split Hopkinson bars were developed. They make it possible to better understand the behavior of ice at high deformation velocities (influence of microstructure, influence of temperature and influence of deformation velocity). The last part details a model of behavior and general rupture applicable to fragile materials and more particularly to the ice under impact. It is a law of behavior elasto-damagebale with Mazars damage type, associated with modifications of Chuzel for its use in fast dynamics. The method of identifying the parameters of the law from the tests is also presented. The implementation of the law in the commercial code LS-Dyna is validated on simple cases before the numerical results are compared to the experimental results. This comparison has highlighted a defect inherent in the Mazars model of damage. A correction of the model is therefore proposed

Dans cette thèse, la tomographie à sonde atomique assistée par laser est couplée in situ à un banc de photoluminescence (PL), où le rayonnement laser pulsé est utilize pour déclencher l’évaporation ionique des échantillons et, simultanément, pour activer l’émission à partir des centres optiquement actifs présents dans le matériau. Pour ce travail, deux matériaux différents ont été sélectionnés : des nano-aiguilles de diamant avec des défauts optiquement actifs intégrés (centres de couleur) et une hétérostructure multi-quantique (MQW) ZnO / (Mg, Zn)O, qui contient des émetteurs quantiques d’épaisseurs différentes. Grâce à cette configuration originale de photoluminescence, l’influence du champ électrique sur la structure fine de certains centres de couleur, noyés dans les nano-aiguilles de diamant, a été observée. La première étude s’est concentrée sur le centre neutre de vacance d’azote (NV0), qui est l’un des centres de couleur les plus étudiés dans la littérature. L’évolution de la signature optique NV0, en fonction du biais appliqué, a permis d’évaluer la contrainte mécanique (> 1 GPa) et le champ électrique agissant sur les pointes de diamant. Ces résultats démontrent une nouvelle méthode originale pour effectuer la piezo-spectroscopie sans contact des systems nanométriques sous une contrainte de traction uniaxiale, générée par le champ électrique. Cette méthode a également été appliquée à un autre centre de couleur, dont la nature n’est toujours pas claire dans la littérature, émettant à 2,65 eV, et plus sensible que les centres de couleur NV0 au champ de contrainte / déformation. Des nouveaux résultats sur ses propriétés opto-mécaniques ont été obtenus, mais son identité reste à comprendre. Le champ d’évaporation du diamant étant très élevé, les nano-aiguilles de diamant n’ont pas été analysées à l’aide de La-APT. Par conséquent, la technique couplée in situ a été appliquée afin d’étudier l’hétérostructure ZnO / (Mg, Zn) O MQW, en accédant à la structure, à la composition et à la signature optique de l’échantillon sondé dans une seule expérience. Les spectres de photoluminescence acquis par le spécimen au cours de son évaporation en cours représentent une source unique d’informations pour la compréhension du mécanisme de l’interaction lumière-matière et la physique de la photoémission sous champ électrique élevé. La corrélation des informations structurelles et optiques, liées à cette hétérostructure MQW, démontre que la technique couplée in situ peut chevaucher la limite de diffraction du laser PL et que, comme pour les nano-aiguilles de diamant, il est possible d’estimer le stress de traction induit. Les résultats obtenus par couplage in situ de la technique La-APT avec la spectroscopie PL montrent qu’un tel instrument est une technique innovante et puissante pour effectuer des recherches à l’échelle nanométrique. Pour cette raison, ce travail peut ouvrir de nouvelles perspectives pour une compréhension approfondie de la physique liée aux systèmes étudiés en parallèle avec l’amélioration continue de la configuration expérimentale
In this thesis, the Laser-assisted Atom Probe Tomography is coupled in-situ with a photoluminescence (PL) bench, where the pulsed laser radiation is used to trigger the ion evaporation from the specimens and, simultaneously, to activate the emission from optically active centers present into the material. For this work, two different materials were selected: diamond nano-needles with embed- ded optically active defects (color centers) and a ZnO/(Mg,Zn)O multi-quantum-well (MQW) heterostructure, which contains quantum emitters of different thicknesses. Thanks to this original photoluminescence setup, the influence of the electric field on the fine structure of some color centers, embedded into the diamond nanoneedles, was observed. The first study focused on the neutral nitrogen-vacancy center (NV0), which is one among the most studied color centers in literature. The evolution of the NV0 optical signature, as a function of the applied bias, allowed to evaluate the mechanical stress (> 1 GPa) and the electric-field acting on diamond tips. These results demon- strate an original new method to perform contactless piezo-spectroscopy of nanoscale systems under uniaxial tensile stress, generated by the electric field. This method was applied also on another color center, which nature is still not clear in literature, emitting at 2.65 eV, and more sensitive than the NV0 color centers to the stress/strain field. New results on its opto-mechanical properties were obtained, but its identity still needs to be understood. Since the evaporation field of diamond is really high, the diamond nanoneedles were not analyzed using La-APT. Therefore the coupled in-situ technique was applied in order to study the ZnO/(Mg,Zn)O MQW heterostructure, accessing to the structure, composition and optical signature of the probed specimen in only one experiment. The photoluminescence spectra acquired by the specimen during its ongoing evaporation represents a unique source of information for the understanding of the mechanism of light-matter interaction and the physics of photoemission under high electric field. The correlation of the structural and optical information, related to this MQW heterostructure, demonstrates that the coupled in-situ technique can overlap the diffraction limit of the PL laser and that, as done for the diamond nanoneedles, is pos- sible to estimate the induced-tensile-stress. The results achieved by the in-situ coupling of the La-APT technique with the PL spec- troscopy show that such instrument is an innovative and powerful technique to perform research at the nanometric scale. For this reason, this work can open new perspectives for a deeply understanding of the physicics related to the studied systems in parallel with the continuous enhancement of the experimental setup

