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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux hybrides – Contraintes (mécanique) – Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)'
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Miot, Stéphanie. "Rupture de structures composites stratifiées sous chargements statique et de fatigue." Aix-Marseille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX11016.
Full textAbstract:
L’utilisation des matériaux composites est en plein essor depuis quelques années, notamment dans le secteur aéronautique. C’est dans le cadre d’un partenariat avec Eurocopter que s’inscrivent ces travaux de thèse visant à analyser expérimentalement et à modéliser le comportement jusqu’à rupture de structures composites stratifiées sous chargements statique et de fatigue. Pour décrire le comportement mécanique des matériaux composites, plusieurs mécanismes de dégradation sont à considérer. Un modèle, basé sur la Mécanique de l’Endommagement, a récemment été développé au LMA. Il traduit les effets des endommagements transverse et de cisaillement, se caractérisant par la formation de petites fissures évoluant le long des fibres. Ce modèle a été intégré dans le code de calcul Abaqus/Standard afin d’étudier le comportement de structures stratifiées soumises à un chargement statique ou de fatigue. Les comparaisons essais / simulation ayant mis en évidence le fait que les critères de rupture classiques ne fonctionnent pas si le champ de déformation n’est pas homogène, une approche non locale a été développé. Basée sur un Volume Caractéristique de Rupture, elle permet de prendre en compte l’effet des concentrations de contraintes pour décrire la rupture de structures stratifiées. Une confrontation expérimentale a permis de valider le modèle de comportement associé à l’approche non locale pour divers matériaux, stratifiés et géométries pour des cas de chargements statiques. L’application aux cas de chargements de fatigue est encore à l’étude. Toutefois, les premières comparaisons entre les résultats de simulations et les essais sont encourageantsRecent developments in the aeronautics industry have accelerated interest in the use of composites as primary structural materials. This project is based on a collaboration with Eurocopter. The objectives are to experimentally analyse and model the behaviour until failure of laminated composite structures under static and fatigue loadings. To describe the mechanical behaviour of composite materials, several damage mechanisms have to be considered. A model, based on the Continuum Damage Mechanics and recently developed at the LMA, takes into account the effects of transverse and shear damages characterized by the creation of small cracks which run along the fibres. This model was integrated into Abaqus/Standard in order to study the behaviour of laminated structures under static and fatigue loadings. The comparisons between experimental data and numerical simulations have proved that conventional failure criteria do not work if the strain field is inhomogeneous. A non local approach, based on the definition of a Fracture Characteristic Volume, has been developed. This method takes into account the effects of stress concentrations on the failure of laminated structures. Comparisons with experimental data allows to valid thebehaviour model associated to the non local approach for various materials, laminates and geometries in the case of static loading conditions. The application in the case of fatigue loading is in progress and first results are promising
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Chihi, Manel. "Étude des performances d’un composite carbone/époxy dopé par des nanocharges sous des sollicitations sévères." Electronic Thesis or Diss., Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2021. http://www.theses.fr/2021ENTA0017.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse a été réalisé dans un contexte de valorisation des matériaux composites à base de nanocharges. La connaissance du comportement mécanique des nanocomposites dopés par des nanocharges soumis à des sollicitations dynamiques sévères est une donnée importante pour les concepteurs des structures composites dédiées aux applications civiles et militaires. Ce comportement doit être caractérisé dans un large domaine de déformation ; pour des vitesses de déformation pouvant atteindre 10⁵s⁻¹. Une attention particulière est portée au système des barres d’Hopkinson (SHPB) en raison de son utilisation fréquente dans une telle gamme de vitesses de déformation qui correspond à la gamme de vitesses de la plupart des applications industrielles. Dans ce contexte, nous avons mené dans un premier temps une étude centrée sur l’effet des nanocharges sur le comportement dynamique et la cinétique de l’endommagement d’un composite de référence à base de fibres de carbone noyées dans une matrice époxy. Nous avons opté pour le choix de deux types de nanocharges présentant une compositions chimiques pareilles (basé sur le carbone pur) mais deux géométries différentes (quasi-1D pour les nanotubes de carbone (NTC) et 2D pour les nanofeuillets de graphène (GNP)). On a préparé les deux séries de nanocomposites NTC et GNP dans les mêmes conditions tout en utilisant des fractions massiques communes (0.5%, 1% et 2%) pour pouvoir mener une étude comparative concernant les deux systèmes. Une campagne d’essais de compression dynamique, hors-plan (OP) et dans le plan (IP) et, ainsi qu’une étude numérique ont été menées. Il a été démontré que le comportement dynamique et la cinétique d’endommagement des matériaux sont très sensibles à la vitesse de déformation et à la direction de sollicitation. Les résultats de ces essais nous ont aussi permis d’appréhender l’influence de l’ajout des nanocharges sur la réponse des matériaux. Le pourcentage de 1% GNP montre des performances optimales en rigidité, contrainte maximale et résistance à l’endommagement. Toutefois, les nanocomposites peuvent être très sensibles aux conditions environnementales, en particulier au vieillissement hygrothermique qui peut réduire leurs performances mécaniques. De ce fait, l’effet du vieillissement hygrothermique (60°C/80% HR) sur la durée de vie des nanocomposites est alors étudié expérimentalement (chargement dans le plan). Des baisses de différentes propriétés mécaniques en fonction du temps (15, 40 et 100 jours) et de la teneur en eau absorbée sont mises en évidence pour chaque fraction massique. Cependant, il a été démontré que l’introduction de nanocharges, sauf dans le cas 0.5% NTC, entraine une dégradation plus importante du composite de référenceThis thesis work was carried out in a context of valorization of composite materials based on nanofillers. The knowledge of the mechanical behavior of nanocomposites doped by nanofillers submitted to high dynamic loading is an important data for the designers of composite structures dedicated to civil and military applications. This behavior must be characterized in a wide range of deformation; for strain rates in the range of 10² to 10⁵s⁻¹. Particular attention is devoted to the Hopkinson pressure bar system (SHPB) because of its frequent use in such a wide range of deformation which corresponds to the strain rate deformation range of most industrial applications. In this context, we first conducted a study focused on the effect of nanofillers on the dynamic behavior and damage kinetics of a carbon/epoxy composite. We have chosen two types of nanofillers with similar chemical compositions (based on pure carbon) but two different geometries (quasi-1D for carbon nanotubes (CNT) and 2D for graphene nanoplatelets (GNP). The two series of nanocomposites CNT and GNP were prepared under the same conditions while using common mass fractions (0.5%, 1% and 2%) in order to conduct a comparative study of the two nanocomposite systems. A dynamic compression test (in-plane (IP) and out-of-plane (OP)) and a numerical study were conducted. It has been shown that the dynamic behavior and damage kinetics of the materials are very sensitive to the strain rate and the direction of solicitation. The results of these tests also allowed us to understand the influence of the addition of nanofillers on the response of the materials. The percentage of 1% GNP shows optimal performances in stiffness, maximum stress and resistance to damage. However, nanocomposites can be very sensitive to environmental conditions, in particular to hygrothermal aging that can reduce the mechanical performances. Therefore, the effect of hygrothermal aging (60°C/80%RH) on the lifetime of nanocomposites is studied experimentally (in-plane loading). Decreases of different mechanical properties as a function of time (15, 40 and 100 days) and absorbed water content are highlighted for each mass fraction. However, it was shown that the introduction of nanofillers, except in the case of 0.5% CNT, leads to a more significant degradation of the reference composite
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Millot, Thierry. "Etude d'un essai original de flexion-torsion 4 points et application à la modélisation du comportement des matériaux composites en contraintes complexes." Besançon, 1990. http://www.theses.fr/1990BESA2051.
