Dissertations / Theses: 'FEMA DOCUMENT'

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Cosgrove, Samantha Jo. "Drop, Cover, and Hold On: Analyzing FEMA's Risk Communication through Visual Rhetoric." Scholar Commons, 2016. http://scholarcommons.usf.edu/etd/6211.

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Abstract:

This project seeks to understand the relationship between visual rhetoric and power structure between FEMA’s Earthquake publications and their audience. Research shows images leave a longer impression on readers than text, causing more studies to focus on visuals rather than just text in technical communication. Author uses Critical Discourse Analysis to analyze the images in relation to text, design, and intended audience to determine what information is being privileged. It is determined that homeowners are being privileged with information over non-homeowners, established through a collection of images and image types. The lack of information for non-homeowners could result in injury or death of potential disaster victims, making it crucial for technical document revision.

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Borowiec, Anita. "New acrolein production route starting from alcohols mixtures over FeMo-based catalysts." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10153/document.

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Abstract:

L'acroléine est le plus simple des aldéhydes insaturés, qui - en raison de sa réactivité élevée - trouve des applications comme produit intermédiaire dans l'industrie chimique (par exemple pour la synthèse d'acide acrylique et la production de méthionine (i.e. acide aminé essentiel)). Récemment, on a observé une augmentation de la demande mondiale de produits dérivés de l'acroléine, qui devrait croître de façon continue au cours des prochaines années. De nos jours, l’acroléine est obtenue par oxydation du propylène, et donc ce procédé est basé sur des ressources fossiles qui ne cessent de décroitre. Ce travail propose une nouvelle méthode de production d'acroléine à partir de matières premières renouvelables – un mélange d’alcools formé de méthanol et d'éthanol. Cette réaction a été étudiée et optimisée en travaillant sur : les conditions de réaction via l’établissement d’un plan d’expériences afin de minimiser le nombre de tests catalytiques à réaliser, les modifications de la formulation catalytique FeMoOx (i.e. différents rapports Mo / Fe, température de calcination, et l’ajout d’éléments basiques (e.g. La, Ce) pendant la synthèse) et enfin l’utilisation d’un second catalyseur pour balancer les propriétés acides-bases nécessaires à l’obtention de notre molécule cible
Acrolein is the simplest unsaturated aldehyde, which - due to its high reactivity - finds applications as an intermediate in the chemical industry (e.g., for acrylic acid and methionine production). Recently, a worldwide demand increase of acrolein derivatives was observed, which is expected to continuously grow within the next years. However, nowadays acrolein is commercially obtained by propylene oxidation, where the raw material comes from fossil resources. This work proposes a new method of acrolein production starting from renewable feedstock – methanol and ethanol mixture. This reaction was approached by reaction conditions optimization (i.e. Design of Experiment method do decrease the number of catalytic tests and save time), FeMoOx modifications (e.g. various Mo/Fe ratios, calcination temperature, and basic elements addition) and a second catalyst utilization (e.g. single commercial oxides and silica-based materials) in order to balance the acid base properties

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Sarkar, Prasanta. "Simulation de l'érosion de cavitation par une approche CFD-FEM couplée." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI016/document.

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Abstract:

Ce travail de recherche est dédié à la compréhension des mécanismes physiques de l’érosion de cavitation dans un fluide compressible à l’échelle fondamentale de l’implosion d’une bulle de cavitation. Suite à l’implosion d’une bulle de vapeur à proximité d’une surface solide, des très hautes pressions sont générées. Ces pressions sont considérées responsables de l’endommagement (érosion) des surfaces solides observé dans la plupart des applications. Notre approche numérique démarre avec le développement d’un solveur compressible capable de résoudre les bulles de cavitation au sein du code volumes finis YALES2 en utilisant un simple modèle de mélange homogène des phases fluides. Le solveur est étendu à une approche ALE (Arbitraire Lagrangien Eulérien) dans le but de mener des simulations d’interaction fluide-structure sur un maillage mobile. La réponse du matériau solide est calculée avec le code de calcul éléments finis Cast3M, et nous a permis de mener des simulation avec un couplage d’abord monodirectionnel, ensuite bidirectionnel, entre le fluide et le solide. On compare des résultats obtenus à deux dimensions, puis à trois, avec des observations expérimentales. On discute les chargements de pression estimés, et les réponses de différents matériaux pour des implosions de bulle à des différentes distances de la surface. Enfin, à travers l’utilisation de simulations avec couplage bidirectionnel entre fluide et solide, on identifie l’amortissement des chargements de pression pour les différents matériaux
This research is devoted to understanding the physical mechanism of cavitation erosion in compressible liquid flows on the fundamental scale of cavitation bubble collapse. As a consequence of collapsing bubbles near solid wall, high pressure impact loads are generated. These pressure loads are believed to be responsible for the erosive damages on solid surface observed in most applications. Our numerical approach begins with the development of a compressible solver capable of resolving the cavitation bubbles in the finite-volume solver YALES2 employing a simplified homogenous mixture model. The solver is extended to Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation to perform fluid structure interaction simulation with moving mesh capabilities. The material response is resolved with the finite element solver Cast3M, which allowed us to perform one-way and two-way coupled simulations between the fluid and solid domains. In the end, we draw comparisons between 2D and 3D vapor bubble collapse dynamics and compare them with experimental observations. The estimated pressure loads on the solid wall and different responses of materials for attached and detached bubble collapses are discussed. Finally, the damping of pressure loads by different materials is identified with two-way coupled fluid-structure interaction

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Ifis, Abderrazzaq. "La nouvelle approche hybride MAX-FEM pour la modélisation thermomécanique des couches minces." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0044/document.

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Abstract:

De cette thèse, une nouvelle méthode éléments finis hybride MAX-FEM dédiée à la modélisation thermomécanique des structures avec couches minces a été développée. Cette nouvelle approche se base sur un couplage analytique-numérique de deux méthodes : les Développements Asymptotiques Raccordés (MAE) et la Partition de l'Unité (PUM). Ce couplage consiste à construire l'enrichissement de la PUM par MAE est mène à une forme corrigée de la méthode des éléments finis classique (FEM). Cette correction est obtenue à travers des matrices de correction contenant les informations géométriques et caractéristiques du matériau de la couche mince. Les matrices introduites par l'approche MAX-FEM simplifient son implémentation numérique sous différents codes de calculs (MATLAB, ABAQUS, ...) et permettent l'obtention de la solution globale en un seul calcul. Les résultats obtenus par la MAX-FEM pour des applications 1D et 2D thermomécaniques montrent une très bonne précision avec un temps de calcul minimal et sans raffinement de maillage. De plus, la MAX-FEM surmonte les limitations de la MAE ainsi que celle de la PUM en termes de nombre de calculs, de la sensibilité aux propriétés des matériaux, des conditions aux limites ainsi que l'intégration numérique. Finalement, l'approche MAX-FEM est exploitée pour le développement d'un nouveau protocole expérimental dédié à la caractérisation thermique des couches minces. Ce protocole vise l'identification, de manière simple, de la conductivité thermique de la couche mince après son élaboration et sous les deux régimes transitoire et permanent. L'approche consiste à confronter la nature du transfert thermique d'une éprouvette homogène à une contenant une couche mince. La différence relevée est directement liée à la conductivité thermique de la couche mince. Les résultats obtenus, après réalisation du banc d'essais, montrent une bonne précision de l'approche avec une méthodologie de mesure simple à mettre en oeuvre
This work introduces a new simplified finite elements method MAX-FEM based on hybrid analytical-numerical coupling. This method is intended to the multi-scales analysis of transient thermomechanical behavior of mediums containing thin layers such as bounded and coated structures. The MAX-FEM consists in correcting the classical Finite Elements Method (FEM) by correction matrices taking into account the presence of thin layers without any mesh refinement. The proposed correction is based on the analytical approach of Matched Asymptotic Expansions (MAE) and the numerical method of Partition of Unity Method (PUM). The developed approach can easily implemented under different numerical codes (MATLAB, ABAQUS, ...) and can be used to perform mechanical, thermal and thermomechanical analyses of 1D and 2D bounded and coated structures. The obtained results show a good accuracy with short computation time, and without any required mesh refinement. Also, the developed method overcomes the limitation of the MAE and PUM methods by exploiting the advantages of their coupling. Finally, the MAX-FEM approach was also used to develop an experimental test bench intended to the thermal characterization of thin layers. Indeed, a simple confrontation between the heat transfer in an homogeneous structure and a second structure with thin layer allows identifying the thermal conductivity in both transient and stationary regimes. The test bench is simple to release and the obtained results for brazed structure show a good accuracy of the developed approach

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Bourrel, Tristan. "Influence des longueurs internes sur la tenue mécanique d'un film anti-rayure." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAE002/document.

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Abstract:

Notre connaissance des effets d'une rayure sur les surfaces polymères reste à approfondir. L'expérimentation donne des observations précieuses des phénomènes qui apparaissent durant la rayure, cependant, l'accès aux champs de contraintes et de déformations dans le matériau n'est pas possible, ce qui est pourtant un élément clé pour la prédiction de l'amorce des fissures.Nous utilisons un essai de rayure sur des matériaux transparents, qui permet la visualisation in situ des endommagements, des dimensions de la zone de contact et du frottement. Les endommagements, en termes de craquelures, fissurations et bandes de cisaillement sont identifiés sur trois polymères massifs (PMMA, CR39 & PC). En parallèle, nous utilisons la modélisation 3D par éléments finis pour étudier la réponse mécanique pendant la rayure de ces trois matériaux polymères, afin d’identifier des critères d'amorçage de fissures. Enfin, des systèmes revêtus sont étudiés et le délaminage et la fissuration du film sont discutés. Ces considérations font entrevoir les perspectives possibles en termes de pistes d'amélioration pour la protection des substrats par dépôt de films minces
Our knowledge of scratch effects on polymeric surfaces is still limited. The experimental approach gives precious observations of phenomena which occur during scratching, however, it does not allow to get insight the stress distribution within the material, a key feature for crack initiation prediction.A scratch test is used on transparent materials, that allows to visualize in situ damages appearance, the dimension of the contact zone and friction. The damages, in terms of crazing, cracking and shear bands are identified on three bulk polymers (PMMA, CR39 & PC).In parallel, we use 3D finite element modelling to study the mechanical response during a scratch test on these three polymeric materials, in order to identify crack initiation criteria.Finally, coated systems are studied and delamination/cracking of thin films are discussed. These considerations point to possible prospects in terms of improvement paths for the protection of substrates by thin films coating

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Wenzel, Christian. "Local FEM Analysis of Composite Beams and Plates : free-Edge effect and Incompatible Kinematics Coupling." Thesis, Paris 10, 2014. http://www.theses.fr/2014PA100107/document.

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Abstract:

Cette thèse traite des problèmes des concentrations de contraintes locales, en particularité des effets des bords libres dans des structures stratifiés. À l'interface entre deux couches avec des propriétés élastiques différentes, les contraintes ont un comportement singulier dans le voisinage du bord libre en supposant un comportement de matériau élastique linéaire. Par conséquent, ils sont essentiels pour promouvoir le délaminage. Via Formulation unifiée de la Carrera (CUF) différents modèles cinématiques sont testés dans le but de capter les concentrations de contraintes. Dans la première partie de ce travail, les approches de modélisation dimensionnelle réduits sont comparées. Deux classe principale sont présentés: la couche équivalent (ESL) et l'approche par couche, LW. Par la suite leurs capacités à capter les singularités sont comparées. En utilisant une fonction a priori singulière, via une expression exponentielle, une mesure des contraintes singulières est introduite. Seulement deux paramètres décrivent pleinement les composantes des contraintes singulières au voisinage du bord libre. Sur la base des paramètres obtenus les modèles sont comparés et aussi les effets sous des charges d'extension et de flexion et pour différents stratifiés. Les résultats montrent une nécessité des modèles complexes dans le voisinage du bord libre. Cependant loin des bords libres, dans le centre de plaques composite, aucune différence significative ne peut être noté pour les modèles plutôt simples. La deuxième partie de ce travail est donc dédiée au couplage de modèles cinématique incompatibles. Modèles complexes et coûteux sont utilisés seulement dans des domaines locaux d'intérêt, tandis que les modèles économiques simples seront modéliser le domaine global. La eXtended Variational Formulation (XVF) est utilisé pour coupler les modèles de dimensionnalité homogènes mais de cinématique hétérogènes. Ici pas de recouvrement de domaine est présent. En outre, le XVF offre la possibilité d'adapter les conditions imposées à l'interface en utilisant un paramètre scalaire unique. On montre que, pour le problème de dimensionnalité homogène, que deux conditions différentes peuvent être imposées par ce paramètre. Un correspondant à des conditions fortes des Multi Point Constraints (MPC) et un second fournir des conditions faibles. La dernière offre la possibilité de réduire extrêmement le domaine qui utilise le modèle cinématique complexe, sans perte de précision locale. Comme il s'agit de la première application de la XVF vers les structures composites, le besoin d'un nouvel opérateur de couplage a été identifié. Un nouveau formulaire est proposé, testé et sa robustesse sera évaluée
This work considers local stress concentrations, especially the free-Edge effects of multilayered structures. At the interface of two adjacent layers with different elastic properties, the stresses can become singular in the intermediate vicinity of the free edge. This is valid while assuming a linear elastic material behaviour. As a consequence this zones are an essential delamination trigger. Via the Carrera Unified Formulation (CUF), different kinematical models are testes in order to obtain the correct local stress concentration. In the first part of this work, the reduced dimensional modelling approaches are compared. Two main class are presented: Equivalent Single Layer (ESL) models treating the layered structure like one homogenous plate of equal mechanical proper- ties, and the Layer Wise approach, treating each layer independently. Subsequently their capabilities to capture the appearing singularities are compared. In order to have a comparable measurement of those singularities, the obtained stress distributions will be expressed via a power law function, which has a priori a singular behaviour. Only two parameters fully describe therefore the singular stress components in the vicinity of the free edge. With the help of these two parameters not only the different models capabilities will be compared, but also the free edge effect itself will be measured and compared for different symmetrical laminates and the case of extensional and uniform bending load. The results for all laminates under both load cases confirm the before stated need for rather complex models in the vicinity of the free edge. However far from the free edges, in the composite plates centre, no significant difference can be noted for rather simple models. The second part of this work is therefore dedicated to the coupling of kinematically incompatible models. The use of costly expensive complex models is restricted to local domains of interest, while economic simple models will model the global do- main. The Extended Variational Formulation (XVF) is identified as the most suitable way to couple the kinematically heterogenous but dimensional homogenous models. As it uses a configuration with one common interface without domain overlap, the additional efforts for establishing the coupling are limited. Further the XVF offers the possibility to adapt the conditions imposed at the interface using a single scalar parameter. It will be shown that for the homogenous dimensional problem under consideration only two different conditions can be imposed by this parameter. One matching the strong conditions imposed by the classical Multi Point Constrains (MPC) and a second one providing a weak condition. The last one is shown to provide the possibility to reduce further the domain using the complex kinematical model, without the loss of local precision. As this is the first application of the XVF towards composite structures, the need for a new coupling operator was identified. A new form is proposed, tested and its robustness will be evaluated

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Chen, Shuai. "Investigation of FEM numerical simulation for the process of metal additive manufacturing in macro scale." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI048/document.

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Abstract:

La fabrication additive (FA) est devenue une nouvelle alternative pour la fabrication des pièces dans l'industrie. Cependant, il existe encore des limites pour ce procédé, en particulier la forme finale défavorable et les propriétés macroscopiques indésirables des pièces métalliques construites dans les systèmes de FA. La distorsion ou la fissure due à la contrainte résiduelle de ces pièces pose généralement de graves problèmes pour certains types de technologie de la FA métallique. Dans un système de FA, la qualité finale d'une pièce métallique dépend de nombreux paramètres de procédé, qui sont normalement optimisés par une série d'expériences sur des machines de FA. La simulation macroscopique dédiée au procédé de FA est une alternative potentielle pour les pièces métalliques fabriquées par la fabrication additive. Dans cette thèse, nous étudions d'abord le pré-processing de la simulation de FA par la méthode des éléments finis (FEM). Le procédé de fabrication additive est un phénomène multi-physique des champs couplés (champs thermique, mécanique et métallurgique). La simulation macroscopique est réalisée à deux niveaux différents. Au niveau de la couche, la reconstruction du modèle 3D est effectuée à partir du fichier de chemin de balayage de la machine de FA, basée sur la manipulation inverse de l'algorithme d'offsetting-clipping. Au niveau de la pièce, le modèle 3D de CAO est reconstruit dans un maillage des voxels, ce qui est pratique pour une pièce avec une géométrie complexe. Avec les températures de préchauffage différentes et les paramètres du procédé différents, la contrainte résiduelle d'une pièce est analysée. Ces simulations impliquent la technique potentielle pour réduire la contrainte résiduelle par l'optimisation des paramètres du procédé, au lieu de moyens traditionnels par augmenter la température de préchauffage. Basées sur la plateforme de simulation de FEM ci-dessus, deux simulations au niveau de ligne sont également étudiées dans cette thèse, visant à la relation entre le procédé de FA et la qualité finale de la pièce. Ces exemples démontrent la possibilité d'utiliser des simulations macroscopiques pour améliorer le contrôle de la qualité pendant le procédé de FA. Dans la première tâche, l'ensemble de données des paramètres de chauffage et la contrainte résiduelle sont générés par la simulation de FA. La corrélation entre eux est étudiée en utilisant des algorithmes de régression, tel que le réseau neuronal artificiel. Dans la deuxième tâche, un contrôleur de PID pour la boucle de rétroaction puissance-température est intégré dans la simulation de procédé de FA et l'auto-réglage de PID est numériquement étudié au lieu d'utiliser la machine de FA. Les deux tâches montrent le rôle important de la simulation de procédé macroscopique de FA, qui peut remplacer ou combiner les nombreuses expériences essai-erreur dans la fabrication additive métallique
Additive manufacturing (AM) has become a new option for the fabrication of metallic parts in industry. However, there are still some limitations for this application, especially the unfavourable final shape and undesired macroscopic properties of metallic parts built in AM systems. The distortion or crack due to the residual stress of these parts leads usually to severe problems for some kinds of metal AM technology. In an AM system, the final quality of a metallic part depends on many process parameters, which are normally optimized by a series of experiments on AM machines. In order to reduce the considerable time consumption and financial expense of AM experiments, the numerical simulation dedicated to AM process is a prospective alternative for metallic part fabricated by additive manufacturing. Because of the multi-scale character in AM process and the complex geometrical structures of parts, most of the academic researches in AM simulation concentrated on the microscopic melting pool. Consequently, the macroscopic simulation for the AM process of a metallic part becomes a current focus in this domain. In this thesis, we first study the pre-processing of AM simulation on Finite Element Method (FEM). The process of additive manufacturing is a multi-physics problem of coupled fields (thermal, mechanical, and metallurgical fields). The macroscopic simulation is conducted in two different levels with some special pre-processing work. For the layer level, the reconstruction of 3D model is conducted from the scan path file of AM machine, based on the inverse manipulation of offsetting-clipping algorithm. For the part level, the 3D model from CAD is reconstructed into a voxel-based mesh, which is convenient for a part with complex geometry. The residual stress of a part is analysed under different preheat temperatures and different process parameters. These simulations imply the potential technique of reducing residual stress by the optimisation of process parameters, instead of the traditional way by increasing preheat temperature. Based on the FEM simulation platform above, two simulations at line level are also studied in this thesis, aiming at the relation between the AM process and part's final quality. These examples demonstrate the feasibility of using macroscopic simulations to improve the quality control during the AM process. In the first task, dataset of heating parameters and residual stress are generated by AM simulation. The correlation between them is studied by using some regression algorithm, such as artificial neural network. In the second task, a PID controller for power-temperature feedback loop is integrated into AM process simulation and the PID auto-tuning is numerically investigated instead of using AM machine. Both of the two tasks show the important role of AM macroscopic process simulation, which may replace or combine with the numerous trial and error of experiments in metal additive manufacturing

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Hammood, Mohammed Naji. "A Meso-Macro Numerical Approach for Chloride Diffusivity Modeling Taking into Account Chloride Binding and Crack Evolution in Concrete." Thesis, Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017NANT4066/document.