Thesis (M.S.)--University of Wisconsin--Madison, 1991.
Typescript. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 101-102).

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
O objetivo principal deste trabalho é fazer um estudo teórico, usando um modelo de contacto proposto por , que visa validar, ou não, testes realizados num tribómetro de disco duplo, no Institut Supérieur de Mecánique de Paris (SUPMECA), comparando, ambos os resultados, como a teoria linear de Kalker. Para tal, fez-se um estudo alongado sobre o contacto entre superfícies cilíndricas lisas e rugosas, carregadas com diferentes tipos de esforços, começando no mais simples, acabando no mais complexo. Muitas das avaliações feitas neste trabalho, tiveram por base modelos já existentes que serão corretamente citados à posteriori. No final irá, então, fazer-se a comparação de ambos os resultados para ver se se chega a um consenso quanto à validade das experiencias feitas.O objetivo principal deste trabalho é fazer um estudo teórico, usando um modelo de contacto proposto por , que visa validar, ou não, testes realizados num tribómetro de disco duplo, no Institut Supérieur de Mecánique de Paris (SUPMECA), comparando, ambos os resultados, como a teoria linear de Kalker. Para tal, fez-se um estudo alongado sobre o contacto entre superfícies cilíndricas lisas e rugosas, carregadas com diferentes tipos de esforços, começando no mais simples, acabando no mais complexo. Muitas das avaliações feitas neste trabalho, tiveram por base modelos já existentes que serão corretamente citados à posteriori. No final irá, então, fazer-se a comparação de ambos os resultados para ver se se chega a um consenso quanto à validade das experiencias feitas
The main objective of this work is to do a theoretical study, using a contact model proposed by, which aims to validate, or not, tests performed in a double disc tribometer, at the Institut Supérieur de Mecánique de Paris (SUPMECA), comparing both results , such as Kalker's linear theory.  For this, an elongated study was made on the contact between smooth and rough cylindrical surfaces, loaded with different types of efforts, beginning at the simplest, finishing at the most complex. Many of the evaluations made in this work were based on existing models that will be correctly cited a posteriori.At the end, then, both results will be compared to see if there is a consensus about the validity of the experiences made.The main objective of this work is to do a theoretical study, using a contact model proposed by, which aims to validate, or not, tests performed in a double disc tribometer, at the Institut Supérieur de Mecánique de Paris (SUPMECA), comparing both results , such as Kalker's linear theory.  For this, an elongated study was made on the contact between smooth and rough cylindrical surfaces, loaded with different types of efforts, beginning at the simplest, finishing at the most complex. Many of the evaluations made in this work were based on existing models that will be correctly cited a posteriori.At the end, then, both results will be compared to see if there is a consensus about the validity of the experiences made.The main objective of this work is to do a theoretical study, using a contact model proposed by, which aims to validate, or not, tests performed in a double disc tribometer, at the Institut Supérieur de Mecánique de Paris (SUPMECA), comparing both results , such as Kalker's linear theory.  For this, an elongated study was made on the contact between smooth and rough cylindrical surfaces, loaded with different types of efforts, beginning at the simplest, finishing at the most complex. Many of the evaluations made in this work were based on existing models that will be correctly cited a posteriori.At the end, then, both results will be compared to see if there is a consensus about the validity of the experiences made.