Full textAbstract:
Cette étude a pour but d'améliorer notre connaissance du comportement des matériaux composites sous contraintes complexes. Le travail porte, dans un premier temps, sur l'étude d'une machine capable de soumettre des lames parallélipipédiques en matériaux composites à des contraintes multiaxiales de type flexion-torsion. L'étude d'un outillage de flexion-torsion 3 points existant ayant révélé quelques insuffisances, on conçoit et réalise un outillage original permettant de faire des essais statiques ou de fatigue en flexion-torsion 4 points. Dans un deuxième temps, on présente les résultats d'essais obtenus sur deux types de matériaux, d'une part des composites unidirectionnels à fibre de verre longues et matrice époxy, d'autre part un composite à matrice thermoplaslltique PET et renfort de type mat de verre présentant une isotropie planaire. On montre, dans le premier cas des matériaux verre-époxy, que la rupture statique de ceux-ci est bien représentée par un critère de type TSAI-HILL et que les courbes isonombres de cycles à rupture en fatigue présentent une homothétie à ce critère. Dans le deuxième cas, c'est un critère de type VON MISES qui représente le mieux la rupture ce qui est, compte tenu de l'état de contrainte, parfaitement en accord avec l'isotropie planaire de notre matériau. Ce dernier résultat confirme la qualité des résultats obtenus grâce à notre nouvel outillage. Pour finir, on développe, dans le cas des unidirectionnels, un modèle de prévision de durée de vie en fatigue basé sur l'hypothèse d'un endommagement en flexion progressant dans l'épaisseur de l'éprouvette. On présente le résultat des simulations sous forme de courbes de Woehler. On cerne, avec l'aide de lois de cumul, les bases nécessaires à la construction d'un modèle d'endommagement.
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Karami, Mohammad Hassan. "Etude expérimentale du comportement poromécanique d'une roche endommageable." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-147.pdf.
Full textAbstract:
La degradation d'un materiau fragile, soumis a une sollicitation mecanique croissante a pour origine l'apparition et le developpement de microfissures. Ce phenomene, dans un materiau poreux fragile, modifie la porosite et par consequent les differentes proprietes du materiau dont la permeabilite et les parametres de l'interaction fluide-squelette. Ainsi, l'objet de cette etude, essentiellement experimentale, est d'explorer l'effet de la microfissuration anisotrope induite sur les parametres de l'interaction fluide-squelette, notamment sur le coefficient des contraintes effectives de biot, dans le cas isotherme, sur un gres des vosges (de porosite 20%) dans lequel le mecanisme principal des deformations irreversibles est le developpement de microfissures. Un dispositif experimental a ete mis au point. A travers des essais de caracterisation de la microfissuration, nous avons montre l'anisotropie induite du comportement mecanique du materiau et le developpement de microfissures comme etant l'origine des deformations irreversibles et de la rupture. Ensuite, nous avons determine des parametres de couplage poroelastique du materiau a partir de differents chemins de compression hydrostatique a differents regimes de drainage. L'influence de l'endommagement induit sur le couplage poromecanique est etudiee par differents chemins triaxiaux deviatoriques egalement a differents regimes de drainage. On montre alors clairement l'anisotropie de l'interaction fluide-squelette due essentiellement a l'anisotropie induite du comportement mecanique du materiau. Enfin les differentes constantes poroelastiques du materiau dans son etat naturel (non endommage) sont determinees. En se basant sur l'hypothese d'une loi poroelastique incrementalement lineaire anisotrope, nous avons montre la variation des parametres de couplage et notamment l'anisotropie induite des composantes du tenseur des contraintes effectives de biot, due au developpement de microfissures orientees.
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Gérard, Nicolas. "Etude du comportement des fissures courtes au fond d'une entaille mécanique sous sollicitation en fatigue." Tours, 2003. http://www.theses.fr/2003TOUR4029.
Full text
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Weber, Bastien. "Fatigue multiaxiale des structures industrielles sous chargement quelconque." Lyon, INSA, 1999. http://theses.insa-lyon.fr/publication/1999ISAL0056/these.pdf.
Full textAbstract:
Le travail présenté traite de la fatigue multiaxiale. Il a pour but l'estimation de la durée de vie de structures industrielles soumises à tout type de chargement, du cas le plus simple, uniaxial et périodique, au cas le plus général et le plus complexe, multiaxial et à amplitude variable. La première partie présente une analyse, à partir d'une recherche bibliographique, des critères de fatigue multiaxiaux en contraintes. Elle regroupe 37 critères classés en trois familles : les critères empiriques, ceux de type plan critique et ceux d'approche globale. 24 critères ont été validés à l'aide d'une banque de données constituée de 233 essais de fatigue multiaxiaux tirés eux aussi de la littérature. La deuxième partie traite de la prise en compte de l'effet du gradient de contrainte dans les critères de fatigue multiaxiaux. Basée sur une proposition existante, l'introduction de l'effet du gradient dans les deux critères du LMSo est réalisée. Ces critères sont validés sur des essais multiaxiaux de flexion-torsion. Une méthode est proposée pour estimer le gradient de contrainte en tout point d'une structure complexe calculée par éléments finis dans le but de pouvoir appliquer ces critères avec gradient au cas des structures industrielles. La dernière partie concerne les évolutions et la validation de la méthode en contraintes d'estimation de durée de vie en fatigue multiaxiale d'amplitude variable proposée par le LMSo. Une première évolution de la méthode est établie. Elle est basée sur le principe du calcul et du cumul de dommage par plan physique. L'étude de l'influence de la variable de comptage, qui permet l'identification et l'extraction des cycles de contraintes de la séquence multiaxiale, aboutit à une seconde évolution, qui permet de s'affranchir du problème du choix de la variable de comptage. Elle réalise, plan par plan, le comptage des cycles, le calcul puis le cumul du dommage. Ces évolutions nécessitent d'utiliser un critère de type plan critique. L'ensemble des travaux est réuni et intégré sous la forme d'un logiciel industriel, Sollife, qui permet de modéliser le comportement en fatigue de structures complexes. Deux exemples industriels valident le logiciel. Les résultats obtenus sont encourageants. Ils montrent l'importance des effets de mise en forme et ouvrent de nombreuses perspectivesThe work of thesis deals with multiaxial fatigue. Its purpose is the fatigue life assessment of industrial structures submitted to any kind of solicitations, from the most basic case, which is uniaxial and periodical, to the most general one, which is multiaxial and of variable amplitude. The first part is dedicated to the study of multiaxial fatigue stress-based criteria. 37 criteria issued from the literature are analysed. They are divided into empirical, critical plane and global approaches. 24 criteria are validated through 233 multiaxial fatigue tests issued also from the literature. The second part aims at taking into account the stress gradient effect within the multiaxial criteria formulation. Similarly to some recent work, the stress gradient effect is introduced within the Laboratory's criteria. These propositions are validated through combined bending-torsion tests. A proposition is made to calculate the stress gradient field from finite elements results obtained over any complex industrial structure. The third part describes the evolution of the Laboratory's fatigue life prediction method under multiaxial random loading. The first step presents a plane per plane damage accumulation. The fatigue damage is calculated and cumulated on physical planes. The second step shows the influence of the so-called counting variable on the fatigue life prediction results, and leads to a new concept: the cycle counting and the damage assessment are performed plane per plane. This procedure avoids the dependence of the choice of the counting on the life assessments. A critical plane approach criterion is required for these latter methods. This work is integrated to an industrial software called Sollife allows one to simulate the fatigue behaviour of any complex structure. The first results are in good assessment with experiments. They show the important effect of metal forming process (as stamping) and result in lots of perspectives
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Scida, Daniel. "Étude et modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renforts tisses hybrides et non hybrides." Compiègne, 1998. http://www.theses.fr/1998COMP1168.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est d'apporter une aide à la décision quant au choix d'un matériau composite à renfort tissé hybride et non hybride pour une application où les effets du vieillissement conditionnent la décision. Cet objectif nécessite à la fois une approche expérimentale et théorique. L'approche expérimentale est menée, à partir d'essais standards (traction, flexion et torsion), par une caractérisation des propriétés élastiques et ultimes de chaque constituant (résine et unidirectionnel) et de chaque composite à renfort tissé. L'identification des mécanismes d'endommagement est ensuite obtenue sur la base des essais précédents puis d'essais de délaminage (mode I, II et mixte (I+II)) par l'utilisation d'une méthodologie associant les techniques d'émissions acoustiques et de microscopie. L'analyse met en évidence l'influence du vieillissement des résines, des fibres et des interfaces sur les modes de rupture du composite pouvant ainsi être très différents avant et après vieillissement. La seconde partie est consacrée à la modélisation du comportement mécanique des composites à armure hybride ou non dans les domaines élastiques et jusqu'à rupture. A partir d'une décomposition de la cellule de base, l'application de la théorie du stratifié permet de déterminer les propriétés élastiques 3D du composite en fonction des constituants, de l'armure, du titre des mèches et des caractéristiques géométriques puis de prédire les ruptures locales et finales du composite après prise en compte des endommagements successifs des constituants (résine et mèches). Le modèle aboutit à un logiciel de calcul nommé Mesotex permettant d'analyser aisément l'influence des paramètres structuraux (titre des mèches, armure, quantité de résine et hybridation) sur les propriétés élastiques et à rupture du composite. L'étude paramétrique conduit à faciliter le choix d'un matériau et d'atteindre un compromis coût/masse/performance optimisé.