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Abstract:

La pénétration des ions chlorure est la principale cause de la dégradation des structures en béton, par corrosion des armatures, entraînant un impact sévère sur leur durabilité et leur durée de vie. La pénétration de ces agents agressifs pourrait être favorisée davantage par la présence de fissures. Dans cet thèse, nous avons utilisé la méthode des éléments finis (EF) pour résoudre l'équation de la loi de Fick couplée à la capacité de fixation d’ions chlorure afin de modéliser la diffusion des ions chlorure à l’échelle mésoscopique. Dans un premier temps, nous avons considéré une représentation 3D d’un matériau, sain, hétérogène biphasé (comme le béton) ou les inclusions (granulats) sont noyées dans une matrice de mortier. Le problème des interfaces (inclusion/matrice) a été résolu en utilisant la méthode E-FEM (Embedded Finit Element Method). Au niveau de ces interfaces, nous avons introduit une discontinuité faible du champ de concentration de chlorures. Une approche d’homogénéisation par moyennes spatiales se basant sur les travaux de Pouya est également utilisée pour prédire les tenseurs de diffusivité macroscopiques des matériaux biphasiques. La comparaison avec l'équation de Maxwell et des résultats expérimentaux a été réalisée pour montrer la précision de l’approche numérique proposée. Dans un second temps, l’approche méso-macro est représentée pour introduire un modèle numérique capable de fournir des informations macroscopiques (tenseur de diffusion moyen) intégrant le niveau d’ouverture de fissure, le chemin de fissuration et l’hétérogénéité des matériaux quasi fragiles tels que les matériaux cimentaires (béton, mortier, ….). Dans ce cas, des points clés du processus de fissuration comme l’évolution d’une fissuration répartie vers une fissuration localisée (macro-fissure(s)), la tortuosité de la fissure et son anisotropie sont intégrées naturellement dans la diffusivité macroscopique. En fin, le tenseur défini est ensuite utilisé afin d'estimer la durée de vie des structures en béton, y compris l'effet de l'endommagement et de la mésostructure interne
The penetration of chloride ions has an essential responsibility in the degradation of concrete structures caused by reinforcement corrosion leading to a severe impact on the durability and service life of concrete structures. The problem becomes more critical with the existence of cracking which accelerate the penetration of chloride ions into concrete cover. In this work, the FE formulation for the numerical modelling of chloride ions diffusion accounting for chloride binding capacity in mesoscale concrete is introduced. The mesostructure is based on a twophase 3D representation of heterogeneous materials, such as concrete, where stiff aggregates are embedded into a mortar matrix. For this purpose, we turn to the Embedded Finite Element Method (E-FEM). This is performed by introducing a weak discontinuity in the chloride concentration field for finite elements where the physical interface is present. Numerical spatial homogenization experiments based on Pouya’s works are also performed on 3D mesostructures to compute macroscopic diffusivity tensors accounting for two-phase material. Comparison with Maxwell's equation and experimental results are carried out to show the accuracy of the proposed numerical approach. Finally, the meso-macro approach is presented to introduce a numerical model capable of providing macroscopic information (mean diffusivity tensor) integrating the level of crack opening, crack path and heterogeneity of materials in quasi-brittle concrete. The mesoscale coupling with the mass transport part is based on Fick’s Law with a modified diffusion coefficient taking into account crack opening and aggregates. The macroscopic diffusivity tensor integrates more complex features such as the cracking evolution process, tortuosity of the crack’s path, inducedanisotropy and presence of aggregates. The defined tensor is used afterwards in order to estimate the service-life of concrete structures, including the effect of the cracking and the internal mesostructure

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Cheng, Xianchao. "Contraintes thermiques dans les dépôts de couches minces pour les optiques rayons-X sous forte charge thermique." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENY028/document.

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Abstract:

Les optiques multicouches pour rayons-X sont généralement constituées de centaines de périodes de couches alternées. L'épaisseur d'une période est de quelques nanomètres. Une multicouche est souvent déposée sur un substrat de silicium avec une taille typique de 60 × 60 × (60~300) mm3. Le rapport de dimensions (~107) entre la taille de l'optique et de l'épaisseur de l'empilement est très élevé et il peut conduire à un très grand nombre d'éléments (~1016). Certains éléments spéciaux avec fonctions de couche sont disponibles dans ANSYS (de 2011), ce qui signifie que les propriétés de chaque couche peuvent être définies. Par l'utilisation des éléments nommés « layer-functioned », le modèle d'analyse thermique-structurelle a été mise en œuvre pour les optiques multicouches. Le nombre d'éléments est réduit par un facteur supérieur à 30 et le nombre effectif de sous-couches gérables par les ordinateurs actuels augmente beaucoup. Basé sur la modèle d'éléments finis de l'optique multicouche, la distribution tridimensionnelle non-uniforme de température peut être simulée avec des paramètres variables de charge thermique, de conditions de refroidissement, de propriétés des matériaux, de géométries du substrat et des films de revêtement. Les contraintes et déformations thermiques peuvent être résolues quantitativement.Des miroirs à réflexion totale et des monochromateurs multicouches refroidis à l'eau et à l'azote liquide ont été étudiés avec des paramètres typiques de charge thermique, de refroidissement et de géométrie. Les effets de refroidissement de l'optique et de la charge thermique du faisceau de rayons-X ont été décrits. Il est montré que les influences de la température sur le revêtement et la déformation sont négligeables. La contrainte dans le substrat n'est que légèrement augmentée (<0.1%). Cependant, des fortes contraintes sont induites dans les couches en raison de la différence de CTE, ce qui peut être critique pour la survie de l'optique. Pour la condition de refroidissement à l'eau, la couche est sous contrainte de compression de plusieurs dizaines de MPa, ce qui est normalement inférieur à la résistance du matériau de la couche. Pour la condition de refroidissement à l'azote liquide, cependant, une grosse contrainte de traction de plusieurs centaines de MPa apparait dans la couche lorsque l'optique est refroidie jusqu'à la température de l'azote liquide (80 K). Cette contrainte de traction peut dépasser la résistance à la traction (UTS) pour certains types de matériaux de couche. La contrainte thermique dans l'optique multicouche dépend de la différence de CTE entre le matériau de la couche et le matériau du substrat, mais elle est indépendante de la différence des CTE entre les différentes sous-couches. En principe, pour minimiser la contrainte thermique, le matériau de revêtement doit avoir un CTE proche de celle du substrat, un module de Young et un coefficient de Poisson plus petits. En outre, une grande résistance du matériau de la couche est bénéfique pour sa capacité à résister à la contrainte thermique.Pour obtenir des informations appropriées sur le comportement des multicouches sous l'influence de la charge thermique, des propriétés telles que le module de Young, le ratio entre CTE et module de Poisson des multicouches sont déterminés indirectement en mesurant la variation de la courbure due au changement de température. Des couches simples de B4C, Pd et Cr et des multicouches [Pd/B4C] d'épaisseurs de l'ordre du nanomètre sont préparées et mesurées. Les résultats expérimentaux montrent que tous les matériaux étudiés présentent un CTE et/ou un module de Young inférieur par rapport aux données dans la littérature. Cela est particulièrement vrai pour les couches minces de B4C. Par conséquent, la contrainte thermique réelle et la contrainte dans les couches de revêtement d'un miroir ou de multicouches optiques sont sensiblement plus petites que les résultats calculés avec les propriétés des matériaux massifs
Multilayer optics for X-rays typically consists of hundreds of periods of alternating sub-layers coated on a silicon substrate. The thickness of one period of sub-layers is a few nanometers. The silicon substrate is typically a block of 60 mm large, 60 mm wide and 60 to 300 mm long. The high aspect ratio (~107) between the size of the optics and the thickness of the multilayer can lead to a very large number of elements (~1016) for the numerical simulation (by FEA). Some special layer-functioned elements have been developed recently (in 2011) in ANSYS, which means the properties of each layer can be explicitly defined. In this work, the thermal-structural analysis model has been implemented for multilayer optics by use of these layer-functioned elements. The number of meshed elements is considerably reduced by a factor of more than 30 and the number of sub-layers feasible for the present computers is increased significantly. Based on the finite element model of multilayer optics, the non-uniform three-dimensional temperature distribution can be simulated with variable heat load parameters, cooling conditions, material properties and geometries of the substrate and the coating films. The thermal stress and deformation can be solved quantitatively.Single layer coated mirrors and multilayer monochromators cooled by water or liquid-nitrogen are studied with typical parameters of heat-load, cooling, and geometry. The effects of cooling-down of the optics and the X-ray beam heat-load are described. It is shown that the influences from the coating on temperature and deformation are negligible. The stress in the substrate is only slightly increased (<0.1%). However, large layer stresses are induced due to the different thermal expansion coefficients (CTE) between the layer and substrate materials, which are the critical issues for the survival of the optics. For the water cooling condition, the layer is under compressive stress of tens of MPa which is normally less than the strength of the layer material. For the liquid-nitrogen cooling condition, however, large tensile stress of several hundreds of MPa is formed in the layer as the optics is cooled more than 200 K down to the liquid-nitrogen temperature (80K). This tensile stress can exceed the ultimate tensile strength (UTS) for some kinds of layer materials. The thermal stress in multilayer optics depends on the difference in CTE between the layer material and the substrate material, but it is independent on the CTE difference between different sub-layers. In principle, to minimize the thermal stress, the coating material should have a CTE closer to that of the substrate, smaller Young's modulus and Poisson's ratio. Moreover, a higher strength of the layer material is beneficial for its ability to withstand the thermal stress.To acquire appropriate information about the behaviour of thin multilayer films under the influence of thermal loading, material properties such as Young's modulus, Poisson's ratio and CTE, of thin multilayer films are determined indirectly by measuring the curvature change due to uniform temperature change. B4C, Pd and Cr single layers and [Pd/B4C] multilayers of thicknesses in the nanometer range are prepared and measured. The experimental results show that all of the studied materials exhibit lower CTE and/or Young's modulus than expected from bulk data in the literature. This is particularly true for the thin B4C films. Therefore, the real thermal stress and strain in the coating layers of a mirror or multilayer optics are significantly smaller than the calculated results with bulk material properties.results with bulk material properties

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Amdouni, Saber. "Numerical analysis of some saddle point formulation with X-FEM type approximation on cracked or fictitious domains." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0007/document.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse à été réalisée dans le cadre d'une collaboration scientifique avec "La Manufacture Française des Pneumatiques Michelin". Il porte sur l'analyse mathématique et numérique de la convergence et de la stabilité de formulations mixtes ou hybrides de problèmes d'optimisation sous contrainte avec la méthode des multiplicateurs de Lagrange et dans le cadre de la méthode éléments finis étendus (XFEM). Tout d'abord, nous essayons de démontrer la stabilité de la discrétisation X-FEM pour le problème d'élasticité linéaire incompressible en statique. Le deuxième axe, qui représente le contenu principal de la thèse est dédié à l'étude de certaines méthodes de multiplicateur de Lagrange stabilisées. La particularité de ces méthodes est que la stabilité du multiplicateur est assurée par l'ajout de termes supplémentaires dans la formulation faible. Dans ce contexte, nous commençons par l'étude de la méthode de stabilisation de Barbosa-Hughes appliquée au problème de contact unilatéral sans frottement avec XFEM cut-off. Ensuite, nous construisons une nouvelle méthode basée sur des techniques de projections locales pour stabiliser un problème de Dirichlet dans le cadre de X-FEM et une approche de type domaine fictif. Nous faisons aussi une étude comparative entre la stabilisation avec la technique de projection locale et la stabilisation de Barbosa-Hughes. Enfin, nous appliquons cette nouvelle méthode de stabilisation aux problèmes de contact unilatéral en élastostatique avec frottement de Tresca dans le cadre de X-FEM
This Ph.D. thesis was done in collaboration with "La Manufacture Française des Pneumatiques Michelin". It concerns the mathematical and numerical analysis of convergence and stability of mixed or hybrid formulation of constrained optimization problem with Lagrange multiplier method in the framework of the eXtended Finite Element Method (XFEM). First we try to prove the stability of the X-FEM discretization for incompressible elastostatic problem by ensured a LBB condition. The second axis, which present the main content of the thesis, is dedicated to the use of some stabilized Lagrange multiplier methods. The particularity of these stabilized methods is that the stability of the multiplier is provided by adding supplementary terms in the weak formulation. In this context, we study the Barbosa-Hughes stabilization technique applied to the frictionless unilateral contact problem with XFEM-cut-off. Then we present a new consistent method based on local projections for the stabilization of a Dirichlet condition in the framework of extended finite element method with a fictitious domain approach. Moreover we make comparative study between the local projection stabilization and the Barbosa-Hughes stabilization. Finally we use the local projection stabilization to approximate the two-dimensional linear elastostatics unilateral contact problem with Tresca frictional in the framework of the eXtended Finite Element Method X-FEM

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Caudron, Boris. "Couplages FEM-BEM faibles et optimisés pour des problèmes de diffraction harmoniques en acoustique et en électromagnétisme." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0062/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles méthodes permettant de résoudre numériquement des problèmes de diffraction harmoniques et tridimensionnels, aussi bien acoustiques qu'électromagnétiques, pour lesquels l'objet diffractant est pénétrable et inhomogène. La résolution de tels problèmes est centrale pour des calculs de surfaces équivalentes sonar et radar (SES et SER). Elle est toutefois connue pour être difficile car elle requiert de discrétiser des équations aux dérivées partielles posées dans un domaine extérieur. Étant infini, ce domaine ne peut pas être maillé en vue d'une résolution par la méthode des éléments finis volumiques. Deux approches classiques permettent de contourner cette difficulté. La première consiste à tronquer le domaine extérieur et rend alors possible une résolution par la méthode des éléments finis volumiques. Étant donné qu'elles approximent les problèmes de diffraction au niveau continu, les méthodes de troncature de domaine peuvent toutefois manquer de précision pour des calculs de SES et de SER. Les problèmes de diffraction harmoniques, pénétrables et inhomogènes peuvent également être résolus en couplant une formulation variationnelle volumique associée à l'objet diffractant et des équations intégrales surfaciques rattachées au domaine extérieur. Nous parlons de couplages FEM-BEM (Finite Element Method-Boundary Element Method). L'intérêt de cette approche réside dans le fait qu'elle est exacte au niveau continu. Les couplages FEM-BEM classiques sont dits forts car ils couplent la formulation variationnelle volumique et les équations intégrales surfaciques au sein d'une même formulation. Ils ne sont toutefois pas adaptés à la résolution de problèmes à haute fréquence. Pour pallier cette limitation, d'autres couplages FEM-BEM, dits faibles, ont été proposés. Ils correspondent concrètement à des algorithmes de décomposition de domaine itérant entre l'objet diffractant et le domaine extérieur. Dans cette thèse, nous introduisons de nouveaux couplages faibles FEM-BEM acoustiques et électromagnétiques basés sur des approximations de Padé récemment développées pour les opérateurs Dirichlet-to-Neumann et Magnetic-to-Electric. Le nombre d'itérations nécessaires à la résolution de ces couplages ne dépend que faiblement de la fréquence et du raffinement du maillage. Les couplages faibles FEM-BEM que nous proposons sont donc adaptés pour des calculs précis de SES et de SER à haute fréquence
In this doctoral dissertation, we propose new methods for solving acoustic and electromagnetic three-dimensional harmonic scattering problems for which the scatterer is penetrable and inhomogeneous. The resolution of such problems is key in the computation of sonar and radar cross sections (SCS and RCS). However, this task is known to be difficult because it requires discretizing partial differential equations set in an exterior domain. Being unbounded, this domain cannot be meshed thus hindering a volume finite element resolution. There are two standard approaches to overcome this difficulty. The first one consists in truncating the exterior domain and renders possible a volume finite element resolution. Given that they approximate the scattering problems at the continuous level, truncation methods may however not be accurate enough for SCS and RCS computations. Inhomogeneous penetrable harmonic scattering problems can also be solved by coupling a volume variational formulation associated with the scatterer and surface integral equations related to the exterior domain. This approach is known as FEM-BEM coupling (Finite Element Method-Boundary Element Method). It is of great interest because it is exact at the continuous level. Classical FEM-BEM couplings are qualified as strong because they couple the volume variational formulation and the surface integral equations within one unique formulation. They are however not suited for solving high-frequency problems. To remedy this drawback, other FEM-BEM couplings, said to be weak, have been proposed. These couplings are actually domain decomposition algorithms iterating between the scatterer and the exterior domain. In this thesis, we introduce new acoustic and electromagnetic weak FEM-BEM couplings based on recently developed Padé approximations of Dirichlet-to-Neumann and Magnetic-to-Electric operators. The number of iterations required to solve these couplings is only slightly dependent on the frequency and the mesh refinement. The weak FEM-BEM couplings that we propose are therefore suited to accurate SCS and RCS computations at high frequencies

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Araujo, cardoso Raphael. "Études numériques sur la modélisation du fretting fatigue." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN004/document.

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Abstract:

Ce travail a été entrepris dans le cadre d’une coopération internationale entre l’Université de Brasilia, l’Agence spatiale brésilienne (AEB), l’ENS Paris-Saclay et le groupe SAFRAN. L’objet principal de cette coopération est l’étude du fretting-fatigue, problème de contact associé à des charges de fatigue qui réduisent considérablement la durée de vie des composants en raison de la concentration élevée de contraintes, de l’usure et des conditions de chargement non proportionnelles. En ce qui concerne les coûts de calcul élevés impliqués dans l’évaluation des applications industrielles, l’un des objectifs de ce travail est d’améliorer les performances des simulations de frettage utilisant une approche d’enrichissement. L'idée est de tirer parti du fait que les champs mécaniques autour des bords de contact dans des configurations de contact cylindriques dans des conditions de frottement sont similaires à ceux trouvés près du fond de fissure dans les problèmes de mécanique de rupture élastique linéaire. Cette similitude rend attrayante l’idée d’enrichir les simulations de frettage par éléments finis via le framework X-FEM, ce qui nous permet de travailler avec des maillages plus grossiers tout en conservant une bonne précision. Comme nous le montrerons dans ce travail, il est possible de travailler avec des maillages jusqu'à 10 fois plus grossiers que si une méthode par élements finis classique était utilisée, permettant une forte amélioration des performances de calcul.Ce travail étudiera également l’influence de la prise en compte des effets de l’usure dans la prévision de la durée de vie en fatigue. Par conséquent, des simulations par éléments finis du fretting-fatigue ont été effectuées en tenant compte de la mise à jour de la géométrie due à l'enlèvement de matière et les résultats ont été comparés aux données expérimentales et aux simulations par éléments finis dans lesquels les effets de l'usure ont été négligés (stratégie simplificatrice généralement adoptée pour évaluer les problèmes de fatigue de frottement). Les critères de fatigue multiaxiaux conventionnels associés à la théorie des distances critiques ont été utilisés pour prédire la vie. Les résultats ont montré que, pour les données évaluées ici, lorsque des essais de fretting-fatigue ont été menés sur un alliage Ti-6Al-4V dans des conditions de glissement partiel, considérer les effets de l'usure pourraient augmenter légèrement la précision des prévisions de durée de vie. Cependant, cette amélioration n’est peut-être pas digne d’intérêt si nous prenons en compte les coûts de calcul élevés dans les analyses d’usure
This work has been undertaken in the context of an international research cooperation between the University of Brasilia, the Brazilian Space Agency (AEB), the ENS Paris-Saclay and the SAFRAN group. The main subject of this cooperation is the investigation of fretting fatigue, which is a contact problem in conjunction with fatigue loads responsible for reducing considerably components’ fatigue life due to the high stress concentration, wear and non-proportional loading conditions involved in such problems. Regarding the high computational costs involved when assessing industrial applications, one of the aims of this work is to improve the performance of fretting simulations making use of an enrichment approach. The idea is to take advantage of the fact that the mechanical fields around the contact edges in cylindrical contact configurations under fretting conditions are similar to the ones found close to the crack tip in linear elastic fracture mechanics problems. This similarity makes attractive the idea of enriching finite element fretting simulations through the X-FEM framework, which enables us to work with coarser meshes while keeping a good accuracy. As it will be shown in this work, it is possible to work with meshes up to 10 times coarser than it should be if a conventional FE method was used allowing a strong improvement of the computational performances.This work will also investigate the influence of considering wear effects in the prediction of fretting fatigue lives. Therefore, fretting fatigue FE simulations have been carried considering the geometry update due to the material removal and results were compared to both experimental data and FE simulations where wear effects were neglected (simplifying strategy usually adopted when evaluating fretting fatigue problems). Conventional multiaxial fatigue criteria in association with the Theory of Critical Distances have been used in order to predict life. Results have shown that, for the data here assessed, where fretting fatigue tests were conducted on a Ti-6Al-4V alloy under partial slip conditions, considering wear effects might slightly increase the accuracy of life predictions. However, this slight improvement may not be worthwhile regarding the increase in the computational cost when compared to standard approaches where wear is neglected

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Pelée, de Saint Maurice Romains. "Extension de l'approche X-FEM en dynamique rapide pour la propagation tridimensionnelle de fissure dans des matériaux ductiles." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0021/document.