In recent years, the interest in the design, construction and utilization of rubber tracks for agriculture and earth moving machinery has increased considerably. The development of such types of tracks was initiated by the efforts to invent a more environmentally friendly vehicle-terrain system. These tracks are also the result of the continuous effort to develop more cost-effective traction systems. A rubber-surfaced and friction-based prototype track was developed and mounted on the patented modification of a new Allis Chalmers four wheel drive tractor. The track is propelled by smooth pneumatic tyres by means of rubber-rubber friction and the tractive effort of the track is mainly generated by soil-rubber friction between the rubber surface of the track elements and terrain. The experimental track layer tractor, based on an Allis Chalmers 8070 tractor (141 kW) was tested on concrete and on cultivated sandy loam soil at 7.8%; 13% and 21% soil water content. The contact pressure and the tangential force on an instrumented track element, as well as the total torque input to one track, was simultaneously recorded during the drawbar pull-slip tests. Soil characteristics for pressure-sinkage and friction-displacement were obtained from the field tests by using an instrumented linear shear and soil sinkage device. By applying the approach based on the classical bevameter technique, analytical methods were implemented for modelling the traction performance of the prototype track system. Different possible pressure distribution profiles under the tracks were considered and compared to the recorded data. Two possible traction models were proposed, one constant pressure model, for minimal inward track deflection and the other a flexible track model with inward deflection and a higher contact pressure at both the front free-wheeling and rear driving tyres. For both models, the traction force was mainly generated by rubber-soil friction and adhesion with limited influence by soil shear. For individual track elements, close agreement between the measured and predicted contact pressure and traction force was observed based on the flexible track model. The recorded and calculated values of the coefficient of traction based on the summation of the traction force for the series of track elements were comparable to the values predicted from modelling. However, the measured values of drawbar pull coefficient were considerably lower than the predicted values, largely caused by internal track friction in addition to energy dissipated by soil compaction. The tractive efficiency for soft surface was also unacceptably low, probably due to the high internal track friction and the low travel speeds applied for the tests. The research undertaken identified and confirmed a model to be used to predict contact pressure and tangential stresses for a single track element. It was capable of predicting the tractive performance for different possible contact pressure values.
Thesis (PhD (Argricultural Engineering))--University of Pretoria, 2007.
Civil Engineering
Unrestricted

Thesis (Ph. D.)--University of Wisconsin--Madison, 1986.
Typescript. Vita. eContent provider-neutral record in process. Description based on print version record. Includes bibliographical references (leaves 196-198).