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El, Hage Christiane. "Modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort tridimensionnel." Compiègne, 2006. http://www.theses.fr/2006COMP1642.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort 3D. L'étude s'articule autour de 3 points essentiels: la compréhension du processus d'endommagement, la modélisation analytique et l'étude d'optimisation des architectures des renforts. Les architectures carbones étudiées sont issues d'un tissage orthogonal 3D et de 5 tissages interlock. Ils sont soumis respectivement à une sollicitation de compression et de traction uniaxiale. La corrélation des signaux d'EA aux observations microscopiques permet de faire ressortir l'effet de l'architecture sur les phénomènes d'endommagements. Le comportement élastique endommageable jusqu'à la rupture est décrit à partir d'une dualité entre un modèle analytique d'homogénéisation et le critère 3D de Tsai-Wu, couplé à des critères d'endommagement. Ce modèle prend en compte la particularité géométrique des architectures des renforts. La partie optimisation est dédiée à la minimisation des VERThis thesis is dedicated to the modelling of the elastic damage behaviour composite material 3D reinforced. The study is articulated around three essential points: the comprehension of the damage process, analytical modelling and the optimization of architectures of the reinforcements. The studies of carbon architectures are resulting from an orthogonal weaving 3D and 5 Interlock. They are subjected respectively to compression and uniaxial tension tests. The correlation between signals of acoustic emission and the microscopic observations makes it possible to emphasize the effect of architecture on the phenomena of damages. The elastic damage behaviour until the rupture is described with a duality between an analytical model of homogenization and the criterion 3D of Tsai-Wu, coupled to damage criteria. This model takes into account the geometrical characteristic of architectures of the reinforcements. The optimization part is dedicated to minimization of the REV
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Risbet-Voitot, Marion. "Influence de l'état métallurgique et d'un gradient de contraintes sur le critère d'endurance (critère de Dang Van) d'un superalliage à base nickel." Compiègne, 2002. http://www.theses.fr/2002COMP1436.
Full textAbstract:
La présence de gradient de contraintes dans un alliage métallique influence le critère d’endurance de Dang Van le caractérisant. Pour s’en affranchir, il est possible de déterminer une épaisseur de couche critique, sur laquelle le critère est intrinsèque au matériau. Cette étude s’intéresse à l’influence du mode de déformation plastique sur la couche critique. A cet effet, un superalliage à base nickel est étudié sous deux états de précipitation, caractérisés par des localisations de déformation différentes. Dans les deux cas, le critère de Dang Van est déterminé par des essais mécaniques sur éprouvettes lisses et entaillées, associés à des calculs par éléments finis. Ce critère dépend de la valeur du coefficient de concentration de contrainte Kt et de l’état de précipitation du matériau. De plus, le type de calcul par éléments finis réalisé influence la profondeur de couche critique. Le comportement singulier de l’alliage sous-vieilli, présentant une déformation plastique localisée, est ainsi mis en évidence. Une attention spéciale est donc portée à l’endommagement en fatigue oligocyclique dans cet état. Les relations entre l’endommagement et l’orientation cristallographique des grains du polycristal sont examinées par EBSD. Les extrusions, sites d’amorçage préférentiels des fissures, sont étudiées par microscopie à force atomique, pour quantifier la déformation plastique irréversible locale accumulée en surface jusqu’à l’amorçage. Une loi de durée de vie à l’amorçage est proposée, exprimée uniquement en fonction de paramètres microscopiques. L’importance de rôle des contraintes internes en fatigue est mise en évidence, en relation avec le degré de réversibilité de la déformation plastique, variable selon l’état de précipitation. Un diagramme de Dang Van modifié est proposé pour palier les différences de comportement entre les deux états. L’hypothèse d’adaptation de la sollicitation s’avère également une condition sine qua non à la validité du critère de Dan Van.
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Vu, Anh Thang. "Endommagement de stratifiés aéronautiques à fibre de carbone et matrice polymère soumis à des chargements monotones ou cycliques à plusieurs températures : expériences et modélisation." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique, 2009. http://www.theses.fr/2009ESMA0009.
Full textAbstract:
L'objectif principal de ce travail est d'étudier la cinétique d'endommagement par multifissuration matricielle de stratifiés croisés [0m/90n]S, carbone/époxyde IM7/977-2 ou IMS/M21 utilisés dans l'industrie aéronautiques, à partir d'essais de traction sous chargement monotone et de fatigue, à plusieurs températures. L'évolution de la densité de fissures dans des stratifiés [0m/90n]S sous chargement monotone est étudiée expérimentalement puis décrite par un critère énergétique faisant intervenir l'énergie de rupture. Plusieurs expressions du taux de restitution d'énergie ont été comparés pour obtenir une bonne évaluation de l'énergie de rupture en fonction de la densité de fissures. L'influence du délaminage et de la température sur les courbes de fissuration a aussi été considérée. Pour le composite IM7/977-2, l'influence de la température est décrite au moyen du principe de superposition temps-température, en cherchant à construire des courbes maîtresses d'iso-endommagement. Un passage de l'étude de la fissuration sous chargement monotone à l'étude de la fissuration progressive sous chargement de fatigue a été étudié. Une étude expérimentale et une simulation de l'évolution de la densité de fissures transverses en fonction du nombre de cycles sont présentées. Dans le critère de fissuration, une loi de dégradation de l'énergie de rupture en fatigue du matériau qui repose sur une génération de l'hypothèse simple de Vinogradov concernant la forme des courbes S-N de première fissuration et qui prend en compte l'effet de courbe «R» a été utiliséeThe main objective of this study is to investigate the transverse cracking kinetics in [0m/90n]S cross-ply laminates made of IM7/977-2 or IMS/M21 composite systems, which are used in the aeronautic industry, from monotonic or cyclic tensile tests performed at several temperatures. An energetic cracking criterion is used. Several strain energy release rate expressions are compared, in order to obtain a realistic curve of fracture energy versus crack density. The influence of delamination and temperature on the cracking curves (crack density versus applied stress) is also considered. For the IM7/977-2 composite sysstem, the temperature effect can be accounted for using the time-temperature superposition principle, by constructing master curves of equal damage. A transition from monotonic cracking to fatigue cracking is investigated. Experimental results and simulations of transverse crack growth during fatigue tests are presented. The cracking criterion uses a fracture energy expression stemming from an extension of Vinogradov’s model which relies upon a simple assumption regarding the shape of first cracking S-N curves, and takes into account the R-curve effect
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Randrianarivo, Bruno. "Prévision de la durée de vie en fatigue d'une structure ou d'un élément de structure sous chargement à amplitudes variables." Compiègne, 1991. http://www.theses.fr/1991COMPD444.