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Abstract:

Le développement actuel de l’industrie vise à prévoir l’intégrité des structures dans le temps ou dans le cas de sollicitation extrême. Les risques liés à la propagation des fissures dans le cas de chocs ou d’impacts sont encore difficiles à prévoir. Les codes de calcul dans ce domaine regroupent plusieurs méthodes de simulation au sein d’un même code de calcul. Afin de présenter les différentes méthodes numériques mises en oeuvre, ce mémoire a été découpé en trois parties distinctes. Dans la première partie, nous présentons la bibliographie, puis notre apport aux méthodes de simulation numérique en l’appliquant au cas de la propagation de fissure dynamique et enfin les résultats obtenus à partir des méthodes proposées. Nous comparons ces simulations à des résultats expérimentaux ou à des simulations 2D trouvés dans la littérature. À travers la bibliographie, nous présenterons la théorie de la mécanique de la rupture pour arriver à un critère de propagation de fissure adapté à la dynamique transitoire. Ce critère a déjà été utilisé pour la fissuration dynamique en 2 dimensions. Nous décrirons la méthode des éléments finis étendus utilisée jusqu’ici principalement en quasi-statique. Nous donnerons les avantages mais aussi les limites de mise en oeuvre de cette méthode, notamment à travers le choix des enrichissements et de l’intégration des éléments coupés par la fissure. La méthode des level-sets est ensuite présentée : elle permet de décrire et faire évoluer la fissure indépendamment de la structure. On met en évidence le besoin de robustesse pour faire évoluer la fissure en dynamique explicite. La seconde partie est consacrée au développement et à l’extension de la méthode en 3D. Après avoir rappelé le critère de propagation en 3D fragile et avec plasticité, on cherche à proposer des schémas d’intégration spatiale plus économiques. Une nouvelle stratégie de propagation des level-sets basé sur la géométrie est proposée pour la dynamique explicite 3D. Enfin dans la troisième partie, nous appliquerons les méthodes à des cas de propagation de fissure bidimensionnelle puis tridimensionnelle. Nous simulerons dans un premier temps des cas 2D en mode I puis en mode mixte, afin de vérifier que l’on arrive à résultats proches des cas déjà simulés en 2D. Pour terminer par des simulations de propagation tridimensionnelle de fissure avec arrêt et redémarrage de la fissure. Tous ces développements on été implémentés dans le code de calcul de dynamique explicite EUROPLEXUS, co-propriété du CEA et de la Commission Européenne
The current development of the industry focus on structural integrity over time or in the case of extremes stresses. Risks related to the cracks propagation in the event of shocks or impacts are still difficult to predict. Computing codes in this area groups several methods of simulation within the same computer software. To present the various numerical methods used, this thesis was divided into three distinct parts. In the first part we present the literature. Then, in second part, our contribution to the numerical simulation methods are presented by applying it to the case of dynamic crack propagation. Finally the results obtained from the proposed methods are described. We compare these simulations with experimental results or 2D simulations found in the literature. Through the first part, we present the theory of fracture mechanics to reach a criterion of crack propagation adapted to the transient dynamics. This criterion has been used for dynamic cracks in two dimensions. We describe the extended finite element method mainly used for quasi-static problems. We give the advantages but also the limits of this method: the choice of enrichment and the integration method are particularly important. The level-sets method is then presented: it allows to describe and develop the crack regardless of the structure. It highlights the need of robustness due to explicit dynamics scheme. The second part is devoted to the development and extension of the method in 3D. After reminding the propagation criterion in 3D, we try to offer more economic patterns of spatial integration. A new strategy of level-sets propagation based on geometrical approach is proposed for the explicit dynamic and applied in 3D. In the third part, we apply the methods to the case of two-dimensional crack propagation and three-dimensional. We initially simulate 2D mode I then mixed mode, to ensure that we arrive at results close to earlier 2D simulations. To finish, we present three-dimensional simulations of crack propagation with stopping and restarting crack. All these developments have been implemented in the computing software EUROPLEXUS , co-owned by the CEA and the European Commission

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Ngo, Dac Thuong. "Modélisation numérique de la stimulation hydraulique et de la sismicité induite dans des réservoirs géothermiques profonds." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM012/document.

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Abstract:

Le développement et l'exploitation de réservoirs géothermiques profonds s'accompagnent généralement d'une sismicité induite - un effet secondaire indésirable. Cette recherche est axées sur l'utilisation de simulations numériques pour étudier la propagation des fractures hydrauliques et la réactivation de failles préexistantes lors de la stimulation hydraulique des réservoirs afin de mieux comprendre le comportement du réservoir fracturé et de réduire le risque potentiel de sismicité induite.La sismicité induite est d'abord étudiée du point de vue de l'utilisation de la loi de conservation de l'énergie afin d'expliquer le mécanisme de génération d'ondes élastiques à partir d'une rupture de roche. Ensuite, une approche approximative est proposée pour calculer les accélérations de pointe (PGA) induites par le glissement de faille. Les PGA calculés à la surface du sol servent à évaluer la perception humaine des ondes sismiques et le potentiel de dégradation des structures
The development and the exploitation of deep geothermal reservoirs are usually accompanied with induced seismicity - an unwanted side effect. This research is focused on using numerical simulations to investigate the propagation of hydraulic fractures and the reactivation of pre-existing faults during the hydraulic stimulation of the reservoirs in an effort to better understand the fractured reservoir behavior and to reduce the potential risk of induced seismicity.The induced seismicity is studied first from the standpoint of using the law of energy conservation in order to explain the mechanism of generating elastic waves from rock failure. Then an approximate approach is proposed to calculate the peak ground accelerations (PGAs) that are induced by the fault slip. The computed PGAs on ground surface are used to assess the human perception of the seismic waves and the damage potential to structures

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Bettonte, Francesco. "Développement d'une stratégie d'identification des paramètres par recalage de modèle éléments finis à partir de mesures par corrélation d'images : vers l'application à un modèle d'endommagement non local." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM022/document.

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Abstract:

Cette thèse a pour objectif le développement d'une stratégie d'identification des paramètres de plasticité et d'endommagement jusqu'à amorçage, pour des métaux ductiles.Un formalisme logarithmique est utilisé pour simuler les grandes déformations subies par les éprouvettes et une formulation non-locale multi-champ permet de simuler l'adoucissement indépendamment du maillage utilisé et d'éviter le verrouillage volumique.La Corrélation d'Images Digitales est utilisée pour obtenir des mesures hétérogènes plein champ à partir d'éprouvettes entaillées.La stratégie proposée s'appuie sur des observations microscopiques et sur une approche d'identification par recalage de modèle éléments finis (FEMU), visant à minimiser l'écart entre une mesure et son pendant simulé. L'écart est exprimé en termes de force et déplacement grâce à une normalisation appropriée. L'application de la FEMU est guidée par des analyses de sensibilité.La robustesse de la comparaison essai-calcul est assurée par l'application de conditions au bord mesurées. L'effet négatif de l’incertitude de mesure est mis en évidence et une solution de filtrage innovante est proposée.La stratégie est appliquée pour l'identification des paramètres de l'alliage Inconel625. Elle permet de reproduire l'amorçage pour des éprouvettes planes, en termes de réponse macroscopique et de localisation des sites d'amorçage
This thesis proposes an identification strategy for plastic behaviour and damage up to the onset of fracture, for an application to ductile metals.A logarithmic finite strain formulation is used to simulate the large deformations undergone by the specimens, while a locking-free non-local formulation allows a mesh independent simulation of the softening behaviour.Digital Image Correlation is used to obtain heterogeneous full-field measurements from tensile tests on notched specimens.The identification strategy is based both on microscopic observations and on a Finite Element Model Updating (FEMU) technique, according to which the parameters are identified by minimizing the discrepancy between experiment and simulation. The discrepancy is quantified both in terms of displacement and force thanks to an appropriate normalization. The application of FEMU is guided using sensitivity analysis.The robustness of the comparison between simulation and measurement is ensured by prescribing measured displacements as boundary conditions for the simulation. The negative effect of the measurement uncertainty is underlined, and an innovative filtering approach is proposed.The proposed strategy is used to identify the materials' parameters of alloy Inconel625. It allows to reproduce the onset of fracture for flat specimens, both in terms of macroscopic response and crack initiation location

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Le, Cren Matthieu. "Propagation robuste de défauts en 3D." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2018. http://www.theses.fr/2018ECDN0028/document.

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Abstract:

Afin d'assurer le contrôle de son parc de production d'électricité, EDF doit maîtriser le vieillissement de ses installations pour en garantir le bon fonctionnement dans la durée. Dans ce but, il est nécessaire de disposer d’outils performants pour le modéliser et simuler la propagation des défauts dans les structures.Dans ces travaux de thèse, on s’intéresse à la propagation de fissures avec la méthode X-FEM et notamment à l’étape de localisation de la fissure par une technique de courbes de niveau. Nous avons proposé une approche fondée sur une méthode de propagation d’information de distance dite fast marching method pour rendre cette étape plus robuste. Elle est applicable à tous types de mailles,linéaires ou quadratiques.De plus, le calcul du taux de restitution d’énergie et des facteurs d’intensité de contrainte en pointe de fissure doit être suffisamment précis pour permettre de calculer la direction et l’avancée de la fissure. Dans ce but, nous avons proposé d’étudier une méthode d’intégrale de domaine pour laquelle on soulève plusieurs difficultés liées à la représentation de la fissure dans un espace tridimensionnel. Plusieurs améliorations sont proposées pour rendre les calculs plus précis et plus robustes.Dans le cas des fissures à front courbe, nous avons identifié les limites de l'utilisation des champs asymptotiques obtenus en pointe de fissure sous l'hypothèse des déformations planes comme champs auxiliaires d’une méthode d’intégrale d’interaction et nous avons proposé de nouveaux champs de déplacements auxiliaires qui prennent en compte la courbure du front de fissure. Toutes ces approches sont développées et validées dans le logiciel code_aster
In order to ensure the control of its nuclear power plants, EDF must guarantee that they function effectively over the long term. For this purpose, it is necessary to have efficient tools tomodel and simulate crack propagation in structures. In this PhD work, we are interested in the propagation of cracks with the X-FEM method which allows using the same mesh as for a structure without default. We target especially the reconstruction of thelevel sets that characterize the position of the crack after propagation. We have proposed a fast marching method approach based on the propagation of distance information from the crack surface to the whole structure to make this step more robust in the X-FEM propagation process. It is applicable to all types of meshes, linear or quadratic. The calculation of information characteristic of thecrack status such as the energy release rate and the stress intensity factors must be accurate enough to obtain the direction and advance of the crack front ateach propagation step. For this purpose, we proposed to study a domain integral method, for which several difficulties related to the representation of the crackin a three-dimensional space are identified. Several improvements are proposed to make the calculations more accurate and more robust. In the case of curved cracks front, we have identified the limitations of using asymptotic fields obtained under the plane deformation hypothesis as auxiliary fields of an interaction integral method and we have proposed new auxiliary displacement fields that take into account the curvature of the crack front. All these methods are developed and validated with EDF software code_aster

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Gras, Thibaut. "Couplage de méthodes d'éléments finis standards (FEM) et ondulatoires (WFEM) pour le calcul de la réponse vibratoire d'une voie ferrée." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2372/document.

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Abstract:

La prédiction du bruit de roulement ferroviaire est en enjeu majeur pour la maitrise des nuisances sonores. Au point de contact roue/rail, la roue et la voie sont excités de manière dynamique, ce qui enclenche le rayonnement du bruit de roulement. Les réponses vibratoires au point de contact ainsi que les taux de décroissance des ondes sont des données primordiales pour simuler de manière précise le bruit de roulement. Or, la dimension infinie de la voie ferrée conduit bien souvent à des modèles éléments finis coûteux et non adaptés à la recherche de solutions innovantes. La thèse a pour objectifs de proposer un modèle vibratoire de voie en éléments finis qui prenne en compte la dimension infinie périodique de la voie, mais aussi d’inclure une portion de voie non-périodique sur laquelle des solutions anti-vibratiles peuvent être testées. La propagation des vibrations est exprimée sous la forme d’une décomposition en ondes par la méthode WFE (Wave Finite Element). Le calcul de la réponse vibratoire de la voie périodique infinie est obtenu à partir du déplacement d’une cellule physique longue d’environ 0.6 m. Pour réduire les temps de calcul nécessaires à sa condensation dynamique, une méthode de bi-périodisation est proposée. Le couplage entre les méthodes éléments finis et WFE est développé pour prendre en considération les supports élastiques dans cette cellule. Les comparaisons avec des mobilités expérimentales ainsi que des taux de décroissance montrent un très bon accord calculs-mesures. Enfin, le modèle développé dans cette thèse a permis de tester l’efficacité d’une solution anti-vibratile innovante développée au sein du projet CERVIFER. Celle-ci offre un comportement bi-mode, elle assouplit les supports autour de la roue préservant ainsi l’infrastructure, mais elle rigidifie les supports loin de la roue pour augmenter les taux de décroissance. Les résultats numériques se révèlent prometteurs en termes d’efficacité du dispositif et entrevoient une poursuite du développement de cette solution anti-vibratile
Railway noise is a critical issue concerning environmental noise. At the wheel/rail contact point, both the wheel and the track are dynamically excited and vibrate together to emit the well known rolling noise. The point receptance of the rail and the track decay rates are important quantities to accurately predict wheel-rail noise emission. However, the infinite dimension of the track leads to cumbersome numerical finite-element (FE) models and not adapted to assist the research of innovative solutions. The goals of this thesis are to build an efficient numerical model for calculating the vibration from an infinite railway track, but also to include a central non-periodic part with the aim of testing anti-vibration solutions. The vibration propagation along the track is expressed as a sum of different waves using the WFEM (Wave Finite Element Method). The displacements of a 0.6 m unit cell lead to the computation of the whole track. To reduce the dynamic condensation of this cell, a bi-periodic method is proposed in this thesis. The FEM - WFEM coupling is proposed to easily include elastic supports inside the unit cell. Results show a good correlation between test and calculation. Finally, the model proposed in this thesis was used to test the efficiency of an innovative anti-vibration solution developed within the CERVIFER project. It is a dual mode device which makes the supports softer around the wheel to protect the infrastructure, and stiffer away from the wheel to increase the track decay rates. The numerical results revealed to be really promising, and they will permit to pursue the development of this anti-vibration solution

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Gouda, Eid Abdelbaki Ahmed. "Transmission planétaire magnétique : étude, optimisation et réalisation." Thesis, Nancy 1, 2011. http://www.theses.fr/2011NAN10024/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur l'étude, l'optimisation et la réalisation d'une transmission planétaire magnétique. Dans notre thèse nous essayons de répondre à quelques questions intéressantes sur la possibilité de remplacer un train planétaire mécanique par un train planétaire magnétique, est-ce que la formule de Willis reste valable pour le train planétaire magnétique et est-ce que les trains magnétiques ont des performances similaires à celles des trains mécaniques ? Donc nous étudions, le remplacement du train mécanique par une transmission magnétique. Nous montrons que le train magnétique a un volume moindre, des pertes inférieures et plusieurs autres avantages. Notre but dans cette thèse est d'obtenir un "design" optimal d'un train magnétique. Nous utilisons un logiciel de calcul par éléments finis pour l'étude électromagnétique et nous cherchons également à optimiser les dimensions de ce train. Pour cela nous utilisons la méthode d'optimisation par essaim de particules (OEP). Un prototype a été réalisé ce qui permet de confronter les résultats de simulation et expérimentaux
The work presented in this thesis deals with the study, the optimisation and the realisation of a magnetic planetary transmission. We try to answer some questions about the possibility of replacing the mechanical planetary gear used in industrial machines by a magnetic planetary gear; is the formula of Willis still valid for the magnetic planetary gear and are the magnetic planetary gear performances at least similar to ones of the mechanical gears? We study the replacement of the mechanical planetary gear by a magnetic one. We show that the magnetic one has a smaller volume, lower losses and many other benefits. The objective of this work is to obtain an optimum design of a magnetic planetary gear. We use a finite element software to study the magnetic behaviour of the device and we also perform the optimization of the dimensions of the magnetic planetary gear. The particle swarm optimization method (PSO) has been used. A prototype has been built so the computation results has been compared to the experimental ones

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Wolf, Johannes. "Traitement numérique de la fissuration dans les matériaux structuraux ductiles sous l’effet de sollicitations sévères." Thesis, Toulouse, ISAE, 2016. http://www.theses.fr/2016ESAE0040/document.

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Abstract:

Le travail présenté a pour objectif la prédiction numérique de la résistance résiduellede grandes structures vis-à-vis d’évènements accidentels, tels que ceux rencontrés p.ex. dans le cas de la collision de navires ou d’impact d’oiseaux en aéronautique. Cesévènements peuvent dans certain cas conduire à la rupture, qui est ici considéréeductile. La difficulté de cette étude, consiste à reproduire dans une méthodologieunifiée basée sur la méthode des éléments finis les étapes successives menant àla ruine ultime de la structure. Ces étapes sont : l’endommagement ductile, lalocalisation de la déformation et la propagation de la fissure. Un élément essentiel pour la conception d’un modèle de fissuration ductile prédictif est le traitement numérique de la phase transitoire critique de localisation de la déformation induite par l’endommagement dans une bande de matière étroite.A cet effet, trois points de vue différents en termes de champ de déplacement àtravers la bande de localisation sont proposés. Ces trois approches se distinguentpar le type de discontinuité considérée : forte, faible et régularisée (expression nonlinéaire). Un cadre variationnel consistant est élaboré pour chacune des trois approches.Ainsi la cinématique enrichie est incorporée dans la formulation de l’élément fini enutilisant la méthode des éléments finis enrichis (X-FEM). Puis, la performance deces méthodes est évaluée vis-à-vis de leur capacité à modéliser la phase transitoireentre endommagement diffus (mécanique des milieux continus) et propagation defissure (mécanique de la rupture). Ces travaux sont réalisés dans le contexte dematériaux ductiles. D’après les analyses réalisées, la combinaison du modèle de ’discontinuité fortecohésive’ et la X-FEM semble être la plus prometteuse des trois approches étudiéespour allier physique et numérique. Le développement d’un tel modèle est discutéen détail. Enfin, deux critères supplémentaires sont définis : le premier pour lepassage de l’endommagement diffus au modèle de bande cohésive et un deuxièmepour le passage du modèle de bande cohésive à la rupture
The present work aims at numerically predicting the current residual strengthof large engineering structures made of ductile metals regarding accidental events,e.g. ships collision or bird strike in aviation, which may potentially lead to failure.With this aim in view, the challenge consists in reproducing within a unified finiteelement (FE)-based methodology the successive steps of micro-voiding-induceddamage, strain localization and crack propagation, if any.A key ingredient for a predictive ductile fracture model is the proper numericaltreatment of the critical transition phase of damage-induced strain localizationinside a narrow band. For this purpose, three different viewpoints in terms ofdisplacement field across the localization band are proposed involving a strong,weak and (non-linearly) regularized discontinuity, respectively.A consistent variational framework is elaborated for each of the three methods,whereby the enriched kinematics is embedded into the FE formulation using theeXtended FEM. Then, within a comparative procedure, the performance of thesemethods is assessed regarding their ability of modeling the transition phase betweendiffuse damage (continuum mechanics framework) and crack propagation (fracturemechanics framework), always in the context of ductile materials.According to the aforementioned analyses, the combination of the strong discontinuitycohesive model and the X-FEM appears to be the most promising of thethree studied approaches to bring together physics and numerics. The developmentof such a model is discussed in detail. Finally, two supplementary criteria aredefined: the first one for the passage from diffuse damage to the cohesive bandmodel and the second one for the passage from the cohesive band model to thecrack

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Kishta, Ejona. "Modélisation par cinématique enrichie de la fissuration anisotrope des structures en béton armé : Application aux éléments bidimensionnels sous chargement cyclique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLN065/document.