Full textAbstract:
L'étude de la fiabilité d'une structure mécanique travaillant en fatigue peut être définie par la connaissance de la durée de vie avant l'apparition d'une défaillance. Le type d'essai le plus simple et le plus représentatif mais aussi le plus onéreux en temps et en coût consiste à solliciter la structure à partir d'un signal réel représentatif du chargement en service. A partir de là est évaluée la durée de vie de l'installation. Cette constatation conduit à adapter un outil permettant d'estimer la durée de vie de l'ensemble d'une structure mécanique à partir des résultats d'essais simplifiés sur des éprouvettes extraites du même matériau. Dans le cadre de cette étude, nous présentons des modèles de prévision de la durée de vie (FATIMAS, SMITH-TOPPER-WATSON, NEUGEBAUER) d'une structure à partir des caractéristiques mécaniques cycliques du matériau (WOHLER, MANSON COFFIN) déduites des essais de fatigue sous amplitudes constantes. Ensuite, les résultats théoriques obtenus seront comparés avec les résultats expérimentaux issus des essais sous spectre de chargement judicieusement choisi pour représenter la sollicitation en service de la structure. On en déduit à partir des résultats expérimentaux par omission des blocs contenant des cycles en dessous de la limite d'endurance que l'influence des petits cycles sur la durée de vie en fatigue dépend de la nature du matériau et du niveau de sollicitation de ces cycles, nécessitant ainsi des précautions particulières lors du filtrage des signaux et du choix du modèle de prévisions utilisé.
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Ramond, Bruno. "Analyse des signaux d'émission acoustique sur des structures boulonnées et rivetées soumises à des contraintes de fatigue." Compiègne, 1988. http://www.theses.fr/1988COMP0273.
Full textAbstract:
L’analyse des ondes élastiques émises lors de l’endommagement d’un matériau soumis à une contrainte peut donner des indications sur la nature du dommage et sur son évolution. La complexité des phénomènes physiques mis en jeu et les performances limitées de l’instrumentation disponible imposent la mise en œuvre de méthodes particulières de traitement de l’information fournie par les capteurs. Nous proposons l’application aux signaux d’émission acoustique de l’analyse factorielle qui permet de mettre en évidence les différents mécanismes mis en jeu. Une méthode basée sur l’évolution d’une moyenne glissante offre une possibilité nouvelle de suivre en temps réel l’évolution de l’endommagement. Des exemples d’applications sur des assemblages d’éléments de structure en alliage d’aluminium illustrent l’efficacité de cette méthodeThe analysis of elastic waves emitted during the damaging of a material under strain can give information as to the nature of the damage and its evolution. The complexity of physical phenomena involved and the limited performances of the instruments available impose the implementation of specific methods for the processing of the information given by the transducers. We suggest to apply factor analysis to the study of acoustic emission signals, which enables the bringing to the fore of the various mechanics involved. A method based on a moving average offers a new possibility of following the evolution of the damaging in real time. Examples of applications on assemblages of structure components in aluminium alloy show how efficient this method is
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Cherfaoui, Mohammed. "Étude de l'émission acoustique associée à l'endommagement en fatigue des matériaux sous sollicitations cycliques et par blocs programmés." Compiègne, 1985. http://www.theses.fr/1985COMPD011.
Full textAbstract:
La présente recherche concerne l'application de l'émission acoustique au contrôle de l'endommagement en fatigue des matériaux sous sollicitations cycliques et par blocs programmés. L'émission acoustique associée à la fissuration d'éprouvette CT d'alliages d’aluminium 2024 T 351 et 2618 AT 651 est analysée. Les résultats montrent que l'apparition de l'E. A. Dans le cycle ou le bloc de fatigue n'est pas aléatoire, elle se sépare en deux populations. La première, émission recueillie dans la partie haute du cycle, est bien corrélée à la longueur de la fissure sur les deux matériaux. La deuxième correspondant au bas du cycle quant à elle contient d'intéressantes informations sur les mécanismes associés à la fermeture de la fissure, notamment en ce qui concerne la mesure de la charge d'ouverture (Pop). L'E. A. Contient une information exploitable de l'endommagement par fatigue des matériaux métalliques. Elle permet de distinguer les différentes phases de l'essai de fatigue et d'évaluer l'endommagement à partir des seules données d'E. A. Les données d'E. A. Ont été aussi traitées par des méthodes d'analyse multidimensionnelle. Cette technique très puissante dans le traitement des grands tableaux de données a permis de déterminer, entre autre, les différentes populations des signaux dans le cas de la fatigue et cela pour trois matériaux différents : 2024 T 351, 2618 AT 651 et l'acier A. 52.
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Redjel, Bachir. "Mécanique et mécanismes de rupture dans les matériaux composites SMC (Sheet Molding Compound)." Compiègne, 1987. http://www.theses.fr/1987COMPD067.
Full textAbstract:
L’objectif de cette étude est de comprendre les phénomènes de rupture dans les matériaux composites SMC à résine phénolique et polyester renforcée de fibres de verre mat. Tout d’abord une étude de caractérisation sur éprouvettes lisses menée en flexion 3 points, en traction et en compression, a mis en évidence des comportements différents des SMC dans ces 3 types de sollicitations. La présence d’un domaine important d’endommagement avant rupture, qui pertube le champ de contraintes dans les éprouvettes de flexion est à l’origine de ces divergences. L’analyse des contraintes à la rupture par les statistiques de Weibull montre que ces matériaux ne relèvent pas de cette théorie. Concernant l’étude de la résistance à la fissuration sur éprouvettes entaillées, l’application de la mécanique de la rupture à ces matériaux a permis de définir deux paramètres de ténacité : un paramètre d’amorçage de l’endommagement Kam défini au point de non linéarité de la courbe charge-déplacement représentant une caractéristique intrinsèque du matériau, et un paramètre d’instabilité Kins calculé au maximum de charge avec une longueur de fissure effective correspondante indépendante de la longueur d’entaille, mais relative à chaque type de sollicitation. En fixant une géométrie d’éprouvette, (flexion 3 points), l’influence de divers paramètres – anisotropie, fraction volumique des fibres de verre et de charges d’alumine, température, post-cuisson) sur ces deux paramètres de ténacité ainsi que la forme des courbes KR, a été mise en évidence. Enfin, l’étude de la résistance à la fatigue a permis d’établir la courbe S-N de chaque matériau. Cette courbe se caractérise par une dispersion importante dans le valeurs de durée de vie et ne peut être utilisée que pour des comparaisons correspondant à des variations de composition, de signal, de fréquence d’essai etc…
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Lambert, Yvan. "Étude de l'endommagement en pointe de fissure dans le cas de la fissuration en plasticité non confinée." Compiègne, 1986. http://www.theses.fr/1986COMPI230.
Full text
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Taraf, Modar. "Endommagement par fatigue de contact d'une roue ferroviaire : étude numérique par éléments finis." Thesis, Metz, 2008. http://www.theses.fr/2008METZ021S/document.
Full textAbstract:
Cette étude par éléments finis se propose d estimer la tenue en Fatigue de Contact de Roulement (FCR) d'une roue ferroviaire. La première partie de la thèse présente une analyse critique des approches de la littérature consacrées aux différents aspects du problème de FCR. La deuxième partie porte sur la modélisation bidimensionnelle d'une roue ferroviaire, comportant un défaut circulaire, et soumise à une pression de contact hertzien en mouvement. L'endommagement est quantifié par un paramètre de fatigue basé sur la densité d'énergie et la notion de plan critique. La durée de vie est calculée à l'aide d une loi utilisant les paramètres de fatigue oligocyclique. On montre que la technique du submodeling est un outil efficace permettant de réduire le temps de calcul CPU. Le troisième chapitre est une étude paramétrique de l'influence sur la durée de vie, du niveau de chargement, de la profondeur, de la nature et de la taille des défauts. Les résultats montrent que le plan critique d amorçage de fissure est parallèle à la surface de contact lorsque le mode I domine¡; il s'en écarte quand le mode II est prépondérant. Le quatrième chapitre porte sur l'influence des chargements à amplitudes variables ainsi que celle du frottement. On montre l effet bénéfique d une surcharge sur la durée de vie à l'amorçage de fissure. L'incidence néfaste du coefficient de frottement sur la durée de vie est mise en évidence dans le cas d'une roue avec et sans défaut. Enfin, la dernière partie de ce travail aborde les effets d'inertie dans le cas de la FCR. La durée de vie est surestimée dans le cas statique et diminue en dynamique avec la vitesse de roulement et le niveau de chargementThis study by finites elements proposes to estimate the Rolling Contact Fatigue (RCF) strength of a railway wheel. The first part of the thesis presents a critical analysis of the approaches of the literature relatives to the various aspects of the problem of RCF. The second part relates to the two-dimensional modeling of a railway wheel, consist a defect circular, and subjected to a moving hertzian contact pressure .The damage is quantified by a Fatigue Parameter (FP) based on the density of energy and the concept of critical plan. The lifetime is calculated using a law consist of the parameters of low-cycle fatigue. It is shown that the technique of the submodeling is an effective tool to reduce the computing time CPU. The third chapter is a parametric study about the influence over the lifetime, of the loading level, the defect depth, the nature and the size of the defects. The results show that the critical plan of crack initiation is parallel to the contact surface when mode I dominate; it deviates when mode II is dominating. The fourth chapter relates to the influence of the loadings with variable amplitudes and that of friction. We show the beneficial effect of an overload over the lifetime to crack initiation. The harmful incidence of the coefficient of friction over the lifetime is highlighted in the case of a wheel with and without defect. Finally, the last part of this work approaches the effects of inertia in the case of the RCF. The lifetime is over-estimated in the static case and decreases in dynamics with the rolling speed and the loading level
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Tang, Sui. "Étude de l'endommagement sous sollicitations monotone et cyclique de matériaux composites à matrices 2024 A1 et 2124 A1 renforcées par des fibres SiCw." Compiègne, 1989. http://www.theses.fr/1989COMPI284.
Full textAbstract:
Les composites à matrices d'alliages d'aluminium renforcées par des fibres de carbure de silicium possèdent des atouts intéressants mais aussi quelques faiblesses. Les études statiques de ces matériaux ont montré que l'augmentation de la résistance à la traction et du module d'Young sont appréciables par rapport au métal de base et que le mécanisme de rupture est gouverné par un processus de fissuration instable. Elles soulignent aussi que leur comportement mécanique est très lié au pourcentage de renfort et à la qualité de la matrice. On note également que les mécanismes de rupture de ces matériaux dans les sens long et transverse sont très différents. Le premier est gouverné par la matrice et le dernier par l'interface. La ténacité de ces composites est moins bonne que celle du métal de base. La limite d'endurance de ces matériaux est proche de celle de la matrice et elle peut augmenter après un polissage soigné. Les stries de fatigue habituellement observées sont absentes sur les faciès de rupture, ceci laisse supposer que le mécanisme de fissuration est un phénomène instable. En général, sous une sollicitation répétée, il se passe une fragilisation de l'interface au bout de la fibre. Enfin, ces composites sont très sensibles à l'état de surface, tant pour les propriétés monotones que cycliques.
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Myrtja, Erisa. "Comportement des mortiers haute performance sous sollicitations de fatigue en compression." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPAST017.
Full textAbstract:
Le travail de cette thèse concerne la durabilité d’un point de vue mécanique des mortiers haute performance. De nombreuses structures sont soumises à des efforts de fatigue au cours de leur durée de vie comme des structures offshore, joints de chaussée, pistes d’aéroport ou planchers industriels.Bien que ce phénomène soit assez connu pour les constructions métalliques, pour les ouvrages en béton et les mortiers, les chargements en fatigue sont rarement explicitement pris en compte dans les règles de dimensionnement. De plus, les éléments mentionnés dans la littérature concernant les phénomènes qui influent sur la résistance à la fatigue et qui déterminent la durée de vie des ouvrages, tels que le nombre de cycles, l'amplitude des contraintes avant rupture, niveau de fréquence appliqué sont assez contradictoires probablement en raison de la nature hétérogène du matériau. Ainsi, l’objectif de cette thèse est d'abord d’étudier l’endommagement par fatigue principalement en compression à l’aide de différentes méthodes expérimentales. Une partie importante de cette étude consiste à identifier les paramètres qui ont une influence sur la durée de vie et l'évolution de déformations et rigidité durant le chargement. Parmi ces paramètres, les suivants sont principalement étudiés : le niveau de fréquence, la contrainte maximale appliquée, l'élévation de température. Par la suite, des méthodes alternatives pour estimer la limite d'endurance et la durée de vie des mortiers sont proposées.Un deuxième volet de cette thèse consiste à analyser l’influence de différents paramètres de formulation sur le comportement à la fatigue. Des formulations ont été développés avec des granulats de nature différentes, fractions granulaires et augmentation de porosité par air entrainé et E/C. Ainsi, l'influence de la microstructure est étudiée et complétée par différentes techniques de mesure expérimentales comme MEB-EDS, DRX, corrélation d'images, caméra infrarouge, porosité mercure, porosité à l'eauThe work in this thesis is related to the durability of high-strength grouts, in a mechanical perspective. Numerous structures are subjected to fatigue loading during their lifetime such as offshore structures, wind turbines, road joints, airport runways or industrial floors.Despite the fact that this phenomenon is well known in steel structures, it can be noticed that for concrete structures and grouts, fatigue loading is rarely explicitly taken into consideration in the design codes. Furthermore, the information available in the literature concerning the phenomena influencing fatigue resistance and which determine the lifetime of structures, such as the number of cycles, the amplitude of stresses before failure, the frequency level applied are quite contradictory, in part because of the heterogeneous nature of the material.Thus, the aim of this thesis is firstly to analyze the damage induced by fatigue loading mainly in compression by means of different experimental methods. An important part of this study consists in identifying the parameters which have an influence on the fatigue life and the strain and stiffness evolution during loading. Among these parameters, the following are predominantly investigated : the loading frequency, the maximum stress applied, the temperature increase. Subsequently, alternative methods are proposed in order to evaluate the endurance limit and the fatigue life of grouts.A second part of this thesis consists in analyzing the influence of different mix components on the fatigue behavior. Different mixes have been developed with different aggregate types, in different grain fractions and an increased porosity level by entrained air and W/B. Therefore, the influence of the microstructure is examined and completed by different measuring techniques such as SEM-EDS, XRD, digital image correlation, infrared camera, mercury intrusion porosimetry and total water porosity
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Ben, ameur Mariem. "Caractérisation mécanique et suivi par émission acoustique des mécanismes d’endommagement des composites à fibres hybrides lin/carbone." Thesis, Le Mans, 2019. http://www.theses.fr/2019LEMA1039.