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Abstract:

Les ouvrages de génie civil, imposants et uniques, sont majoritairement construits en béton armé ou précontraint. La durabilité, l'étanchéité et la sûreté sont primordiales lorsqu'il s'agit d'évaluer la performance d'un ouvrage. La fissuration est un phénomène majeur qui influence le comportement des ouvrages sous diverses sollicitations en terme de durabilité et de tenue structurale. Le développement de lois de comportement capables de décrire de manière robuste et efficace la réponse des matériaux quasi-fragiles sous sollicitations complexes représente encore aujourd'hui un paradigme qui suscite de nombreux travaux au sein de la communauté scientifique. L'objectif principal de ces travaux est le développement d'un modèle numérique capable de représenter explicitement la fissuration des éléments de structure en béton armé. La dégradation des structures en béton armé, caractérisée par un réseau de fissures anisotrope, est décrite par un modèle d'endommagement anisotrope fondé sur des fissures orientées. La cinématique du modèle est enrichie par un saut de déplacement de manière à représenter explicitement le développement de fissures dans le matériau. Ce saut de déplacement est identifié comme l'ouverture de fissure. Le modèle développé est validé sur des structures en béton présentant des mécanismes de ruine en mode I et mode mixte. Les performances du modèle sont illustrées via la simulation de structures en béton armé comme un voile en cisaillement soumis a un chargement cyclique
Civil engineering buildings, massive and unique, are mostly made of reinforced or prestressed concrete. Sustainability, tightness and safety are the major pillars of a building's performance. Cracking is a major phenomenon which impacts the buildings' behaviour under different loadings in terms of sustainability and structural capacity. Development of numerical models which describe accurately the response of quasi-brittle materials under complex loading remains an important research topic for the scientific community. The objective of this work is the development of a numerical model which represents explicitly cracking of reinforced concrete structures. Concrete and reinforced concrete degradation process, characterised by the appearance of several anisotropic crack families, is described by means of an anisotropic damage model accounting for oriented crack families. The kinematics of this model is enriched with a displacement jump in order to reproduce the development of cracks in the material during loading. This displacement jump is identified as the crack opening. The developed model is validated on simulations of plain concrete structures exhibiting mode I as well as mixed-mode failure. The performances of the enriched model are shown by the simulation of reinforced concrete structures such as a shear wall submitted to cyclic loading

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Gehlen, Karina Rocha Henriques. "A inserção do tema sustentabilidade no curso de ciências contábeis da FEA/USP à luz da teoria institucional." Universidade Estadual de Londrina. Centro de Estudos Sociais Aplicados. Programa de Pós-Graduação em Administração, 2017. http://www.bibliotecadigital.uel.br/document/?code=vtls000210757.

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Abstract:

Desde a década de 1960 o tema Sustentabilidade tem ganhado espaço em diversas áreas do conhecimento. O campo ainda é divergente com relação ao conceito, fato que culmina em inúmeras discussões sobre como se daria as mudanças necessárias para uma sociedade mais sustentável. Como um dos difusores de conhecimento se tem a educação formal e, mais especificamente a educação superior, responsável por formar os indivíduos, que irão atuar nas mais diversas profissões, perpetuando o conhecimento adquirido. Partindo da importância do tema e das organizações na sociedade contemporânea, esse trabalho tem por objetivo compreender o processo de institucionalização do tema sustentabilidade em uma instituição de ensino superior no curso de Ciências Contábeis. Tal escolha se justifica devido ao fato da contabilidade ser o intermediário entre as práticas empresariais e a sociedade. A Teoria Institucional foi o pilar para analisar em qual nível de institucionalização o tema se encontra com base no trabalho de Tolber e Zucker (1999) que conceituam três níveis dentro desse processo: habitualização, objetificação e sedimentação. A partir da identificação do nível em que se encontra o tema sustentabilidade, foi feito um mapeamento para distinguir qual a natureza do conceito de sustentabilidade o curso aborda, com base no trabalho de Hopwood, Mellor e O?Brien (2005), ou seja, voltado para mudanças sociais de caráter incremental do status quo, reformista ou transformação radical. Essa pesquisa é de natureza qualitativa com tipo estudo de caso único. A análise dos dados foi feita por meio de análise de conteúdo utilizando documentos e entrevista semiestruturada. As categorias de análise foram selecionadas a partir do referencial teórico desse trabalho formado por Teoria Institucional, Sustentabilidade e Educação para Sustentabilidade com ênfase em Ciências Contábeis. Como contribuição se espera que esse trabalho possa auxiliar outros cursos na inserção da sustentabilidade em suas matrizes curriculares além de demonstrar a aplicabilidade empírica da Teoria Institucional dentro de uma instituição de ensino. Os resultados alcançados demonstram que o tema sustentabilidade no curso de Ciências Contábeis do caso estudado está semi-institucionalizado em transição para o institucionalizado. A natureza do conceito de sustentabilidade adotado pelo curso possui características de manutenção do status quo e reformista e, por fim concluiu-se que a disciplina que aborda sustentabilidade tem atributos mais holísticos e interdisciplinares do que o curso de contabilidade como um todo.
Since the 1960s the theme Sustainability has acquire ground in several areas of knowledge. The field is still divergent with respect to the concept, culminating in numerous discussions about how the necessary changes would be made for a more sustainable society. As one of the knowledge diffusers has formal education and specifically higher education responsible for training individuals who will work in various professions, perpetuating the knowledge acquired. Starting from the importance of the topic and organizations in contemporary society this study aims to understand the process of institutionalization of sustainability theme in Accounting undergraduate degree. Such a choice is justified by the fact that accounting is the intermediary between business practices and society. Institutional Theory was the pillar to analyze institutionalization level of the subject, based on the work of Tolber and Zucker (1999) who conceptualize three levels within this process: habitualization, objectification and sedimentation. From the identification of the level of sustainability theme, a mapping was made to distinguish the nature of the concept of sustainability the course addresses, based on the work of Hopwood, Mellor and O'Brien (2005), that is, aimed at social changes of an incremental character of the status quo, reformist or radical transformation. This research is a qualitative study with single case type. The data analysis was done through content analysis using documents and semi-structured interview. The analysis categories were selected from the literature review of this work formed by Institutional Theory, Sustainability and Education for Sustainability with an emphasis in Accounting. As a contribution is expected that this work may help other courses in the integration of sustainability into their curriculum matrices besides demonstrating the empirical applicability of the Institutional Theory within an educational institution. The results show that the sustainability theme in the course of Accounting in the case studied is semi-institutionalized in transition to the institutionalized. The nature of the concept of sustainability adopted by the course has characteristics of maintaining the status quo and reformist. Finally, it was concluded that the discipline that addresses sustainability has more holistic and interdisciplinary attributes than the accounting course as a whole.

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Jan, Yannick. "Modélisation de la propagation de fissure sur des structures minces, soumises à des sollicitations intenses et rapides, par la méthode X-FEM." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI066/document.

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Abstract:

Actuellement, les méthodes classiques (éléments finis, endommagement, critère de rupture) pour analyser la tenue des structures sous des chargements extrêmes sont très dépendantes de la taille de maille du modèle et nécessitent à la fois un savoir-faire spé- cifique dans le domaine et des études de sensibilité au maillage. De nouvelles approches basées sur la méthode des éléments finis étendus permettent de traiter des propagations de fissure sur des structures de petites tailles et volumiques. Cependant, la propagation sur de grandes longueurs avec des modèles volumiques demande une puissance de calcul importante, souvent inaccessible dans le cadre industriel. Cette thèse a pour but de cou- pler des éléments finis de coque avec la méthode des éléments finis étendue (X-FEM). On peut ainsi diminuer la taille des modèles et gagner en temps de calcul. La fissure peut éga- lement évoluer librement dans le maillage. Après avoir fait le choix d’un élément fini de coque simple et de bonne qualité, l’objectif est de modifier cet élément afin de permettre la description d’une fissure au sein même de celui-ci. Ensuite, l’enjeu est d’adapter les critères de propagation qui existent déjà pour des modèles plans ou volumiques pour les matériaux dits "ductiles" afin de les utiliser dans le cadre d’une modélisation coque. Ces critères sont basés sur l’analyse des champs de contrainte et déformation sur un demi- disque aval à la pointe de fissure. Le calcul de la contrainte équivalente extraite de ces champs servant de seuil pour déclencher ou non la propagation est un point clef de ce travail. Cette étude se place dans le cadre de la plasticité généralisée et fait l’hypothèse d’une fissure initialement traversante dans l’épaisseur de la coque. La phase d’amorçage de la fissure n’est pas prise en compte et le défaut initial est supposé préexistant au sein de la structure. En vue de valider le couplage coque/X-FEM et le critère de propagation, des essais de fissuration sur des structures minces sont réalisés et présentés dans ce document
In shipbuilding industry, classical methods to analyze the behavior of structures under extreme loadings are very dependent on the size of the mesh. Moreover, propagation over long lengths with volumetric models requires huge processing power, often inaccessible within this framework. In order to manage these issues and due to the geometry to be considered, a coupling between shell finite element and the extended finite element method (X-FEM) using an adapted propagation criterion is proposed. The developments are made in the fast explicit dynamic finite element code EUROPLEXUS, CEA Saclay. For shell structures involving significant thickness such as submarines, Mindlin-Reissner theory is needed to enable shear strain. Therefore, locking-free element are used to avoid the numerical issue of shear-locking that appears when the shell becomes too thin. The fracture of Mindlin-Reissner plates based on the X-FEM discrete approximation framework is studied by Dolbow and Belytschko with the MITC4. A four node shell element using the same formulation is here only enriched with a step function along the crack line to take into consideration the discontinuity of the displacement field across the crack. The calculation remains accurate without the asymptotic enrichment functions near the crack-tip, as long as the mesh is refined near the crack tip. The numerical integration issue for elements cut by the crack is solved by a partitioning strategy developed by Elguedj. Since the crack is contained in the shell for which the mid plane's position is entirely known, only one information left is needed to locate it. Therefore, a crack is represented by several line segments on the three-dimensional mesh. Only through thickness cracks are considered so far. As regards to the crack propagation, a local criteria proposed by Haboussa is used based on the calculation of mechanical equivalent quantities in the vicinity of the crack tip. The maximum of the equivalent stress tensor near the crack tip is used to decide if the crack propagates as well as its propagation direction, and the Kaninen equation gives the crack velocity

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Barturen, Mariana. "Anisotropía magnética y acople magneto-elástico en películas delgadas de Fe1-xGax crecidas epitaxialmente sobre ZnSe/GaAs(001)." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066139/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous présentons l’étude de l'alliage Fe1−xGax en couche mince monocristallins et d’épaisseur nanométrique. Le travail, de nature expérimentale, a consisté à réaliser une caractérisation magnétique qui inclut l’étude des anisotropies magnétiques, des coefficients de couplages magnéto-élastiques et des domaines magnétiques. Pour cela j’ai utilisé principalement les techniques de résonance ferromagnétique, de mesure du couplage magnétoélastique par déflexion d’un cantilever et de microscopie à force magnétique (MFM). Les anisotropies ont été étudiées en fonction de l’épaisseur du film, de la concentration en Gallium et de la structure atomique, donnant lieu à une description très complète du système. On observe que les couches minces de Fe1−xGax conservent une grande partie des caractéristiques du matériau massif mais présentent également des spécificités. En particulier, on mesure une forte anisotropie hors plan (de l’ordre de dix fois supérieure à l’anisotropie dans le plan) à la fois d’origine magnétocristalline et magnétoélastique, et impliquant une autre contribution d’origine inconnue. Pour expliquer cette dernière contribution, nous avons émis l’hypothèse d’une anisotropie dans la distribution des paires de Ga (qui seraient plus nombreuses hors plan que dans le plan). Nous avons pu modéliser le phénomène en adaptant le modèle phénoménologique de Cullen. Comme conséquence de cette anisotropie hors plan, des domaines magnétiques en forme de bandes ou stripes apparaissent pour des épaisseurs de film supérieures à une épaisseur critique. Ces domaines, peuvent être retournés dans la direction du champ magnétique appliqué
In this thesis we have introduced the study of the Fe1−xGax alloy grown as monocrystalline thin films of nanometric thicknesses. Our work was of experimental nature and consisted in a magnetic characterization that included the study of magnetic anisotropies, magneto-elastic coupling coefficients and magnetic domains. For this work we principally used three techniques: ferromagnetic resonance, magnetoelastic coupling measurement by deflection of cantilever and magnetic force microscopy . Anisotropies were studied in function of thickness, concentration and atomic structure, achieving an extensive description of the system. It was observed that the films conserved many of the bulk material characteristics, but at the same time they present some singularities that make them different. Particularly, a strong out of plane anisotropy was detected (ten times larger than the anisotropy inside the plane), which has a magnetocrystalline contribution, a magnetoelastic contribution and another one of unknown origin. To explain this last term which we put forward the hypothesis of an anisotropic distribution of Ga pairs (more Ga pairs out of plane than in plane). This last contribution could be modeled by adapting Cullen’s phenomenological model. As a consequence of this out of the plane anisotropy, magnetic domains with stripe pattern appear, for adequate thicknesses. These domains can rotate in the direction of the saturation applied magnetic field

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Souare, Papa Momar. "Effets thermiques dans les empilements 3d de puces électroniques : études numériques et expérimentales." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2014. http://www.theses.fr/2014EMSE0766/document.

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Abstract:

On assiste aujourd’hui à une évolution des systèmes électroniques nomades vers des fonctionnalités plus avancées. Cette complexification des systèmes électroniques nomades nécessite une augmentation de la puissance de calcul des puces électronique, ce qui se peut se traduire par une utilisation d’une technologie CMOS agressive, mais qui se complète aujourd’hui par une technique appelée intégration 3D. Il ne s’agit donc plus d’une évolution classique à l’échelle du transistor suivant la loi de Moore mais à celle de l’échelle plus large du boîtier / système, on parle alors de la loi de « More than Moore ». L’empilement tridimensionnel (3D) des puces électroniques engendre une augmentation de la densité de puissance totale dissipée par unité de surface de l’empilement final. Cette puissance, résultant essentiellement de l’effet joule dans les transistors et l’interconnexion, est une source de chaleur qui contribue à l’augmentation de la température globale de la puce. L’objectif global de cette thèse est d’étudier les échanges thermiques dans un empilement de puces 3D durant leur fonctionnement. On s’attachera à comprendre les effets géométriques ou matériaux de l’empilement ainsi que l’impact du placement des TSV, Bumps ... sur ces échanges thermiques. L’étude s’appuie sur des simulations numériques validées par des mesures expérimentales sur des empilements 3D. Ces études numérique et expérimentale auront comme finalité de déduire des règles de dessin thermiques qui seront validées sur le dessin de circuits basiques ou plus complexes. Dans la suite, ces différents objectifs seront motivés et abordés en détail. L’établissement d’un modèle thermique basé sur des simulations en éléments finis d’un procédé industriel CMOS 65 nm 3D permettra d’aborder le problème de modélisation de la manière la plus précise possible. En effet, les précédentes simulations ont utilisé des modèles compacts – donc de moindre précision que les éléments finis – et un procédé générique qui ne reflète pas toutes les propriétés des matériaux, et en particulier celles des interfaces. Les résultats ainsi obtenus seront validés par des mesures sur des puces empilées réalisées dans le procédé considéré. Dans cette partie expérimentale, l’objectif est de déterminer une cartographie de la température dans un empilement 3D en utilisant des capteurs embarqués dans le silicium, et ce sous différentes conditions d’opération de la puce 3D. Il en ressortira un modèle numérique validé et calibré par des mesures expérimentales
Today we are witnessing an evolution of mobile electronic systems to more advanced features. The complexity of mobile electronic systems requires an increase in computing power of electronic chips, which can lead to the use of aggressive CMOS technology, but which now completed with a technique called 3D integration. It is more of a classical evolution across the transistor following Moore's law but that of the wider scale of the packaging / system, it is called the law of "More than Moore". Three dimensional (3D) stack of electronic chip generates an increase in the density of total power dissipated per unit area of the final stack. This power, essentially resulting in the Joule effect transistors and interconnection, is a source of heat which contributes to increase the overall temperature of the chip. The global objective of this thesis is to study the heat transfer in a 3D stack of chips during operation. We will seek to understand the geometric or materials effects of the stack and the impact of the placement of TSV, Bumps ... on these heat exchanges. The study is based on numerical simulations validated by experimental measurements on 3D stacks. These numerical and experimental studies have as a goal to deduce thermal design rules that will be validated in the drawing of basic or more complex circuits. In the following, these goals will be motivated and discussed in detail. The establishment of a thermal model based on finite element simulations of an industrial process 3D CMOS 65 nm will address the problem of modelling the most accurate way possible. Indeed, previous simulations used compact models - so that the lower accuracy of finite elements - and a generic method that does not reflect all of the properties of materials, and in particular interfaces. The results obtained will be validated by measurements on stacked chips carried out within the process concerned. In the experimental part, the objective is to determine a thermal mapping in a 3D stack using sensors embedded in the silicon, and under different conditions of 3D chip process. This will provide a numerical model validated and calibrated by experimental measurements

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Falco, Aurélien. "Bridging the Gap Between H-Matrices and Sparse Direct Methods for the Solution of Large Linear Systems." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0090/document.

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Abstract:

De nombreux phénomènes physiques peuvent être étudiés au moyen de modélisations et de simulations numériques, courantes dans les applications scientifiques. Pour être calculable sur un ordinateur, des techniques de discrétisation appropriées doivent être considérées, conduisant souvent à un ensemble d’équations linéaires dont les caractéristiques dépendent des techniques de discrétisation. D’un côté, la méthode des éléments finis conduit généralement à des systèmes linéaires creux, tandis que les méthodes des éléments finis de frontière conduisent à des systèmes linéaires denses. La taille des systèmes linéaires en découlant dépend du domaine où le phénomène physique étudié se produit et tend à devenir de plus en plus grand à mesure que les performances des infrastructures informatiques augmentent. Pour des raisons de robustesse numérique, les techniques de solution basées sur la factorisation de la matrice associée au système linéaire sont la méthode de choix utilisée lorsqu’elle est abordable. A cet égard, les méthodes hiérarchiques basées sur de la compression de rang faible ont permis une importante réduction des ressources de calcul nécessaires pour la résolution de systèmes linéaires denses au cours des deux dernières décennies. Pour les systèmes linéaires creux, leur utilisation reste un défi qui a été étudié à la fois par la communauté des matrices hiérarchiques et la communauté des matrices creuses. D’une part, la communauté des matrices hiérarchiques a d’abord exploité la structure creuse du problème via l’utilisation de la dissection emboitée. Bien que cette approche bénéficie de la structure hiérarchique qui en résulte, elle n’est pas aussi efficace que les solveurs creux en ce qui concerne l’exploitation des zéros et la séparation structurelle des zéros et des non-zéros. D’autre part, la factorisation creuse est accomplie de telle sorte qu’elle aboutit à une séquence d’opérations plus petites et denses, ce qui incite les solveurs à utiliser cette propriété et à exploiter les techniques de compression des méthodes hiérarchiques afin de réduire le coût de calcul de ces opérations élémentaires. Néanmoins, la structure hiérarchique globale peut être perdue si la compression des méthodes hiérarchiques n’est utilisée que localement sur des sous-matrices denses. Nous passons en revue ici les principales techniques employées par ces deux communautés, en essayant de mettre en évidence leurs propriétés communes et leurs limites respectives, en mettant l’accent sur les études qui visent à combler l’écart qui les séparent. Partant de ces observations, nous proposons une classe d’algorithmes hiérarchiques basés sur l’analyse symbolique de la structure des facteurs d’une matrice creuse. Ces algorithmes s’appuient sur une information symbolique pour grouper les inconnues entre elles et construire une structure hiérarchique cohérente avec la disposition des non-zéros de la matrice. Nos méthodes s’appuient également sur la compression de rang faible pour réduire la consommation mémoire des sous-matrices les plus grandes ainsi que le temps que met le solveur à trouver une solution. Nous comparons également des techniques de renumérotation se fondant sur des propriétés géométriques ou topologiques. Enfin, nous ouvrons la discussion à un couplage entre la méthode des éléments finis et la méthode des éléments finis de frontière dans un cadre logiciel unique
Many physical phenomena may be studied through modeling and numerical simulations, commonplace in scientific applications. To be tractable on a computer, appropriated discretization techniques must be considered, which often lead to a set of linear equations whose features depend on the discretization techniques. Among them, the Finite Element Method usually leads to sparse linear systems whereas the Boundary Element Method leads to dense linear systems. The size of the resulting linear systems depends on the domain where the studied physical phenomenon develops and tends to become larger and larger as the performance of the computer facilities increases. For the sake of numerical robustness, the solution techniques based on the factorization of the matrix associated with the linear system are the methods of choice when affordable. In that respect, hierarchical methods based on low-rank compression have allowed a drastic reduction of the computational requirements for the solution of dense linear systems over the last two decades. For sparse linear systems, their application remains a challenge which has been studied by both the community of hierarchical matrices and the community of sparse matrices. On the one hand, the first step taken by the community of hierarchical matrices most often takes advantage of the sparsity of the problem through the use of nested dissection. While this approach benefits from the hierarchical structure, it is not, however, as efficient as sparse solvers regarding the exploitation of zeros and the structural separation of zeros from non-zeros. On the other hand, sparse factorization is organized so as to lead to a sequence of smaller dense operations, enticing sparse solvers to use this property and exploit compression techniques from hierarchical methods in order to reduce the computational cost of these elementary operations. Nonetheless, the globally hierarchical structure may be lost if the compression of hierarchical methods is used only locally on dense submatrices. We here review the main techniques that have been employed by both those communities, trying to highlight their common properties and their respective limits with a special emphasis on studies that have aimed to bridge the gap between them. With these observations in mind, we propose a class of hierarchical algorithms based on the symbolic analysis of the structure of the factors of a sparse matrix. These algorithms rely on a symbolic information to cluster and construct a hierarchical structure coherent with the non-zero pattern of the matrix. Moreover, the resulting hierarchical matrix relies on low-rank compression for the reduction of the memory consumption of large submatrices as well as the time to solution of the solver. We also compare multiple ordering techniques based on geometrical or topological properties. Finally, we open the discussion to a coupling between the Finite Element Method and the Boundary Element Method in a unified computational framework

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Consentino, Laurent. "Mécanismes d'acquisition du fer de l'hôte chez Bacillus cereus : rôle du couple bacillibactine-FeuA et expression des gènes impliqués dans l'homéostasie du fer in vivo durant l’infection intestinale chez l’insecte." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLA018/document.

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Abstract:

L’apport de fer est essentiel pour la plupart des organismes vivants, incluant la majorité des bactéries pathogènes. Cependant, le fer libre est toxique : il est lié à des protéines de stockage et de transport (e.g. ferritine, hémoprotéines…) et voit son homéostasie finement régulée. Afin d’extraire le fer de ces protéines, les bactéries utilisent divers systèmes tels que des protéines de surface ou encore des sidérophores. Bacillus cereus est une bactérie Gram-positive sporulante, pathogène opportuniste chez l’homme, 2ème cause en France de toxi-infection alimentaire collective. Chez B. cereus, la protéine de surface IlsA et le sidérophore bacillibactine (BB) sont impliqués dans l’acquisition du fer de la ferritine exogène et elles sont importantes pour l’infection de l’insecte modèle Galleria mellonella. Mes travaux présentaient deux parties : tout d’abord, l’étude de l’import du complexe BB-Fe3+ dans la cellule par FeuA, protéine de liaison de ce complexe à la surface de la bactérie, souligne le rôle central du couple BB-FeuA. La délétion des gènes codants pour ces deux molécules limite l’acquisition par B. cereus du fer de la ferritine, de l’hème, de l’hémoglobine et du fer inorganique in vitro. En revanche, elle présente un phénotype de virulence in vivo comparable à la souche de référence dans le cas d’injection intra-hémocœlique de larves de G. mellonella. Ce résultat surprenant suggère un probable rétrocontrôle sur l’expression de facteurs de virulence lorsque B. cereus ne produit ni BB ni FeuA, et se trouve par conséquent fortement carencé en fer. Le second volet de mes travaux s’intéresse à l’expression des gènes liés à l’homéostasie du fer in vivo, au cours de l’infection de l’intestin de larves de G. mellonella axéniques. Nous avons choisi une approche de type microgénomique, en prélevant les échantillons par microdissection laser, sur de façon à prélever de petits échantillons dans une zone définie, puis en analysant l’expression de quelques gènes ciblés par RT-qPCR et ddPCR à 3h et 16h post ingestion. Nos résultats montrent que : i) la colonisation intestinale de G. mellonella est impactée lorsque B. cereus est dépourvu du couple BB-FeuA ; ii) ilsA est exprimé lors de l’infection intestinale ; iii) les gènes ciblés impliqués dans l’homéostasie du fer sont activés dès le début de l’infection, suggérant un rôle dans l’adaptation et la pathogénicité ; iv) une faible modulation de l’expression est observée entre les deux temps. Ces travaux ouvrent de nouvelles connaissances fondamentales sur l’homéostasie du fer et des perspectives quant à l’utilisation de nouvelles techniques pour l’étude in situ des interactions hôte-pathogène
Iron acquisition is essential for most living organisms, including many pathogenic bacteria. However, free iron is toxic: it is bound into storage or transport proteins (e.g. ferritin, hemoproteins…) and iron homeostasis is tightly regulated. To scavenge iron from these sources, bacteria possess several systems to acquire the bound iron, by surface proteins or siderophores. Bacillus cereus is a sporeforming Gram-positive bacterium, opportunistic human pathogen, 2nd cause of food-borne disease in France. It has been demonstrated that the B. cereus surface protein IlsA and the siderophore bacillibactin (BB) are involved in iron acquisition from ferritin and that these two molecules are important for infection of the insect model G. mellonella. My thesis project focused on two parts: first the study of the BB-Fe3+ complex import into the cell by the siderophore binding protein FeuA highlights the central role of both BB and FeuA. The deletion of the genes encoding for these two molecules limits iron acquisition by B. cereus from ferritin, heme, hemoglobin and inorganic iron in vitro. On the other hand, the virulence phenotype during intra-haemocelic infection of G. mellonella is similar to the Wild-type strain. These results suggest a possible feedback on the expression of virulence factor genes when B. cereus is unable to synthetize both BB and FeuA, and therefore are under high stress. The second part of my work focused on the expression of genes involved in iron homeostasis in vivo, during gut infection of germ-free larvae of G. mellonella. We chose to perform a microgenomic approach, using laser-capture microdissection to get small samples in targeted areas, and then analysing the expression of chosen genes by RT-qPCR and ddPCR at two time points post ingestion The results show that : i) the colonisation of G. mellonella gut is impacted when B. cereus is deprived of both BB and FeuA ; ii) ilsA is expressed during gut infection ; iii) iron homeostasis is involved in adaptation and pathogenicity from the early step of infection of the insect gut ; iv) only weak gene expression modulation occured between the two timepoints This work gives new fundamental knowledge about B. cereus iron homeostasis, and highlights the use of new techniques regarding the in situ study of host-pathogen interactions

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Duan, FangFang. "Numerical tribology of the wheel-rail contact : Application to corrugation defect." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0019/document.

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Abstract:

Depuis plus d'un siècle, l’usure ondulatoire représente un des problèmes de maintenance les plus important pour les réseaux ferroviaires. Celle-ci est à l’origine d’émissions sonores incommodantes pour le voisinage et de vibrations structurelles pouvant réduire la durée de vie des infrastructures et matériels ferroviaires. Ce phénomène périodique présent à la surface des rails est intimement lié à la dynamique du contact roue-rail qui résulte des paramètres régissant le frottement, la dynamique du train et de la voie… Afin de mieux appréhender les conditions menant à l’apparition de l’usure ondulation, un modèle numérique a été proposé pour compenser l’impossibilité d’instrumenter localement et de façon fiable un contact roue-rail dynamiquement. Tout d'abord, un outil approprié a été choisi pour modéliser la dynamique du contact roue-rail afin de reproduire numérique de l’usure ondulatoire des voies rectilignes. Le code d'éléments finis dynamique implicite Abaqus a été choisi pour instrumenter numériquement localement le contact roue-rail. Ainsi, tant l'origine que l'évolution de l’usure ondulatoire dans des phases transitoires (accélération / décélération) sont étudiées. Une étude de sensibilité a été menée pour mettre en évidence la sensibilité de l’usure ondulatoire apparaissant dans des conditions transitoires au passage d’une ou plusieurs roues ainsi que d’un défaut géométrique présent à la surface du rail. Des conditions dynamiques locales d’adhérence-glissement (stick-slip), liées à la dynamique de la roue et du rail couplés par le contact, est identifié comme origine de l’usure ondulatoire des voies rectilignes dans des conditions transitoires. Deuxièmement, les résultats obtenues avec le modèles précédent ont mis en évidence une décroissance de l’amplitude de l’usure ondulatoire reproduire numérique en fonction du nombre de roue passant sur le rail. Ce résultat semble être en contradiction avec les observations de rails réels. Ce problème est lié à la difficulté de gérer la dynamique de contact, et tout particulièrement dans le cas où il y a des impacts locaux, dans les modèles éléments finis classiques tels que ceux implémentés dans Abaqus. Pour palier ce problème, une méthode de masser redistribuée a été implémentée dans Abaqus et utilisée sur le cas précédent. Les résultats montrent un accroissement plus réaliste de l’usure ondulatoire en fonction du nombre de roues
For more than a century, rail corrugation has been exposed as one of the most serious problems experienced in railway networks. It also comes with a series of problems for maintenance, such as rolling noises and structural vibrations that can reduce lifetime of both train and track. This periodical phenomenon on rail surface is closely linked to wheel-rail contact dynamic, which depends on friction, train dynamics… To better understand corrugation birth conditions, a numerical model is suggested to complement the experimental limitations and to instrument a wheel-rail contact both locally and dynamically. At first, an appropriate tool was chosen to create the dynamic wheel-rail contact model to reproduce straight-track corrugation, also called “short-pitch” corrugation. The implicit dynamic finite element code Abaqus was chosen to investigate the dynamic local contact conditions. Both the origin and the evolution of straight-track corrugation under transient conditions (acceleration / deceleration) are studied. The parametrical sensibility of corrugation is thus investigated both with single/multiple wheel passing(s) and with geometric defect. A stick-slip phenomenon, linked to both wheel and rail dynamics coupled through the contact, is identified as the root of straight-track corrugation under transient conditions. Secondly, results obtained with the previous model have highlighted a quick decrease of corrugation amplitude with the increase of wheel passings over the rail. This last result seems to be in contradiction with reality. This problem comes from the difficulty to reliably manage contact dynamics, and particularly with local impacts, with the use of classical finite element models such as the one implemented in Abaqus. To compensate for this lack, a mass redistribution method is implemented in Abaqus and used with the previous case. The results show a more realistic corrugation growth according to the number of wheel passings

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Heller, Jacques. "Modélisation et caractérisation de transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés appliqués à la réalisation de transformateurs pour l'isolation galvanique." Thesis, Tours, 2018. http://www.theses.fr/2018TOUR4009/document.

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Abstract:

Ces travaux présentent l'étude de transformateurs par voie acoustique, basés sur la technologie CMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer ), visant à développer des composants monolithiques assurant l'isolation électrique au sein de la commande des interrupteurs à semi-conducteurs. S'agissant de microsystèmes électromécaniques, les CMUTs offrent des perspectives intéressantes en terme d'intégrabilité monolithique avec les interrupteurs à semi-conducteurs. L'architecture proposée est constituée de deux transducteurs CMUTs de part et d'autre d'un substrat en silicium. Un outil de modélisation a été développé dans le but de prédire le comportement du transformateur. Des protocoles de mesure du rendement des dispositifs fabriqués ont été mis en place permettant une évaluation quantitative des performances des prototypes (un rendement de 32 % est atteint avec une marge de progression à 60 %). L'exploitation du modèle développé, et validé par les résultats de caractérisation, a permis de mettre en évidence les limites et perspectives d'amélioration de ces dispositifs
This work is a study of CMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transduer)based acoustical transformers as a step in the development of insulating components in semiconductor switches control chain. CMUT transducers being electromechanical systems (MEMS), their monolithic integration with semiconductor switches is full of interesting perspectives . The proposed architecture consists of two CMUTs layered on each side of a silicon substrate. A computational tool was designed to predict the behaviour of the transformer. Measurement protocols of the power efficiency of the constructed transformers were set up and allowed to quantify the prototypes' performances (A 32 % efficiency is currently reached, with improvements attainable up to 60 %). Exploring the results of the developed model, validated by bench measurements, allowed to determine the current limits of the transformers as well as perspectives of improvement

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Rukavina, Tea. "Multi-scale damage model of fiber-reinforced concrete with parameter identification." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2460/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, plusieurs approches de modélisation de composites renforcés par des fibres sont proposées. Le matériau étudié est le béton fibré, et dans ce modèle, on tient compte de l’influence de trois constituants : le béton, les fibres, et la liaison entre eux. Le comportement du béton est analysé avec un modèle d’endommagement, les fibres d'acier sont considérées comme élastiques linéaires, et le comportement sur l'interface est décrit avec une loi de glissement avec l’extraction complète de la fibre. Une approche multi-échelle pour coupler tous les constituants est proposée, dans laquelle le calcul à l'échelle macro est effectué en utilisant la procédure de solution operator-split. Cette approche partitionnée divise le calcul en deux phases, globale et locale, dans lesquelles différents mécanismes de rupture sont traités séparément, ce qui est conforme au comportement du composite observé expérimentalement. L'identification des paramètres est effectuée en minimisant l'erreur entre les valeurs calculées et mesurées. Les modèles proposés sont validés par des exemples numériques
In this thesis, several approaches for modeling fiber-reinforced composites are proposed. The material under consideration is fiber-reinforced concrete, which is composed of a few constituents: concrete, short steel fibers, and the interface between them. The behavior of concrete is described by a damage model with localized failure, fibers are taken to be linear elastic, and the behavior of the interface is modeled with a bond-slip pull-out law. A multi-scale approach for coupling all the constituents is proposed, where the macro-scale computation is carried out using the operator-split solution procedure. This partitioned approach divides the computation in two phases, global and local, where different failure mechanisms are treated separately, which is in accordance with the experimentally observed composite behavior. An inverse model for fiber-reinforced concrete is presented, where the stochastic caracterization of the fibers is known from their distribution inside the domain. Parameter identification is performed by minimizing the error between the computed and measured values. The proposed models are validated through numerical examples

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Pham, Anh Tu. "Détermination numérique des propriétés de résistance de roches argileuses." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1237/document.

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Abstract:

Les capacités de résistance de l'argilite Callovo-Oxfordian (COx), qui est une roche hôte potentielle pour le dépôt souterrain profond de déchets radioactifs de haute activité en France, sont étudiées. À une échelle microscopique, des micros pores peuvent être observés dans la matrice. Une première étape d'homogénéisation a été réalisée afin d'évaluer le critère de résistance de la matrice. L'analyse microstructurale de ce matériau à quelques centaines d'échelle, référencée échelle échelle mésoscopique, montre une matrice argileuse et une distribution aléatoire d'inclusions minérales (quartz et calcite).Dans le but de déterminer le domaine de résistance à l'argilite COx, un premier outil numérique a été développé dans le contexte du comportement élastoplastique de la matrice. Plusieurs modèles morphologiques du volume élémentaire représentatif ont été considérés, et soumis à un chargement incrémental dans des conditions périodiques jusqu'à la charge limite. A la suite de ce calcul élastoplastique, un point de la frontière du domaine de résistance est obtenu. Ce dernier est alors obtenu par des calculs élastoplastiques successifs.Une alternative aux simulations élastoplastique directes, des approches cinématiques et statiques du calcul à la rupture sont réalisées. Une méthode du type éléments finis basée sur la construction d'un champ de contrainte (dans l'approche statique) et d'un champ de vitesse (dans l'approche cinématique) est développé dans un outil numérique permettant de calculer une limite inférieure et une limite supérieure de domaine de résistance
The strength capacities of Callovo-Oxfordian (COx) argillite which is a potential host rock for the deep underground repository of high-level radioactive waste in France are investigated. At a micro-scale, micro-pores can be observed in the matrix. A first strength homogenization step has been performed in order to evaluate the matrix strength criteria. The microstructure analysis of this material at some hundreds of micromet scale, referred at meso-scale, shows a clay matrix and a random distribution of mineral inclusions (quartz and calcite).Aiming to the determination of COx argillite strength domain, an FEM numerical tool has been developed in the context of the elastoplastic behavior of the matrix. Several morphological patterns of the representative elementary volume have been considered and subjected to an incremental loading in periodic conditions until collapse occurs. As a result of such elastoplastic calculation, one point of the boundary of the strength domain is obtained. The latter then could be reached by successive elastoplastic calculations.As an alternative to direct elastoplastic simulations, kinematic and static approaches of limit analysis are performed. The stress-based (static approach) and the velocity-based (kinematic approach) finite element method are used to develop a numerical tool able to derive a lower bound and upper bound of strength domain, respectively

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El, Houari Karim. "Modélisation et imagerie électrocardiographiques." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S063/document.

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Abstract:

L'estimation des solutions du problème inverse en Électrocardiographie (ECG) représente un intérêt majeur dans le diagnostic et la thérapie d'arythmies cardiaques par cathéter. Ce dernier consiste à fournir des images 3D de la distribution spatiale de l'activité électrique du cœur de manière non-invasive à partir des données anatomiques et électrocardiographiques. D'une part ce problème est rendu difficile à cause de son caractère mal-posé. D'autre part, la validation des méthodes proposées sur données cliniques reste très limitée. Une alternative consiste à évaluer ces méthodes sur des données simulées par un modèle électrique cardiaque. Pour cette application, les modèles existants sont soit trop complexes, soit ne produisent pas un schéma de propagation cardiaque réaliste. Dans un premier temps, nous avons conçu un modèle cœur-torse basse-résolution qui génère des cartographies cardiaques et des ECGs réalistes dans des cas sains et pathologiques. Ce modèle est bâti sur une géométrie coeur-torse simplifiée et implémente le formalisme monodomaine en utilisant la Méthode des Éléments Finis (MEF). Les paramètres ont été identifiés par une approche évolutionnaire et leur influence a été analysée par une méthode de criblage. Dans un second temps, une nouvelle approche pour résoudre le problème inverse a été proposée et comparée aux méthodes classiques dans les cas sains et pathologiques. Cette méthode utilise un a priori spatio-temporel sur l'activité électrique cardiaque ainsi que le principe de contradiction afin de trouver un paramètre de régularisation adéquat
The estimation of solutions of the inverse problem of Electrocardiography (ECG) represents a major interest in the diagnosis and catheter-based therapy of cardiac arrhythmia. The latter consists in non-invasively providing 3D images of the spatial distribution of cardiac electrical activity based on anatomical and electrocardiographic data. On the one hand, this problem is challenging due to its ill-posed nature. On the other hand, validation of proposed methods on clinical data remains very limited. Another way to proceed is by evaluating these methods performance on data simulated by a cardiac electrical model. For this application, existing models are either too complex or do not produce realistic cardiac patterns. As a first step, we designed a low-resolution heart-torso model that generates realistic cardiac mappings and ECGs in healthy and pathological cases. This model is built upon a simplified heart torso geometry and implements the monodomain formalism by using the Finite Element Method (FEM). Parameters were identified using an evolutionary approach and their influence were analyzed by a screening method. In a second step, a new approach for solving the inverse problem was proposed and compared to classical methods in healthy and pathological cases. This method uses a spatio-temporal a priori on the cardiac electrical activity and the discrepancy principle for finding an adequate regularization parameter

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Paquette, Yves. "Interaction Fluide-Structure et Érosion de Cavitation." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI104/document.