Full textAbstract:
L'utilisation de fibres naturelles comme renfort permet d'améliorer les performances environnementales des matériaux composites ainsi que leurs propriétés d’amortissement. Néanmoins, ces composites à fibres naturelles présentent des performances mécaniques moins intéressantes que celles des composites à fibres synthétiques. Dans ce contexte, cette étude propose d'élaborer des structures composites à renfort hybrides constituées des fibres de lin et de carbone. L’objectif de cette hybridation est de trouver un compromis entre les propriétés mécaniques et dissipatives. Tout d'abord, le comportement en statique des composites à fibres de lin, fibres de carbone et fibres hybrides lin/carbone a été analysé. Les caractéristiques élastiques principales d’ un pli UD en contraintes planes sont ainsi déterminées .Par ailleurs, un suivi et une analyse des mécanismes d'endommagement ont été effectués au moyen de la technique d'émission acoustique associée à des observations microscopiques. Dans un souci de mieux répondre aux besoins industriels, le comportement des composites soumis aux essais de fatigue cyclique doit être étudié. Pour ce faire, le comportement en fatigue de ces matériaux à renforts non-hybrides et hybrides a été analysé sous sollicitations de traction et de flexion trois points. L’ influence de l’ hybridation sur la durée de vie en fatigue de ces composites a été établie. Enfin, une étude expérimentale et une modélisation par élément finis du comportement vibratoire des composites non-hybrides et hybrides ont été réalisées. Ainsi, le rôle des différentes fibres, de l’orientations des fibres, de séquences d’empilement dans l'amortissement en vibrations a été discutéThe use of natural fibers as reinforcement makes it possible to improve the environmental performance of the composite materials as well as their damping properties. Nevertheless, these natural fiber composites have lower mechanical performance than synthetic fiber composites. In this context, this study proposes to develop composite structures with hybrid reinforcement made of flax and carbon fibers. The objective of this hybridization is to find a compromise between the mechanical and dissipative properties. First, the static behavior of flax fiber, carbon fiber and flax/carbon hybrid composites was analyzed. The principal elastic characteristics of a UD ply in plane stresses are thus determined. Moreover, a monitoring and an analysis of the mechanisms of damage were carried out by means of the technique of acoustic emission associated with microscopic observations. In order to better meet industrial needs, the behavior of composites subjected to cyclic fatigue tests must be studied. In fact, the fatigue behavior of these materials with non-hybrid and hybrid reinforcements was analyzed under tensile stress and three-point bending. The influence of hybridization on the fatigue life of these composites has been established. Finally, an experimental study and a finite element modeling of the vibratory behavior of non-hybrid and hybrid composites were carried out. Thus, the role of different fibers, fiber orientations, stacking sequences in vibration damping has been discussed
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Le, Viet Dung. "Modélisation et identification du comportement plastique visco-élastique endommageable d'un matériau agrégataire." Tours, 2007. http://www.theses.fr/2007TOUR4044.
Full textAbstract:
Cette étude porte sur le comportement thermomécanique d'un matériau agrégataire quasi-compact. Elle a pour objectif le développement d'un modèle de comportement répondant aux exigences requises pour une exploitation industrielle. Les réponses expérimentales mettnt en évidence un comportement comparable à celui des bétons, à savoir le caractère asymétrique (différence entre traction et compression) ainsi qu'une sensibilité à l'endommagement et à la pression hydrostatique. Une différence importante avec le comportement du béton concerne le comportement réversible qui est ici viscoélastique. Les modèles existants pour les matériaux du même type que celui étudié ne sont pas appropriés pour décrire complètement le comportement constaté. Par conséquent, un protocole expérimental spécifique a été développé à cette occasion. Il est présenté ainsi que le modèle qui en découle. Ce dernier est construit à partir des réponses issues des essais de traction, de compression uni-axiale et de compression tri-axiale sous confinement hydrostatique. Le modèle est isotrope et n'inclut qu'un nombre limité de paramètres. La limite de plasticité est décrite au moyen d'un critère parabolique à écrouissage isotrope. La règle d'écoulement est non-associée et un endommagement scalaire complète le modèle. Le modèle a été implanté dans le code de calcul Abaqus/standard sous la forme d'une procédure en Fortram. Une extension en température vient compléter la modélisation du comportement du matériau. La validation du modèle est effectuée sur la base de comparaisons avec plusieurs essais homogènes et sur structuresThis research is achieved in the general frame work of the study of the thermomechanical behaviour of a quasi-compact aggregate. It has for objective the development of a new behaviour model satisfying to the particular requirements for an industrial exploitation. The model is isotropic and includes only a limited number of parameters. The experimental response shows a behaviour material comparable to concrete, to know the following characteristics : viscoelastic, damageable and sensitive to the hydrostatic pressure. For such materials, existing models were generally developped within the framework of the dynamic and static behaviour. They are not appropriate to simulate completely the material behaviour researched. Consequently, a specific model and an experimental protocol are presented. The model is derived from the tensile tests, the compressive tests and the triaxial compresssion tests under hydrostatic containment. The plastic limit is described by the means of a parabolic criterion with isotropic hardening. The flow rule is non-associated ; an isotropic damage achieves the model. Then, the developed model is implanted in the code of calculation standard abaqus by means of a numeric integration dealed with the shape of a procedure in Fortram. An extension in temperature comes to complete the modelling of the material behaviour. The dependance in temperature of the model parameters is taken into account in the Fortram subroutine. The validation of the model is done on the basis of several homogeneous tests as well as tests on structures by comparisons data/simulation
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Chen, Xiao-Ting. "Effet du chauffage sur le comportement mécanique et poro-mécanique de matériaux cimentaires : propriétés hydrauliques et changements morphologiques." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00577102.