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Abstract:

Lorsqu’un liquide est soumis à de fortes dépressions, des bulles de gaz etde vapeur peuvent apparaître en son sein. Ce phénomène est appelé cavitation Ces bulles sont susceptibles d’imploser dans les zones de surpression etd’endommager les parois solides environnantes à travers la création d’écoulements violents. Dans les applications industrielles, ce phénomène d’érosionpar cavitation peut réduire la durée de vie des machines hydrauliques. Dans ledomaine biomédical, le phénomène d’érosion par onde de choc est utilisé pourl’ablation de tissus mous ou la destruction de calculs rénaux.Dans ce travail, à caractère numérique, nous nous intéressons à une bulled’air isolée implosant au voisinage d’une paroi déformable sous l’effet d’unesurpression générée par une onde de choc incidente. Le travail de thèse aconsisté à mettre en place un couplage fluide structure pour simuler le phénomène d’implosion de la bulle dans la partie fluide et la déformation plastiqueengendrée dans la partie solide. Pour cela, une stratégie en deux étapes a étémise en oeuvre. La première étape a consisté à construire un code fluide avecmaillage mobile pour gérer le déplacement de l’interface fluide/solide. Le codedéveloppé est dérivé du modèle numérique développé par Eric Johnsen et al.à University of Michigan dans lequel nous avons implémenté une méthodeALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) permettant de passer d’une descriptioneulérienne sur maillage fixe à une description eulérienne sur maillage mobile.La seconde étape a consisté à modéliser la déformation élasto-plastique de lapartie solide au cours de l’implosion de la bulle grâce à un couplage fort ducode fluide avec le logiciel CAST3M. La communication entre les deux codesutilise la bibliothèque MPI.A l’issue du couplage, nous avons été en mesure de simuler l’implosiond’une bulle d’air à proximité d’une paroi déformable. Nous avons pu calculerle niveau de déformation de la paroi solide ainsi que l’amortissement de la sur-pression en paroi pour plusieurs matériaux. L’outil numérique ainsi développépermettra à terme d’étudier le comportement de revêtements amortissants capables de protéger des structures industrielles de l’érosion de cavitation oud’optimiser les effets bénéfiques des traitements par onde de choc dans lesapplications biomédicales
His numerical work focuses on the collapse of a single air bubble close to adeformable wall generated by the impact of an incident high-pressure wave. A CFD code was fully coupled to a FEM solid code in order to compute the bubble collapse and the subsequent plastic deformation in the material. The CFD code was developed from the numerical model of Johnsen et al. (University of Michigan). A mobile mesh capability was added in order to account for the displacement of the fluid-structure interface. An ALE (Arbitrary LagrangianEulerian) method was implemented to switch from an Eulerian description in a fixed mesh to an Eulerian description in a moving mesh. The solid response to bubble collapse was computed with the FEM software CAST3M (developed by CEA) assuming an elastic-plastic constitutive law for the material. The communication between the two codes is achieved through the MPI library.For the CFD code, bubble collapse dynamics was validated by comparison with two others codes: research software CaviFlow and commercial software Ansys Fluent. The coupling between the CFD and the FEM code was validated on the case of the impact of a wave on an elastic medium.The paper will present a detailed analysis in 2D of both the dynamics of bubble collapse and solid behaviour for various conditions. They were obtained by changing the amplitude of the incident shock wave, the standoff distance and the material properties. Special attention will be given to the shock wave that forms when the microjet hits the bubble interface and to the impact of this shock wave on the material surface. In particular, the damping of the impactpressure with respect to a perfectly rigid wall was computed as well as the plastic deformation of the material surface. These final data gave us crucial information about the requirement of taking account of fluid-structure interaction in numerical modeling of cavitation erosion

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Lejeune, Joseph. "Surface recovery and reconstruction after deformation." Thesis, Strasbourg, 2014. http://www.theses.fr/2014STRAE031/document.

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Abstract:

Les propriétés des polymères sont intéressantes pour des applications pneumatiques, de verres organiques, de joints, … Leurs propriétés mécaniques sont néanmoins mal comprises. Dans ce manuscrit, le comportement mécanique du PMMA et du CR39 est étudié en fonction du temps.Il en résulte des courbes maîtresses à partir d’expérience de relaxation de contrainte et de fluage d’indentation. D'autre part, le comportement mécanique au contact est analysé sur des expériences de fluage et recouvrance d’indentation et de rayures analysées pour la première fois dans cette thèse. Finalement, des lois de comportements sont construites, leurs précisions sont comparées grâce à des calculs par éléments finis aux expériences en contact
Polymer's low weight, deformability and easy manufacturing make them attractive materials for tire, organic glasses, sealing applications … Their mechanical properties are nonetheless poorly understood. In particular, two fields are searched over this thesis: time dependency and contact behavior for two transparent polymer: PMMA and CR39. The mechanical behavior time dependency is observed by the construction of stress relaxation and contact master curves. The mechanical contact behavior is analyzed by indentation creep and recovery experiments. Moreover the immediate scratch recovery is measured in the thesis. Finally, the uniaxial data is used to build constitutive laws, which accuracy is compared by Finite Element Modeling to contact tests

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Rahal, Saïd. "Influence de l'anisotropie induite par la fissuration sur le comportement poromécanique de géomatériaux." Thesis, Toulouse, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAT0015/document.

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Abstract:

Prédire l’évolution de la perméabilité avec la fissuration constitue un objectif primordial afin d’évaluer les conséquences d’un chargement mécanique sur la durabilité et l’étanchéité des structures. À l’issu de ce travail, un modèle d’évolution du tenseur de perméabilité est proposé. Ce modèle, qui est intégré dans le cadre de la poromécanique et de la théorie de l’endommagement,permet de prédire l’évolution anisotrope du tenseur de perméabilité en fonction de la fissuration. L’originalité de ce travail réside dans la prise en compte des ouvertures de fissure et des tailles anisotropes de l’élément fini durant la construction du tenseur de perméabilité. Ceci permet au débit total d’être indépendant du choix du maillage. Ce modèle est ensuite utilisé pour simuler le débit de fuite dans un tirant en béton armé ainsi que le creusement et la consolidation poroviscoplastique d’une galerie souterraine destinée au stockage profond de déchets radioactifs. Pour cette dernière application, la prise en compte de l’anisotropie induite par la fissuration sur le tenseur de Biot est considérée via une loi issue de l’homogénéisation. Les résultats fournis par ce modèle sont confrontés aux mesures expérimentales in situ
Cracking in structures significantly affects their durability, water transfer and ultimately their safety. This structural disorder provides a preferential path for the penetration of fluids and contributes significantly to the deterioration of structures. This work provides a macroscopic model intended to predict the change of permeability with respect to cracking. The proposed development is implemented within an orthotropic damage model. It assumes an initially isotropic permeability tensor which becomes anisotropic with damage. The objectivity of the hydraulic response with respect to the finite element mesh is ensured by considering the crack localization problem when building the permeability tensor. The model was used to simulate the flow rate through a reinforced concrete element subjected to tensile loading, as well as to simulate the excavation and the poro-visco-plastic consolidation of an underground gallery designed to store radioactive waste. For the latter application, the induced anisotropy of Biot’s tensor was taken into account using the results provided by the homogenization theory. The simulation results were compared with experimental measurements

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Prades, Julien. "Dynamique linéarisée totale : Application aux robots parallèles." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS106/document.

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Abstract:

Les travaux de recherche de ce manuscrit se concentrent sur l’analyse des fréquences de vibrations des robots. Nos applications concernent plus particulièrement les architectures à cinématique parallèle. Dans un premier temps nous avons considéré les robots parallèles redondants en actionnement pour lesquels nous envisageons d’augmenter la fréquence de leurs oscillations en utilisant les efforts internes intrinsèques à ce type de structure. L’objectif est d’utiliser leur actionnement pour mettre en tension leur structure, et par conséquent, par analogie avec une corde vibrante, augmenter la fréquence de leurs oscillations. Nous avons étudié plusieurs robots plans redondants et nous montrons que dans le cadre de robots typiquement conçus pour être rigides,l’influence des efforts internes rajoutés n’a que peu d’importance. La suite de nos travaux soutient la proposition suivante : "les trajectoires très dynamiques influencent les fréquences des oscillations de la plateforme mobile". En effet, les robots parallèles quand ils sont conçus pour être légers, peuvent atteindre de grandes accélérations. Nous avons choisi de nous intéresser à l’étude de l’impact que peut avoir les effets dynamiques sur la fréquence des oscillations de la plateforme mobile de ces robots. Les robots considérés pour nos développements sont des robots parallèles plans, redondants en actionnement ou non. Nous proposons d’étudier cette influence en nous basant sur un développement au premier ordre du modèle dynamique. Cette linéarisation du modèle dynamique se veut plus complète que celles proposées dans la littérature. Nous expliquons et vérifions la validité de notre approche par une étude sur le lien entre accélération et vitesse et la fréquence d’oscillation pour les robots série PR (pendule sur glissière verticale) et RR (double pendule en rotation horizontale). Ensuite, nous généralisons notre modélisation au premier ordre et l’appliquons aux quatre robots PRR-2 PRR-3, PRR-4 et Dual-V pour voir si nous sommes capable d’en dégager une tendance concernant l’évolution des fréquences d’oscillation. Nous constatons que, en fonction des trajectoires, la dynamique a une influence faible mais visible, souvent positive sur l’augmentation des fréquences d’oscillation de la plateforme mobile. Cependant, les trajectoires et les lois horaires étant imposées, nous ne pouvons que subir cette influence
The research work of this thesis manuscript focus on the analysis of the frequency of robots’ vibrations. Our applications mainly revolve around architectures with parallel kinematics. First we examined parallel robots which are redundant in actuation and for which we are considering an increase of their oscillations’ frequency using the internal forces inherent to this type of structure. The aim is to use their actuation is the tensioning of their structure, and consequently, by analogy with a vibrating-wire, to enhance theiroscillation frequency. We have studied several redundancy planar robots and we demonstrate that in the case of robots which are typically designed to be stiff, the impact of added internal forces is of low relevance. The continuation of our research supports the following proposal: “High dynamics trajectories have an impact on the oscillation frequency of the mobile platform.” Indeed parallel robots, when designed to be light, can reach greater accelerations. We chose to concentrate on the study of the impact that dynamic effects canhave on the oscillation frequency of those robots’ mobile platform. The robots examined for our developments are planar parallel robots whether they have redundant actuation or not. We offer to study this impact based on a prime order development of the dynamic model. This linearisation of the dynamic model is intended to be more complete than those suggested by literature. We explain and verify the validity of our approach with a study on the link between speed and oscillation frequency on PR robots (pendulum on a vertical sliding guide) and RR robots ( double pendulum rotating horizontally). Then we will generalize our first order model and apply it to the four robots ( PRR-2 PRR-3, PRR-4, and Dual-V) to see if we are able to identify a pattern regarding the evolution ofoscillation frequencies. We observe that, depending on the trajectories, the dynamics have a low but noticeable, and often positive, impact on the increase of oscillation frequency of the mobile platform. However, since the trajectories and speed input laws are imposed, we have no choice but to be subjected to this impact

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Roux-Langlois, Clément. "Simulation de fissures courbes en trois dimensions avec extraction directe des facteurs d'intensité des contraintes : En vue de l'identification de lois de propagation de fatigue." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0112/document.

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Abstract:

La compréhension du comportement de structures jusqu'à leur ruine est nécessaire pour concevoir au mieux ces structures. Selon le matériau et les sollicitations considérées, les mécanismes physiques à l'origine de la rupture changent. Nous nous intéresserons à des matériaux homogènes pour lesquels la ruine passe par le développement de fissures autour desquelles les non-linéarités de comportement n'ont pas un rôle dominant. Ces conditions sont réunies pour les matériaux fragiles pour lesquels la source principale de dissipation est la génération non réversible d'une surface libre, et pour certaines fissures de fatigue. Sur un cycle de chargement, il existe de nombreuses applications pour lesquelles les non-linéarités restent confinées. La théorie de la mécanique linéaire élastique de la rupture est alors un modèle pertinent pour approcher le comportement de la structure. Sous ces hypothèses, le front de la fissure introduit une singularité. L'étude asymptotique de cette singularité dans des situations plane et anti-plane permet de définir les séries de Williams. La singularité est alors d'ordre un demi et elle est quantifiée par les facteurs d'intensité des contraintes (FIC) pour chacun des trois modes de sollicitations. En 3D, la fissure peut avoir une géométrie complexe, et aucune expression générale de la singularité n'existe. Dans cette thèse, les séries de Williams en déplacements sont utilisées et régularisées le long du front au sens des éléments finis. À partir de cette définition 3D des séries asymptotiques en pointe de fissure, une méthode d'extraction directe des FIC (DEK-FEM) est étendue au cas 3D. Le domaine est décomposé en deux domaines, raccordés en moyenne sur l'interface. Au voisinage du front, les champs mécaniques sont approchés par une troncature des champs asymptotiques. La singularité est donc traitée avec des champs adaptés, et les degrés de liberté associés sont directement les coefficients asymptotiques. Parmi ces coefficients asymptotiques, on retrouve les FIC et les T-stresses. Pour des raisons d'efficacité numérique et pour pouvoir relier l'échelle de la structure à l'échelle de la fissure, cette méthode est intégrée dans un contexte multigrilles localisées X-FEM. Ainsi nous montrons que cette approche permet une bonne évaluation des évolutions des FIC et du T-stress. Cette méthode est développée en parallèle d'une stratégie de post-traitement expérimental (mesure de champs de déplacements par corrélation d'images) basée sur les mêmes séries asymptotiques. Les images tridimensionnels d'un essai de fatigue in situ sont obtenues par micro-tomographie à rayons X et reconstruction. La corrélation et la régularisation basées sur les séries asymptotiques permettent d'obtenir la géométrie de la fissure et les FIC pour pouvoir identifier des lois de propagation de fissures 3D en fatigue. L'efficacité de cette méthode en parallèle d'une simulation DEK-FEM est illustrée en 2D
It is necessary to understand the behavior of structures up to their failure to enhance their design. The mechanisms and phenomena undergoing failure vary according to the considered material and boundary conditions. We consider homogeneous materials for which cracks propagate in a context where behavior nonlinearities are not dominants. These conditions are matched for brittle and quasi-brittle materials and for some fatigue cracks. For the former, the main source of dissipation is the crack propagation which can be seen as the generation of a new free-surface. For the later, there is many applications where, in one loading cycle, the nonlinearities remains confined around the crack tip. The linear elastic fracture mechanics theory is then a pertinent model to approximate the structure behavior. Under such hypotheses, a singularity appears in the crack tip vicinity. The Williams' series expansion is computed from the asymptotic study of plane and anti-plane states. The stress is singular at the crack tip and the order of this singularity is one out of two. The singularity amplitude is quantified by the stress intensity factors (SIF), one for each of the three loading modes. In 3D, the crack shape is potentially complex (front curvature and non-planar crack), and no general asymptotic series expansion exists. In this PhD thesis, the 2D Williams' series in displacements are used and regularized with a finite element evolution along the front. From this 3D definition of the asymptotic fields in the crack tip vicinity, a numerical method for direct estimation of the SIF (DEK-FEM) is extended to 3D. This method is based on domain decomposition, the two domains are bounded in a weak sense on their interface. In the crack tip vicinity, the mechanical fields are approximated by a truncation of the asymptotic series expansion. Therefore, appropriate fields are used to deal with the singularity, and the associated degrees of freedom are directly the asymptotic coefficients. Among these coefficients are the SIF and the T-stresses. To bridge the scales between the structure and the crack front singularity and to increase the numerical efficiency, this method is embedded in a localized X-FEM multigrids approach. The proposed method is shown to provide an accurate evaluation of the SIF and T-stresses evolution. This approach has been developed in combination of an experimental post-processing method (full field displacement measurement through image correlation) based on the same asymptotic series expansion. The 3D images can be obtained for in situ fatigue experiments by X-ray microtomography and reconstruction. The crack geometry and the SIF are then provided by image correlation and regularization based on Williams series expansion. These data can be used for identifying a 3D fatigue crack growth law. The efficiency of the method is illustrated in 2D

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Hajjine, Bouchta. "Conception, réalisation et intégration technologique d'un patch électronique : application à la surveillance des personnes âgées." Thesis, Toulouse, INSA, 2016. http://www.theses.fr/2016ISAT0002/document.

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Abstract:

30% de la population Française dépassant l’âge des 60 ans en 2035, la notion d’accompagnement de la dépendance des personnes âgées est un enjeu sociétal avec l’impératif de prévention des risques à domicile. C’est dans ce contexte, avec l’arrivée des technologies d’intégration et de l’IoT que nous avons entrepris de concevoir et réaliser un patch électronique miniature capable de géolocalisation pour déclencher des alarmes en cas de fugue, de chute ou de déambulation. Un enjeu est la réalisation d‘antennes sur substrats souples comme éléments clés des fonctions de géolocalisation et de recharge par induction. Un travail de modélisation a permis l’optimisation d’antennes imprimées présentant un bon compromis intégration/performance. Un procédé technologique en salle blanche a été développé pour réaliser des antennes bicouches sur substrat polyimide souple. Plusieurs prototypes de patch complet ont été testés et validés en centre d’EHPAD
30 % of the French population being over the age of 60 years in 2035, the notion of accompaniment of the elderly dependence is a societal challenge with the imperative of risks prevention at home. It is in this context, with the arrival of the technologies of integration and the IoT that we undertook to conceive and realize a miniature electronic patch capable of geolocalization to trigger alarms in the case of fugue, fall or wandering. A challenge is the design of antennas on flexible substrates as key elements of the functions of geolocalization and charging by induction. A modeling work allowed the optimization of printed antennas presenting a good compromise integration / performance. A technological process in the cleanroom was developed to carry out bilayers antennas on flexible substrate (polyimide). Several prototypes of complete patch were tested and validated in the EHPAD center

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Al, Hage Gabriel. "Contribution à l'étude du comportement raidissant en traction du béton armé après fissuration." Thesis, Toulouse, INSA, 2011. http://www.theses.fr/2011ISAT0007/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est la prise en compte du comportement raidissant en traction sur des poutres en béton armé du à l’adhérence entre les armatures tendues et le béton. Un vaste programme expérimental sur des poutres minces et des poutres épaisses permet de quantifier expérimental le profil de contraintes dans le béton tendu entre deux fissures de flexion. La création d’un nouvel élément fini est ensuite mise en œuvre à partir des observations expérimentales. Les tests conduits sur des tirants ont permis de mettre en évidence à la fois l’existence d’une longueur de transfert et une longueur de totale décohésion qui caractérisent le phénomène d’adhérence entre l’acier le béton entre deux fissures consécutives de flexion. La longueur de transfert correspond à la mise en tension du béton et donc l’établissement de la contribution du béton tendu à la rigidité flexionnelle, ce qui limite la diminution de rigidité de la poutre après fissuration. Les mesures de la flèche en flexion des différentes poutres testées, minces ou épaisses, permettent de caractériser la longueur de transfert et de réaliser l’objectif de la thèse qui est de prendre en compte le béton tendu dans le calcul de la rigidité flexionnelle des poutres en béton armé
The aim of this thesis is to study the stiffening effect of tensile concrete in flexural reinforced concrete beams by controlling the bond between steel and concrete. The process consists of experimentally determining the strain profile in both deep and thin flexural beams. We created a new finite element model for both deep and thin beams in accordance with experimental observations. The experimental tests we conducted on tension members highlight the existence of both transfer length and length with total bond loss characterizing the bond between tensile steel and concrete. The transfer length contributes to the production of a tension stiffening effect, thus limiting the stiffness decrease of the flexural beam. Measuring the beam deflection makes it possible to determine the transfer length, and consequently to achieve the main objective, namely the contribution of tensile concrete to beam stiffness

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Dupas, Agathe. "Modélisation et optimisation d'une machine synchrone à commutation de flux et à double excitation à bobinage global." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLN037/document.

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Abstract:

Les machines à double excitation (aimants permanents et bobines d’excitation) sont depuis quelques années étudiées par de nombreuses équipes de recherche dans le monde pour leur souplesse de fonctionnement et leur puissance volumique importante. Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle structure de machine à double excitation. C’est une machine à commutation de flux, donc qui possède un rotor passif, et dont la partie de double excitation située au stator est maintenue par une culasse à griffes. Dans une première partie, les caractéristiques importantes de cette structure sont exposées à partir de mesures sur un prototype et de modèles par éléments finis. Les différents trajets de flux ainsi que l’excursion du flux à vide en fonction du courant de double excitation ou encore les FEM à vide et le courant de court-circuit sont présentés. L’objectif est de caractériser de façon précise le fonctionnement de cette machine. Outre le fonctionnement à vide, les fonctionnements en mode moteur et en mode générateur sont présentés pour évaluer les performances. Le second chapitre de cette thèse présente différents modèles de la machine à double excitation. Tout d’abord à partir de modélisations par éléments finis nous montrons les impacts des caractéristiques magnétiques telles que la courbe BH et l’induction rémanente des aimants permanents sur le flux à vide de différentes machines à commutation de flux et double excitation. Puis nous présentons deux méthodes basées sur la modélisation par éléments finis qui permettent le calcul du courant de court-circuit. Enfin, afin de s’affranchir d’un modèle magnéto-transitoire trop gourmand en temps de calcul, nous présentons un modèle analytique. Ce modèle permet à partir de la valeur du flux à vide et de l’inductance cyclique d’une machine synchrone à aimants permanents de calculer la puissance en générateur débitant sur un pont de diodes et une source de tension fixe en fonction du courant d’excitation et de la vitesse de rotation. Dans le dernier chapitre de la thèse, nous avons développé un modèle de la machine à double excitation à bobinage global basé sur les schémas réluctants. A partir de ce modèle, nous calculons le flux à vide et l’inductance cyclique de la structure de façon plus rapide que par des simulations par éléments finis et sensiblement aussi précise afin de les utiliser dans le calcul de la puissance. Dans un dernier temps, nous avons utilisé ce modèle dans une procédure d’optimisation pour différents cahiers des charges
In this thesis, a new hybrid excitation, flux-switching machine is being presented. The main feature of this device is its global winding hybrid excitation with claw poles. This solution has been explored in order to reduce the copper mass and increase excitation winding efficiency. One of the most widely used alternators in automotive applications is a claw pole alternator whose claws are located on the rotor. The prototype introduced in this study is based on the same principle yet with claws located on the stator, which allows its rotor to be passive in rotating at higher speeds without slip-rings or brushes. Furthermore, the advantages of the double excitation are cumulative.The thesis will first describe the structure and operating principles of this new hybrid excitation, flux-switching machine, For example, the no-load flux linkage and the back-electromotive force on a no-load are measured and calculated;. Moreover, the load testing of this machine will be displayed. Short-circuit currents will be calculated and measured in order to determine the output power capability while operating in generator mode. The second chapter presents finite element and analytical models which allows to determine the output power capability while operating in generator mode. And with the FEA, the no-load flux linkage is investigated, This investigation serves to highlight: the influence of the stacking factor, the B-H curve definition, and the permanent magnet residual induction value, Finally, a lumped-parameter magnetic circuit model is developed and validated by 3-D finite element analysis, The model allows estimating output power of the structure when running in generator mode (with a DBR) faster than with 3D-FEA. In addition, thanks to the model the geometry is optimized for several specifications

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Mozzani, Nathanaël. "Amorçage de fissures de corrosion sous contrainte du Zircaloy-4 recristallisé en milieu méthanol iodé." Thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://www.theses.fr/2013INPT0044/document.

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Abstract:

En situation d’interaction pastille-gaine (IPG), les gaines de crayons combustible en alliage de zirconium sont susceptibles de rompre lors de transitoires de puissance incidentels dans les réacteurs à eau pressurisée, par un mécanisme de corrosion sous contrainte induite par l’iode (CSC-I). Cette étude traite de l’amorçage intergranulaire des fissures de CSC-I dans le Zircaloy-4 recristallisé, en milieu méthanol iodé à température ambiante, en s’intéressant particulièrement aux paramètres mécaniques critiques et à la concentration en iode. Pour cela, une approche mêlant expériences et simulations numériques a été adoptée. Un modèle de comportement mécanique macroscopique de l’alliage, viscoplastique et anisotrope, a été établi et validé sur une large gamme de sollicitations. Par la réalisation de nombreux essais de traction à vitesse de déformation imposée et de fluage en flexion quatre points, nous avons montré l’existence d’une concentration seuil I0 proche de 10-6 g.g-1 nécessaire à l’apparition du dommage de CSC-I, mais également celle d’une concentration de transition I1 proche de 2 10-4 g.g-1 au-delà de laquelle le mécanisme change, menant à un amorçage anticipé des fissures et une sensibilité réduite de l’endommagement aux paramètres mécaniques. L’importance de la concentration sur des paramètres tels que la densité des fissures, leur longueur moyenne et la vitesse de propagation intergranulaire et transgranulaire a été mise en évidence. Les résultats expérimentaux montrent que la déformation plastique macroscopique n’est pas indispensable à l’amorçage de fissures de CSC-I, pour un temps d’essais suffisamment long en présence de contrainte. Son principal effet est de précipiter l’apparition de fissures par la création de sites d’amorçage, par rupture de la couche d’oxyde et accumulation de contrainte intergranulaire. En dessous de I1 la détermination des déformations critiques à l’amorçage montre un fort effet de vitesse. Dans ce domaine, une contrainte seuil de 100 MPa a été déterminée, bien inférieure à la limite élastique. L’utilisation d’éprouvettes entaillées et de la simulation numérique a permis de mettre en évidence un fort effet protecteur de l’augmentation de la biaxialité des contraintes vis-à-vis de l’amorçage, dans le domaine élastique comme dans le domaine plastique. Des éprouvettes préalablement irradiées aux protons à une dose de 2 dpa ont été testées dans les mêmes conditions que les éprouvettes non irradiées. La sensibilité accrue du matériau irradié à la CSC-I a pu être quantifiée et nous avons constaté qu’un effet de concentration et un effet de vitesse de sollicitation subsistent après irradiation. L’irradiation induit une localisation plus importante de la déformation menant à un amorçage prématuré des fissures, mais une sensibilité chimique plus importante, tendance à la piquration et décalage de I1, apparaît comme le principal responsable de la plus forte sensibilité de l’irradié
During the pellet-cladding interaction, Zirconium-alloy fuel claddings might fail when subjected to incidental power transient in nuclear Pressurized Water Reactors, by Iodine-induced Stress Corrosion Cracking (I-SCC). This study deals with the intergranular initiation of I-SCC cracks in fully recrystallized Zircaloy-4, in methyl alcohol solution of iodine at room temperature, with the focus on critical mechanical parameters and iodine concentration. It was carried out with an approach mixing experiments and numerical simulations. An anisotropic and viscoplastic mechanical behavior model was established and validated over a wide range of loadings. With numerous constant elongation rate tensile tests and four points bending creep tests, the existence of a threshold iodine concentration I0 close to 10-6 g.g-1 was highlighted, necessary to the occurrence of I-SCC damage, along with a transition concentration I1 close to 2 10-4 g.g-1. Above I1 the mechanism changes, leading to a sped up crack initiation and a loss of sensitivity towards mechanical parameters. The importance of concentration on parameters such as crack density, crack average length and intergranular and transgranular crack velocities was evidenced. Experimental results show that plastic strain is not required for I-SCC crack initiation, if the test time is long enough in the presence of stress. Its main influence is to rush the occurrence of cracking by creating initiation sites, by way of breaking the oxide layer and building up intergranular stress. Below I1, the critical strains at initiation show a substantial strain rate sensitivity. In this domain, a threshold stress of 100 MPa was found, well below the yield stress. Thanks to the combined use of notched specimens and numerical simulations, a strong protective effect of an increasing stress biaxiality ratio was found, both in the elastic and plastic domains. Proton-irradiated samples, up to a dose of 2 dpa, were tested in the same conditions as fresh specimens. The higher I-SCC sensitivity of the irradiated material was measured and the effects of concentration and strain rate were found to remain. Irradiation leads to a higher strain localization causing early crack initiation, but the main reason for the higher sensitivity of the irradiated material seems to be a chemical one, with higher pitting occurrence and a shift of I1

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Hepburn, Carolyna. "Dynamic interplay between the magnetization and surface acoustic waves in magnetostrictive Fe1-xGax thin films." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066622/document.

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Abstract:

Récemment, beaucoup d'efforts ont été consacrés au contrôle de l'aimantation dans les nanostructures par d'autres moyens qu'un champ magnétique externe. En effet, le but est de miniaturiser les dispositifs et il est difficile d'imposer un champ magnétique présentant de faibles dimensions latérales. D'autre part, les ondes de spin ouvrent actuellement de nouvelles perspectives dans le traitement de l'information. Les avantages qu'elles présentent sont les suivants: longueurs d'onde nanométriques, à comparer à celles des ondes électromagnétiques dans la même gamme de fréquences (GHz-THz), et absence de chauffage par effet Joule. Une possibilité de contrôle réside dans l'utilisation d'ondes acoustiques de surface pour induire la dynamique de l'aimantation ou pour contrôler les ondes de spin. En d'autres termes le contrôle de l'aimantation s’exerce alors via une déformation dynamique. Ceci est rendu possible grâce à une propriété fondamentale des corps magnétiques, le couplage magnéto-élastique, c'est-à-dire le couplage entre aimantation et déformation. Cette thèse porte sur la phénoménologie de l'interaction magnéto-élastique dans les couches minces épitaxiées magnétostrictives de Fe0.8Ga0.2. Nous avons effectué une étude expérimentale systématique des interactions magnéto-élastiques dans des films minces de différentes épaisseurs et structures magnétiques. Nous avons aussi développé deux modèles phénoménologiques, pour interpréter nos expériences. Nous obtenons le résultat important suivant: il est possible d'extraire, d'une étude acoustique, les constantes magnéto-élastiques ainsi que les constantes d'anisotropie magnétique. La thèse a aussi une forte composante technologique. Un des buts était d'exciter efficacement des ondes acoustiques de surface dans la gamme de fréquences de quelques GHz (1-5 GHz) sur substrat piézoélectrique de GaAs dans le but d'observer l'interaction résonante avec les ondes de spin thermiques. Nous avons aussi cherché à exciter des ondes de spin, dans des couches minces épitaxiées, avec des antennes RF afin d'observer l'interaction résonante. Nous présentons des expériences préliminaires sur cette interaction, qui ont été réalisées en diffusion Brillouin (BLS) et en diffusion micro Brillouin, en collaboration avec le laboratoire GHOST à Pérouse, en Italie
Recently, lot of efforts have been devoted to control the magnetization in nanostructures by means other than external magnetic field to achieve device miniaturization, as it is difficult to handle the magnetic field at low lateral dimensions. On the other hand, a new road emerged towards the wave based computing by employing spin waves (SWs). The advantages, that SWs offer for the data processing are nm wavelength as compared to the electromagnetic waves in the same frequency range (GHz-THz) and the absence of Joule heating. A possibility exists to use Surface Acoustic Waves (SAWs), in other words, dynamic strain, to induce magnetization dynamics or to control spin waves. This is possible due to a very fundamental property of magnetic bodies, the magneto-elastic coupling, that is when magnetization orientation and strain are coupled. This thesis focuses on the phenomenology of the magneto-elastic interaction in thin epitaxied films of magnetostrictive Fe0.8Ga0.2. We performed a systematic experimental study of the magneto-elastic interactions in thin films of different thicknesses and magnetic structures. We also developed two phenomenological models in order to interpret our results. An important result of this study is that we are able to extract the magneto-elastic and the magnetic anisotropy constants by acoustic means. The thesis has also a strong technological component. One aim was to efficiently excite surface acoustic waves in GHz frequency range (1-5 GHz) on GaAs piezoelectric substrates in order to observe the resonant interaction with thermal spin waves. We also managed to excite spin waves in thin epitaxied magnetostrictive layers, using RF antennas. We report preliminary measurements on this interaction that were performed with Brillouin light scattering (BLS) and micro BLS techniques in collaboration with the GHOST laboratory in Perugia, Italy

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Lancial, Nicolas. "Effets de la rotation sur la dynamique des écoulements et des transferts thermiques dans les machines électriques tournantes de grande taille." Thesis, Valenciennes, 2014. http://www.theses.fr/2014VALE0021/document.

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Abstract:

EDF exploite sur son parc de production de nombreuses machines électriques tournantes. Les contraintes thermiques subies par celles-ci engendrent des échauffements locaux qui nuisent à leur intégrité. Le présent travail contribue à fournir des méthodes de calcul adaptées à la détection et à la localisation des points chauds. Il participe à améliorer la compréhension des écoulements en rotation et leurs effets sur les transferts thermiques. Plusieurs dispositifs expérimentaux, de complexité ascendante, ont été utilisés pour comprendre et valider les simulations numériques. Une première étude sur une marche descendante (demi-pôle) parcourue par un jet de paroi non-confiné a mis en avant des différences par rapport à un jet confiné ; ces deux cas existent dans un alternateur. Une seconde étude menée sur une cavité tournante confinée a analysé l’impact d’un écoulement de Taylor-Couette-Poiseuille sur la température et la position des points chauds créés, en balayant l’ensemble des régimes d’écoulement. Ces études ont mis en exergue une première méthode de calcul fiable, fondée sur l’étude numérique CHT. Une autre méthode, basée sur la FEM couplée à une méthode inverse, a été testée sur une maquette d’alternateur hydraulique afin de pallier aux temps de calcul longs de la première. Cette méthodologie remonte aux coefficients d’échanges convectifs numériques à partir des mesures du champ thermique du rotor, mais n’est envisageable que lorsque l’on dispose de données expérimentales suffisantes. Ces travaux ont aussi mis en évidence de nouvelles techniques de mesures sans contact, comme l’utilisation d’un pyromètre à haute fréquence pour la mesure de température sur des machines tournantes
EDF operates a large number of electrical rotating machines in its electricity generation capacity. Thermal stresses which affect them can cause local heating, sufficient to damage their integrity. The present work contributes to provide methodologies for detecting hot spots in these machines, better understanding the topology of rotating flows and identifying their effects on heat transfer. Several experimental scale model were used by increasing their complexity to understand and validate the numerical simulations. A first study on a turbulent wall jet over a non-confined backward-facing step (half-pole hydrogenerator) notes significant differences compared to results from confined case : both of them are present in an hydrogenerator. A second study was done on a small confined rotating scale model to determinate the effects of a Taylor-Couette-Poiseuille on temperature distribution and position of hot spots on the heated rotor, by studying the overall flow regimes flow. These studies have helped to obtain a reliable method based on conjugate heat transfer (CHT) simulations. Another method, based on FEM coupled with the use of an inverse method, has been studied on a large model of hydraulic generator so as to solve the computation time issue of the first methodology. It numerically calculates the convective heat transfer from temperature measurements, but depends on the availability of experimental data. This work has also developped new no-contact measurement techniques as the use of a high-frequency pyrometer which can be applied on rotating machines for monitoring temperature

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Foadian, Farzad. "Precision tube production : influencing the eccentricity, residual stresses and texture developments : experiments and multiscale simulation." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAE003/document.

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Abstract:

Le but principal de ce travail était d'optimiser le processus standard d'étirage des tubes de manière à contrôler l'excentricité, qui peut être la réduction ou l'augmentation de l'excentricité. Pour cette raison, l'inclinaison et / ou le déplacement ont été introduits respectivement dans le matrice et / ou le tube. Plusieurs tubes de matériaux différents - tels que le cuivre, l'aluminium, le laiton et l'acier - de différentes dimensions ont été étudiés. L’effet sur l'excentricité a été analysé en utilisant divers angles d'inclinaison, valeurs de déplacement ou combinaison d'inclinaison et de décalage. Tout en influençant et en contrôlant l'excentricité, l'évolution des contraintes résiduelles et de la texture due à l'inclinaison et / ou au décalage introduits ont été étudiées. L'autre objectif de ce travail était de développer un modèle FEM universel, afin d'obtenir les paramètres d'entrée requis, liés au matériau ou au processus ou aux deux. Ce modèle FEM a été utilisé pour accomplir la simulation du processus de formage du métal défini par l'utilisateur et pour analyser des situations plus complexes. À cet égard, un modèle de simulation multi-échelle a été développé à l'aide d'une méthode de simulation multi-échelle avec l'approche Integrated Computational Material Engineering
The main and foremost aim of this work was to optimize the standard tube drawing process in a way that the eccentricity can be controlled, which can be the reduction or increase of eccentricity. For this reason, tilting and/or shifting was introduced to the die and/or tube, respectively. Different tubes of varied materials, such as copper, aluminum, brass, and steel with different dimensions were investigated by various tilting angles, shifting values, or combination of tilting and shifting and their effect on the eccentricity was analyzed. Along influencing and controlling the eccentricity, the evolution of the residual stresses and texture due to the introduced tilting and /or shifting were investigated. The other aim of this work was to develop a universal FEM model, which can get the required or desired input parameters, which can be material-related or process related or both, and perform the simulation of the user-defined metal forming process and therewith analyze more complex situations. In this regard, a simulation model was developed using a multiscale simulation method with Integrated Computational Material Engineering approach

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Le, Ngoc Hiep. "Contribution à l'étude de l'essai de rayage des verres." Thesis, Rennes 1, 2013. http://www.theses.fr/2013REN1S184/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse contribue à étudier le comportement élasto-plastique au rayage du verre métallique massif Zr55Cu30Al10Ni5 par la méthode des éléments finis (MEF) et expérimentaux. Le critère de plasticité de type Drucker-Prager est utilisé, une méthode de remaillage est proposée afin d'éviter le problème de convergence qui vient de la grand contrainte cisaillement. Pour cela, le comportement au rayage est étudié par le changement de l'angle d'attaque, du coefficient de frottement local entre le matériau et l'indenteur. Ces influences sont valorisés par l'évolution des forces rayures, par la morphologie de l'échantillon, et ils montrent le mécanisme de changement des modes de rayage : du labourage à l'usinage avec la formation des copeaux. Les essais sont réalisés à l'aide de l'équipement du LARMAUR : Un nano-triboindenteur de type Hysitron Ti-950. La comparaison des résultats simulés et expérimentaux nous permettre d'évaluer la loi comportement utilisé et d'estimer la valeur de coefficient de frottement entre le matériau et l'indenteur
This thesis contributes to modeling of the elasto-plastic behavior in scratch test of a Zr55Cu30Al10Ni5 Bulk Metallic Glasses (BMG) by the finite element method and by experimental testing. The Drucker-Prager criterion is used and dedicated re-meshing method is proposed in order to solve the numerical problems classically encountered when modeling such a test and this with a controlled element population. The influence of friction coefficient as well as the angle of attack are investigated to understand the occurrence of two deformation mechanisms : plowing and cutting. The test is realized by using the LARMAUR's equipment : nano triboindenter Hysitron Ti-950. The result of experimental and simulation are confronted the finite element simulations

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Mazor, Alon. "Modelling of roll compaction process by finiite element method." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2017. http://www.theses.fr/2017EMAC0009/document.