Full textAbstract:
Cette thèse a permis d'évaluer l'effet des changements de morphologie d'un matériau cimentaire soumis à un traitement thermique jusqu'à T (≤ 400°C). Pour cela, nous avons caractérisé expérimentalement le comportement mécanique (en compression uniaxiale, compression hydrostatique avec ou sans déviateur), poro-mécanique (modules d'incompressibilité Kb, Ks et coefficient de Biot b) et hydraulique (perméabilité au gaz), d'un mortier modèle E/C=0,5 suite à un cycle de chauffage/refroidissement. Les essais mécaniques multiaxiaux sont couplés aux mesures de perméabilité, qui servent d'indicateur de la progression de la fissuration du matériau sous contrainte. Nous avons également mis au point un essai original, permettant de quantifier le volume de l'espace poreux interconnecté sous chargement hydrostatique Pc. La création de porosité occluse sous l'effet d'un accroissement du confinement est confirmée, et ainsi la diminution de la rigidité de la matrice solide Ks avec Pc après traitement thermique T>200°C. Nous avons également identifié un effet bouchon (aucun passage de gaz) lors d'un chargement couplé, thermique et en compression hydrostatique du mortier mais aussi de bétons industriels (CERIB et ANDRA). Afin d'analyser l'évolution des propriétés mécaniques et poro-élastiques après traitement thermique, un modèle prédictif thermo-élasto-plastique avec endommagement isotrope et une approche micro-mécanique descriptive, intégrant la présence de micro-fissures, y sont couplés
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Li, Changle. "Application de la méthode d'analyse simplifiée des structures inélastiques à la fatigue de contact." Lille 1, 2004. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2004/50376-2004-233.pdf.
Full textAbstract:
Les dégradations observées dans les contacts soumis à des sollicitations de fretting apparaissent sous différentes formes en fonction des conditions de sollicitation. La prédiction de l'endommagement nécessite la connaissance du comportement des structures sous des chargements mécaniques qui varient périodiquement et peuvent induire ainsi des déformations irréversibles. Ceci conduit à une analyse inélastique des structures s'effectuant habituellement par l'utilisation de méthodes de type incrémentai. Dans le cas des chargements cycliques, ces méthodes amènent des coûts et des temps de calcul très élevés. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la Méthode d'Analyse Simplifiée des Structures Inélastiques proposée par le Professeur Zarka et al. Elle repose, par un calcul purement élastique, sur la décomposition de la réponse réelle (en une partie élastique et une partie plastique) et sur un changement de variable qui pennettent de détenniner l'état limite d'une structure ainsi que les contraintes résiduelles et les déformations plastiques. Nous avons appliqué la méthode d'analyse simplifiée au fretting en utilisant une méthode de "chargement équivalent de contact". Après l'application de la MASSI au fretting, nous obtenons l'état stabilisé. Selon la nature de l'état stabilisé, le matériau subit de la fatigue à faible ou à grand nombre de cycles. Dans le cas de la fatigue polycyclique, on s'intéresse à la prédiciton de l'initiation des fissures dues au fretting fatigue avec un critère de fatigue.
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Li, Li. "Modélisation numérique de l'endommagement des couches en proche surface : application aux systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2." Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1929.
Full textAbstract:
Dans le contexte de la prévision de la tenue des matériaux revêtus sollicités par des chargements mécaniques, nous avons développé un modèle numérique basé sur la mécanique de l’endommagement permettant de d’ écrire les scénarios de rupture des couches d’oxyde dans les systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2 (la fissuration traversante périodique dans la couche d’oxyde et le décollement de la couche) en utilisant une méthode à discontinuités fortes couplée à des éléments d’interface. Afin de prendre en compte la présence de défauts initiaux dans la couche d’oxyde, les contraintes limites à rupture des éléments constituant la couche d’oxyde sont distribuées de manière aléatoire. Une analyse statistique sur la « distance interfissure moyenne » de la fissuration périodique a été effectuée. Le modèle développé s’appuie sur une analyse expérimentale des phénomènes de rupture de la couche d’oxyde. Cette analyse porte sur l’observation de l’ évolution des phénomènes de rupture générés dans les systèmes métal/oxyde en fonction du chargement mécanique global de traction appliqué/ Ces observations sont menées à l’aide d’un microscope électronique à balayage (MEB). Elles ont notamment permis de déterminer la « distance interfissure moyenne » et par corrélation avec les calculs, les paramètres du modèle (la contrainte limite à rupture de l’interface métal/oxyde, l’ énergie de fissuration des fissures traversant la couche d’oxyde) ont été identifiés et notre approche numérique a été validéeIn the context of the prediction of coated materials durability submitted to mechanical loadings, we have developed a numerical model based on damage mechanics able to describe oxide layer fracture for Ni/NiO and Zr/ZrO2 systems (the periodic crack pattern in the oxide layer and the debonding of the oxide layer). A finite element model combining strong discontinuity approach and interface elements has been used. To take into account the initial defects in the material, we consider randomly distributed limit stress in the oxide layer. A statistical analysis is performed to evaluate the “mean inter-crack distance” of the periodic crack pattern in the oxide layer. The developed model is based on an experimental analysis of the oxide layer fracture phenomenon. This analysis focuses on the observation of the oxide layer damage evolution with different levels of mechanical loadings. These observations are performed by scanning electron microscopy (SEM) which allows to determine the “mean inter-crack distance” and by correlation with the numerical results, the model parameters (the limit stress of the metal/oxide interface, the crack energy of the periodic cracks) have been identified and our numerical approach has been validated
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Gong, Xiao Lu. "Développement d'une méthodologie expérimentale associée à une approche analytique pour la compréhension du comportement de plaques composites non-trouées et trouées sous chargement simple et combiné de traction-torsion." Compiègne, 1994. http://www.theses.fr/1994COMPD741.
Full textAbstract:
Le travail de thèse aborde l'étude de l'endommagement et de la rupture des matériaux composites verre/époxyde quasi-unidirectionnels sous chargements simples et combinés de traction-torsion. A cet effet, une méthodologie originale (modèle schématique) basée sur l'émission acoustique et corrélée aux observations microscopiques a été proposée. Ceci a permis d'établir une classification cohérente des différents mécanismes d'endommagement intervenant dans les matériaux composites. Ce modèle schématique a été utilisé par la suite pour mieux comprendre les étapes de dégradation dans les plaques composites non-trouées et trouées sollicitées en statique et en fatigue (traction, torsion et traction-torsion). L'évolution de chaque type d'endommagement et du mécanisme responsable de la chute de rigidité ont été mis en évidence à l'aide d'un paramètre acoustique d'endommagement Rij nommé taux de participation de l'endommagement. L'approche analytique du champ de contraintes proposée a permis d'appréhender le comportement mécanique en torsion et en traction-torsion des plaques considérées. Ainsi, le calcul des contraintes de cisaillement en torsion propose par Lekhnitskii pour de petits déplacements est corrigé en introduisant un moment effectif tenant compte du phénomène de grands déplacements généré par la torsion. La contrainte normale ainsi induite par la torsion peut être calculée par cette approche. Le seuil d'endommagement a pu être prévu aux moyens de critères utilisant l'ensemble des contraintes agissant localement. Le critère de Tsai-Wu tridimensionnel a été adapté au bord du trou. Quant au critère de rupture de Tsai-Hill, il a fallu le modifier pour prédire le seuil d'endommagement. Afin d'éviter l'analyse complexe de la distribution des contraintes, un critère empirique du seuil d'endommagement en traction-torsion a été établi. L'analyse de l'endommagement s'est faite en associant plusieurs techniques : celle de la variation des raideurs, de la réponse des jauges de déformation, de l'émission acoustique, du rapport Felicity, de la microscopie électronique à balayage et de la thermographie infrarouge.
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Dompierre, Benoît. "Fiabilité mécanique des assemblages électroniques utilisant des alliages du type SnAgCu." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00604954.