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Abstract:

Dans l’industrie pharmaceutique, la granulation sèche par compactage à rouleaux est un procédé d’agglomération de poudres en granulés pour améliorer les propriétés d’écoulement nécessaire pour le procédé de compression en matrice. Comprendre le procédé de compactage à rouleaux et optimiser l’efficacité de production est limitée par l’utilisation de l’approche expérimentale à cause du coût élevé des poudres, le temps des essais et la complexité du procédé. Dans ce travail, une méthode d’éléments finis en 3D, est développée dans le but d’identifier les paramètres critiques du matériau et du procédé pour le contrôle de la qualité de la production. Le modèle de comportement de Drucker-Prager Cap est utilisé pour décrire le comportement en compression de poudres et sa calibration est déterminée à partir des essais standard. Pour surmonter la complexité liée à l’existence de deux mécanismes différents, l’alimentation en poudre par une vis sans fin et le compactage entre les rouleaux, une nouvelle méthode d’interfaçage entre la méthode des éléments discrets (DEM) employée pour décrire l’écoulement dans l’alimentation et la méthode des éléments finis (FEM) utilisée pour le compactage entre les rouleaux est développée. Enfin, pour une modélisation de compactage de rouleaux plus réaliste, prenant en compte la variation de l’entrefer entre les rouleaux, une nouvelle approche de couplage Euler-Lagrange est proposée. Les résultats de simulations par éléments finis montrent clairement l’effet des différents paramètres du procédé sur les distributions de pression et de densité dans la zone de compactage. En outre, les résultats montrent que l'utilisation de plaques de confinement de la poudre entre les rouleaux, développe une distribution de pression et de densité non homogène dans le compact, avec une densité plus élevée au centre et plus faible aux bords. D'autre part, l’utilisation de rouleaux dont l’un est surmonté d’une jante de confinement, a montré une distribution de propriétés globalement plus uniforme sur la largeur du compact avec des valeurs légèrement plus élevées aux bords qu’au centre. La méthodologie combinant les méthodes DEM & FEM montre clairement une corrélation directe entre la vitesse des particules entraînées par la vis dans la zone d’alimentation et la pression du rouleau. Tous les deux oscillent avec la même période. Cela se traduit par un compact anisotrope avec un profile de densité variant de manière sinusoïdale le long de sa largeur. Afin d'étudier la capacité du modèle à prédire les propriétés des compacts produits par compactage à rouleaux, les prédictions par simulations numériques sont comparées aux données de la littérature et validées par des mesures spécifiques
In the pharmaceutical industry, dry granulation by roll compaction is a process of size enlargement of powder into granules with good flowability for subsequent die compaction process. Understanding the roll compaction process and optimizing manufacturing efficiency is limited using the experimental approach due to the high cost of powder, time-consuming and the complexity of the process. In this work, a 3D Finite Element Method (FEM) model was developed to identify the critical material properties, roll press designs and process parameters controlling the quality of the product. The Drucker-Prager Cap (DPC) model was used to describe the powder compaction behavior and was determined based on standard calibration method. To overcome the complexity involving two different mechanisms of powder feeding by the screw and powder compaction between rolls, a novel combined approach of Discrete Element Method (DEM), used to predict the granular material flow in the feed zone and the Finite Elements Method (FEM) employed for roll compaction, was developed. Lastly, for a more realistic roll compaction modelling, allowing the fluctuation of the gap between rolls, a Coupled-Eulerian Lagrangian (CEL) approach was developed. FEM simulation results clearly show the effect of different process parameters on roll pressure and density distribution in the compaction zone of powder between the rolls. Moreover, results show that using a cheek-plates sealing system causes a nonuniform roll pressure and density distribution with the highest values in the middle and the lowest at the edges. On the other hand, the resultant pressure and density distributions with the rimmed-roll obtained higher values in the edges than in the middle and overall a more uniform distribution. The combined DEM-FEM methodology clearly shows a direct correlation between the particle velocity driven by the screw conveyor to the feed zone and the roll pressure, both oscillating in the same period. This translates into an anisotropic ribbon with a density profile varying sinusoidally along its length. To validate the results, the simulations are compared with literature and experimentally measured values in order to assess the ability of the model to predict the properties of the produced ribbons

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Cao, Trong Son. "Modélisation de l’endommagement ductile sous trajets de chargement complexes." Thesis, Paris, ENMP, 2013. http://www.theses.fr/2013ENMP0038/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse vise à une meilleure compréhension et prise en compte des mécanismes d'endommagement ductile au cours des procédés de mise en forme à froid. Le tréfilage, le laminage de fils et le laminage à pas de pèlerin sont pris comme exemples d'application. Une grande attention est portée également à la méthodologie d'identification des paramètres des modèles d'endommagement implémentés. Trois approches de l'endommagement ductile ont été étudiées : des critères de rupture phénoménologique, des modèles phénoménologiques couplés et des modèles micromécaniques. Ces modèles ont été implémentés dans Forge®, et les algorithmes ont dû être adaptés à sa formulation mixte vitesse-pression et à son élément fini (P1+/P1). Parallèlement aux développements numériques, différents essais mécaniques ont été effectués sur trois matériaux différents (acier haut carbone, acier inoxydable et alliage de zirconium) pour identifier les paramètres des modèles d'écrouissage et d'endommagement. Des essais de traction in situ sous micro-tomographie aux rayons X ont été exploités pour l'identification des mécanismes d'endommagement ductile (germination, croissance et coalescence), ainsi que l'identification du modèle micromécanique. Enfin, la dernière partie de ce travail a consisté à réaliser des études comparatives de ces différents modèles d'endommagement pour les différents procédés de mise en forme et différents matériaux. Concernant le tréfilage et le laminage de l'acier inoxydable, un bon accord entre les simulations numériques et les résultats expérimentaux a été obtenu. Pour l'acier à haute teneur en carbone (perlitique), le modèle micro-mécanique GTN a donné le meilleur résultat à la fois qualitativement et quantitativement pour le tréfilage ultime. Par ailleurs, la comparaison entre les différents modèles sur différents procédés (laminage du fil avec l'acier haut carbone, laminage à pas de pèlerin avec l'alliage de zirconium) a aidé d'une part à mettre en évidence le rôle important du troisième invariant de la contrainte déviatorique sur la localisation de l'endommagement dans les procédés de mise en forme où le cisaillement est dominant. D'autre part, elle montre que le processus d'identification lui-même devrait se fonder sur la mesure de la microstructure afin de garantir un résultat précis lors de l'application aux procédés
The present PhD thesis aims at a better understanding and modeling of ductile damage mechanisms during cold forming processes, with wire drawing, rolling and cold pilgering as examples. In addition, special attention is paid to implemented damage models parameters identification methodology. All three approaches of ductile damage were investigated: uncoupled phenomenological fracture criteria; coupled phenomenological models; micromechanical model. These models have been implemented in Forge®, which required adaptation of algorithms to its mixed velocity-pressure formulation and to its finite element (P1+/P1). Parallel to the numerical work, various mechanical tests on three different materials (high carbon steel, stainless steel and zirconium alloy) were carried out for work hardening, and damage models parameters identification. In situ X-ray micro-tomography tensile tests have also been exploited for the identification of ductile damage mechanisms (nucleation, growth and coalescence) as well as the identification of micromechanical model. Finally, we carried out comparative studies of these models on our three abovementioned forming processes and materials. Regarding wire drawing and rolling of stainless steel, good agreement between numerical simulations and experimental results was found. For high carbon perlitic steel ultimate wire drawing, the GTN micro-mechanical model has given the best result, both qualitatively and quantitatively. Moreover, the comparison of the different models on different processes (wire rolling on high carbon steel, cold pilgering on zirconium alloy) highlights on the one hand the important role of the third deviatoric stress invariant in damage localization for shear-dominated forming processes. It shows on the other hand that the identification process itself should be based on microstructure measurements to provide accurate results in forming application

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Yu, Yan. "Contribution au développement d'une approche simplifiée de la simulation numérique du formage incrémental." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0227/document.

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Abstract:

Le formage incrémental est un procédé innovant de mise en forme des tôles métalliques utilisant un outil rigide à bout hémisphérique piloté par une machine à Commandes Numériques. La tôle encastrée sur son contour est déformée localement suivant une trajectoire d'outil, définissant ainsi la forme finale de la pièce. Les avantages de ce procédé sont sa très grande flexibilité, son faible coût d'outillage, et sa capacité à raccourcir la chaîne de conception et de fabrication. Le respect de la demande de diminution des coûts, et des délais de développement a rendu la simulation numérique incontournable. De nombreux modèles robustes de simulation basés sur la méthode des éléments finis permettent de prédire la formabilité et la qualité de la géométrie d'une pièce. Les algorithmes classiques de la simulation garantissent des résultats de qualités mais les temps de calculs nécessaire sont encore très élevés. Dans ce contexte, une Approche Simplifiée a été développée afin de réduire les temps de calculs. Cette approche permet de se soustraire à l'intégration de l'outil et de son contact avec la tôle dans l'algorithme de simulation numérique, en les remplaçant par une imposition locale et évolutive de déplacement sur certains nœuds supposés être en contact avec l'outil. Un complément est proposé dans cette thèse pour diminuer la durée d'une séquence de simulation, en utilisant un élément coque triangulaire DKTRF (Discrete Kirchoff Triangle Rotation Free). Cet élément permet de tenir compte des effets de membrane et de flexion avec un nombre de degré de liberté restreint, car les termes en flexion sont définis en fonction des déplacements nodaux des éléments adjacents. L'intégration de cet élément associé à l'Approche Simplifiée pour un maillage régulier dans un problème élasto-plastique donne des résultats géométriques et comportementaux cohérents avec des temps de calculs considérablement réduit par rapport aux simulations numériques effectuées sous ABAQUS®. Les résultats obtenus à l'aide de la simulation numérique d'un cas-test sont par la suite comparés à des résultats expérimentaux, permettant ainsi de valider le modèle et d'étudier les influences des paramètres du procédé sur la pièce finale. Pour ce faire, une méthodologie d'essai expérimentale est développée afin de mieux estimer l'efficacité du procédé de formage incrémentale sur une machine à Commandes Numériques. La technique de mesure utilisée pour caractériser la géométrie (épaisseur et profil) de la pièce est la méthode de numérisation. Cet outil de mesure, retranscrit le plus fidèlement la géométrie de la pièce par l'intermédiaire de caméras et d'un logiciel de post-traitement. Particulièrement bien adapté pour l'évaluation du profil, la méthode d'acquisition reste cependant à optimiser notamment pour l'évaluation de l'épaisseur de la tôle
The incremental sheet forming (ISF) is an innovative process in sheet metal forming method by using a hemispherical rigid tool controlled by Computerized Numerical Control machine (CNC). The clamped sheet is locally deformed following a tool path, defining thus the final geometry of the part. The advantages of this method are its high flexibility, its low tooling cost, and its ability to shorten the design and manufacturing chain. The application of the reduction of the overall costs, and development time made the numerical simulation essential. Many robust simulation models based on the finite element method enable to predict the formability and the geometrical quality of the part. Classic algorithms of simulation ensure reliable quality results but necessary computation times (CPU) are still very long. In this context, a Simplified Approach has been developed to reduce the computation time. This approach allows avoiding the integration of the tool and its contact with the sheet into the numerical simulation, by replacing them with a local and progressive displacement imposition of certain nodes supposed to be in contact with the tool. A complementary solution is proposed within this thesis to reduce the CPU times of a simulation sequence, by using a shell element called DKTRF (Discrete Kirchhoff Triangle Rotation Free). This element takes account of the membrane and bending effects with restricted numbers of degrees of freedom, as the flexion terms are defined in accordance with the nodal translational displacements of the adjacent elements. The integration of this element combined with the Simplified Approach for a regular mesh in an elastoplastic problem gives consistent outcomes in geometric and behavioural, with significant diminution of CPU times in comparison with the industrial numerical simulation performed on ABAQUS©. Results obtained by means of numerical simulation of a study case are then compared with experimental results, thereby enabling to validate the model and to study the influences of process parameters on the final piece. To do this, an experimental test procedure is developed in order to evaluate the efficiency of incremental forming process on a Computerized Numerical Control machine (CNC). The measurement technique used to characterize the geometry (thickness and profile) of the piece is the scanning method. The measurement tool, transcribed accurately the geometry of the part via cameras and post-treatment software. Particularly well-suited for the assessment of the profile, the acquisition method remains to be optimize especially for assessing the thickness of the sheet

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Miglioretti, Federico. "Développement d'un modèle avancé multi-champs pour l'étude de profil d'aile intelligent." Thesis, Paris 10, 2013. http://www.theses.fr/2013PA100054/document.

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Abstract:

Dans le domaine de l’aéronautique, l’acception ‘shape morphing’ a été utilisée pour identifier ces avions qui subissent certaine modifications géométrique pour améliorer leur adaptation au différents profils de missions. Différemment de la solution classique, celle ‘shape morphing’ exige : une distribution d’actionnement avec une densité de puissance élevée, une mécanisation des structures, des revêtements souples, et le développement des loi de contrôle. Dans ce scénario, un modèle capable reconnaitre l'insertion de capteur et d'actionneur de nouvelle génération, et capable de réduire au minimum le coût du calcul devient très intéressant. Ce travail essaye d'affronter deux aspects différents du problème. Dans la première partie, la question suivante a été exploitée: pour un problème donné, géométrie, chargement, etc. .. condition aux limites, quel est le modèle le plus précis en terme de résultats, fidélité et avec le plus réduit coût de calcul? Deux approches différentes ont été utilisées pour donner une réponse. Le diagramme de la « Théorie Meilleur Plate (RTPB) » a été dessiné. Avec cet instrument il est possible, pour un problème donné, d'identifier les modèles ayants les meilleurs temps de calcul et une bonne fidélité des résultats. Dans la deuxième partie de la thèse un modèle avancé mono dimensionnel et multi domaine en éléments fini est présenté. Le modèle est capable de capturer l'insertion d'éléments piézo-électriques dans l'aile composite. Il a été développé à partir de la formulation Carrera unifiée et à partir de l'équation de comportement électro-mécanique. Une comparaison avec la bibliographie actuelle a été fait afin de valider les résultats
In the field of aeronautics, shape morphing has been used to identify those aircraft that un-dergo certain geometrical changes to enhance or adapt to their mission profile. Different formthe classical solution the shape morphing required: distributed high-power density actuation, structural mechanization, flexible skins, and control law development. In these scenario, model able to capture the insertion of new generation sensor and actuator, and able to minimize the computational cost become very interesting. These work try to affront two different aspect of the problem. In the first part the following question has been exploited: for a given problem, geometry, loading, boundary condition etc... which is the most accurate model in term of results fidelity with the lowest computational cost? Two different approaches have been used to give an answer. The Best Plate Theory Diagram (BPTD) has been drawn. Trough the BPTD it is possible, for a given problem, to identify those models with the lowest computational time and a good results fidelity. An advanced mono-dimensional multi-field FEM model is presented in the second part of the thesis. The model is able to capture the insertion of piezo-electric elements in composite wing. It has been developed starting from the Carrera Unified Formulation and from the electro-mechanical constitutive equation. Comparison with the bibliography have be done in order to validate the results
Nel campo dell’aeronautica il termine shape morphing identifica quei velivoli in grado di apportare determinati cambiamenti geometrici al fine di adattarsi a diversi profili di missione. Diversamente dalle soluzioni convenzionali la progettazione di velivoli shape morphing richiede : un’attuazione distribuita, uno skin flessibile in grado di pemettere le deformazioni e delle leggi di controllo. Divengono quindi di notevole interesse modelli in grado di cogliere l’inserzione di attuatori e sensori di nuova generazione all’interno dell’ala, e di esibire al contempo un basto costo computazionale. Nel lavoro presentato in questa tesi vengono trattati entrabi gli aspetti. Nella prima parte si è andati a dare una risposta alla segunete domanda: per un dato problema, geometria, condizioni di carico, etc..., qual è il modello più accurato, in termini di fedeltà dei risultati, che presenta il minor costo computazionale? Il problema è stato affrontato attraverso due differenti approcci, che hanno portato alla creazione della "Best Plate Theory Curve", attraverso la quale è possibile, per un dato problema, identificare il modello più idoneo in termini di fedeltà dei risultati e di costo computazionale. Nella seconda parte del lavoro viene presentato un modello mono-dimensionale multi-campo avanzato in grado di cogliere l’inserzione di elementi piezo-elettrici in ali in materiale composito. Questo elemento è stato viluppato partendo dalla Carrera Unified Formulation e dalle equazioni costitutive elettromeccaniche. Sono state effettuate poi delle validazioni attraverso confronti con la bibliografia

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Le, Mercier Kévin. "Stratégie numérique et expérimentale pour la maîtrise des dégradations des outillages en mise en forme à froid." Thesis, Valenciennes, 2017. http://www.theses.fr/2017VALE0007/document.

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La mise en forme à froid des alliages d’aluminium peut être limitée par les transferts de matière sur la surface des outillages pouvant mener au grippage. L’objectif de ce travail de thèse est de contribuer à une meilleure compréhension de ces mécanismes pour permettre à terme d’optimiser les procédés de formage d’un alliage Al-Mg-Si. Une approche couplée expérimentale et numérique est développée afin d’alimenter une base de données d’indicateurs de dégradations des surfaces. L’approche expérimentale développée au cours de ces travaux repose sur l’utilisation de l’essai de compression-translation. Ce dispositif permet de reproduire une large gamme de conditions de contact rencontrées en mise en forme à froid. Une méthode d’analyse des surfaces reposant sur des mesures par profilométrie optique et des analyses au microscope électronique à balayage est développée afin d’évaluer le volume de matière adhérée sur les outils de chaque configuration d’essai. Le comportement rhéologique de l’alliage Al-Mg-Si est caractérisé à l’aide du simulateur thermomécanique GLEEBLE 3500 sur la gamme de températures de 298 à 423 K et à deux vitesses de déformation de 0,1 et 1 s-1. Un modèle de comportement physique reposant sur l’analyse du taux d’écrouissage et l’utilisation du modèle de la contrainte mécanique seuil est développé puis implémenté dans un logiciel éléments finis. Un modèle numérique de l’essai de caractérisation tribologique est développé. Il s’agit d’une analyse thermomécanique utilisant la formulation arbitrairement lagrangienne-eulérienne. Les données locales telles que la pression de contact et la vitesse de glissement calculées par ce modèle permettent de mieux comprendre les mécanismes de collage observés expérimentalement. Enfin, un programme de traitement des résultats numériques est développé afin de réaliser les modifications géométriques de la surface de l’outil en fonction du dépôt relevé expérimentalement. Un modèle d’usure basé sur le travail des forces de frottement est identifié. Ce dernier est un bon indicateur de la tendance au collage et permet une première approximation de ce mécanisme
Cold forming of aluminium alloys can be limited by a severe material transfer to the die surfaces, compromising the process viability. The purpose of this research work is to contribute to a broader understanding of the galling mechanisms which would further allow the optimisation of the forming processes of an Al-Mg-Si alloy. A methodology combining experimental and numerical approaches is introduced in order to build up a database of surface degradations indicators. The experimental approach is carried out by means of upsetting-sliding tests which reproduce a wide range of contact conditions experienced at the tool/workpiece interface during cold forming operations. To evaluate the amounts of adhered material on the tools of each test configuration, surface topography acquisitions are performed by optical profilometry and coupled to scanning electron microscope analyses. Axisymmetric compression tests are carried out by means of the GLEEBLE 3500 thermomechanical simulator to determine the deformation behaviour of the Al-Mg-Si alloy at high strains, in the temperature range of 298 to 423 K and strain rates of 0.1 and 1 s¡1. A constitutive model based on both the Mechanical Threshold Stress model and the analysis of the work-hardening rate is proposed and then implemented in a finite element code. A finite element simulation of the upsetting-sliding test, which is a thermomechanical analysis using the arbitrary lagrangian-eulerian formulation, is introduced. The local contact variables such as the contact pressure and the sliding velocity are evaluated through this simulation and allow a better understanding of the galling mechanisms observed experimentally. Finally, a post-processing program, which analyses the results of the finite element simulation and updates the tool shape according to the amount of adhered material determined experimentally, is developed. A wear model based on the friction work is introduced. This model is a good indicator of the galling tendency and allows a first approximation of this mechanism

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Msolli, Sabeur. "Modélisation thermomécanique de l'assemblage d'un composant diamant pour l'électronique de puissance haute température." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0088/document.

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L'utilisation du diamant comme composant d'électronique de puissance est une perspective intéressante tant en ce qui concerne les applications hautes température que forte puissance. La problématique principale de ces travaux réalisés dans le cadre du programme Diamonix, réside dans l'étude et l'élaboration d'un packaging permettant la mise en oeuvre d'une puce diamant devant fonctionner à des températures variant entre -50°C et 300°C. Nous nous sommes intéressés au choix des matériaux de connexion de la puce avec son environnement. Suite à l'étude bibliographique, nous proposons différentes solutions de matériaux envisageables pour le substrat métallisé, les brasures et les métallisations. Dans un second temps, les différents éléments ont été réalisés puis caractérisés à partir d'essais de nanoindentation et de nanorayage. Des essais mécaniques ont permis de caractériser le comportement élastoviscoplastique et l'endommagement des brasures. Ces derniers essais ont servi de base expérimentale à l'identification des paramètres d'un modèle de comportement viscoplastique couplé avec l'endommagement et qui a été spécialement élaboré pour cette étude. Le modèle de comportement a été implémenté dans un code de calcul par éléments finis via une sous-routine. Il permet notamment de simuler le processus de dégradation d'un assemblage. Enfin, ce modèle de comportement a été mis en oeuvre dans des modélisations thermomécaniques de différentes configurations de véhicules test
Use of diamond as constitutive component in power electronics devices is an interesting prospect for the high temperature and high power applications. The main challenge of this research work included in the Diamonix program is the study and the elaboration of a single-crystal diamond substrate with electronic quality and its associated packaging. The designed packaging has to resist to temperatures varying between -50°C and 300°C. We contributed to the choice of the connection materials intended to be used in the final test vehicle and which can handle such temperature gaps. In the first part, we present a state-of-the-art of the various materials solutions for extreme temperatures. Following this study, we propose a set of materials which considered as potential candidates for high temperature packaging. Special focus is given for the most critical elements in power electronic assemblies which are metallizations and solders. Once the materials choice carried out, thin substrate metallizations, solders and DBC coatings are studied using nanoindentation and nanoscratch tests. Mechanical tests were also carried out on solders to study their elastoviscoplastic and damage behavior. The experimental results are used as database for the identification of the parameters of the viscoplastic model coupled with a porous damage law, worked out for the case of solders. The behavior model is implemented as a user subroutine UMAT in a FE code to predict the degradation of a 2D power electronic assembly and various materials configuration for a 3D test vehicle

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Dissertations / Theses on the topic 'FEMA DOCUMENT'

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