Full textAbstract:
Depuis la restriction de l'utilisation du plomb dans l'électronique, les alliages de brasure de type SnPb ont été remplacés majoritairement par des alliages de type SnAgCu (SAC). Des travaux précédents ont révélé un phénomène de vieillissement de ces alliages, caractérisé par une forte variation des propriétés mécaniques et se stabilisant après plusieurs années à température ambiante. L'objectif de ce travail est d'étudier l'influence du vieillissement thermique sur l'endommagement des assemblages électroniques utilisant l'alliage SAC305 sous chargements mécaniques.L'étude s'est d'abord concentrée sur le comportement mécanique du SAC305, puis sur l'endommagement des joints brasés.L'impact du vieillissement sur le comportement mécanique a été évalué à l'échelle massive ainsi qu'à l'échelle d'un joint brasé. L'évolution de la dureté et du comportement mécanique cyclique à température ambiante a été reliée à un phénomène de grossissement de grain. Des essais de compression sur billes en SAC305, représentatives de la structure réelle, ont montré les mêmes évolutions. Deux modèles de comportement viscoplastique ont été développés à l'échelle d'un joint brasé pour l'alliage dans l'état initial et dans l'état vieilli. Des simulations numériques réalisées à l'aide de ces modèles, ont permis de valider cette approche.L'influence du vieillissement sur l'endommagement des joints brasés en SAC305 a été évaluée à l'aide d'essais de torsion cycliques sur cartes assemblées. Les résultats montrent que le vieillissement induit une diminution du nombre de cycles à la défaillance en fatigue oligocyclique, élément très important pour la gestion du risque dans les équipements électroniques
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Garcia, Miranda J. Santos. "Développement d'un nouveau modèle d'endommagement et de cumul de dommage en fatigue sous sollicitations variables." Lille 1, 2003. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2003/50376-2003-155.pdf.
Full textAbstract:
Nous avons développé un modèle non linéaire qui prend en compte l'histoire de chargement, lequel s'appuie uniquement sur la courbe S-N expérimentale et ne nécessite pas de nouveau paramètre, ce qui rend son utilisation aisée. On définit la "contrainte endommagée" comme étant celle qui correspond à la durée de vie résiduelle sur la courbe S-N. A partir de celle ci un indicateur d'endommagement a été défini et normalisé à 0 à l'état initial et à 1 à la défaillance. Un programme expérimental sur le cumul de dommage par blocs a été développé sur des éprouvettes lisses et sur des éprouvettes fissurées et réparées par la technique d'expansion à froid. Les durées de vie prévisionnelles "issues du modèle" sont en bonne concordance avec les résultats expérimentaux. Le modèle peut, par l'intermédiaire des critères tels que DANG-VAN, CROSSLAND, etc. , être étendu aux chargements multiaxiaux aléatoires.
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Le, Graverend Jean-Briac. "Etude et modélisation des effets d'incursion à très haute température sur le comportement mécanique d'un superalliage monocristallin pour aubes de turbine." Phd thesis, ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00834830.
Full textAbstract:
Ce travail s'inscrit dans le contexte de la modélisation et de la prévision de la durée de vie des aubes de turbine haute pression des turbines à gaz. Ces pièces sont réalisées en superalliage monocristallin base nickel tel que le MC2, matériau principal de l'étude. En service, ces dernières sont soumises à des conditions extrêmes de température et de contrainte. Des régimes d'urgence, dits O.E.I. (.One Engine Inoperative.), peuvent aussi survenir sur un hélicoptère bi-moteur : un des deux moteurs s'arrête ce qui provoque une augmentation de la température en sortie de chambre de combustion pour le moteur restant en fonctionnement. Dans le cadre de ce travail, le comportement anisotherme en fluage et en fatigue/fluage du superalliage monocristallin a été étudié afin de déterminer les répercussions des surchauffes à 1200. sur le comportement mécanique ultérieur à 1050. Il a pu être déterminé que le temps de pré-endommagement avant la surchauffe joue un rôle capital vis-à-vis de la durée de vie post-surchauffe. Cette influence est très dépendante de l'état microstructural du matériau sur lequel est réalisée la surchauffe (morphologie des précipités γ ', contraintes de cohérence entre les phases γ et γ '). Du point de vue des mécanismes d'endommagement, il a aussi été constaté que le niveau de température a une importance majeure en modifiant les contraintes de cohérence entre les deux phases γ et γ '. L'état microstructural jouant un rôle majeur sur la durée de vie lors des essais isothermes et anisothermes, une étude de l'évolution de la microstructure γ /γ' autour des particules de phase intermétallique μ a été faite, ainsi qu'une mesure expérimentale de l'évolution de la porosité, mesurée par des analyses tomographiques grâce à des essais de fluage multi-interrompus à haute température. Ceci a permis d'aboutir à un paramètre de dommage, à la frontière entre métallurgie et mécanique, prenant en compte les évolutions microstructurales. La coalescence orientée se déroulant à haute température, connue sous le nom de mise en radeaux, a une forte influence sur le comportement et l'endommagement des superalliages monocristallins. Ainsi, un nouveau modèle de mise en radeaux, prenant en compte la vitesse de sollicitation, a été implémenté dans le modèle de plasticité cristalline couplé comportement/endommagement Polystar. Ceci a permis d'améliorer la modélisation des essais longs. D'autres modifications ont été effectuées afin d'améliorer la modélisation lors des essais cycliques et de relaxation. Ce nouveau modèle a été testé et validé sur une éprouvette bi-entaillée générant des champs mécaniques multiaxiaux pendant un essai de fluage complexe anisotherme.
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Violeau, David. "Une stratégie de calcul pour l'analyse à l'échelle "micro" des endommagements jusqu'à rupture des composites stratifiés." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00254379.
Full textAbstract:
Les mécanismes de dégradation des composites stratifiés sont aujourd'hui très bien connus mais la simulation jusqu'à rupture reste un challenge majeur. Un nouveau modèle de calcul microscopique hybride a récemment été proposé et permet de prendre en compte tous les modes de dégradations des stratifiés. Le modèle microscopique est hybride et couple à la fois des mécanismes discrets et continus. Celui-ci s'appuie sur l'introduction de surfaces de rupture minimales conférant ainsi au modèle un aspect discret. Un milieu continu endommageable est introduit pour modéliser les dégradations continues à l'échelle du pli. Très simple d'interprétation et reposant sur peu de quantités matériaux à identifier, le modèle n'est viable que s'il est associé à des moyens de calcul performants. Une stratégie multiéchelle avec homogénéisation en espace développée depuis plusieurs années est ici étendue pour traiter des problèmes complexes tridimensionnels et incluant de nombreuses surfaces de contact. Des développements spécifiques associés à la réduction du coût de calcul (taille du problème à résoudre et temps de résolution) ont été menés sur des exemples simples bidimensionnels. Le calcul du critère permettant la propagation des fissures a nécessité également des simplifications importantes. Ces différents points ont été mis en œuvre dans un code de calcul complet écrit en langage C++ dans la plateforme du LMT permettant de traiter des problèmes complexes non-linéaires bidimensionnels ou tridimensionnels et pouvant inclure les effets de l'environnement. Des exemples simples sont réalisés et permettent de simuler des scénarios de dégradation complexes.
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Thébaud, Louis. "Etude des relations entre microstructure et propriétés mécaniques du nouveau superalliage base nickel AD730™." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0033/document.
Full textAbstract:
Compte tenu de l’évolution des températures d’entrée de turbines, le principal enjeu pour les métallurgistes est d’élaborer des alliages capables de présenter d’excellentes propriétés mécaniques à des températures de plus en plus élevées. Dans ce contexte, connaitre les relations entre les différents paramètres microstructuraux et les propriétés mécaniques à haute température (700°C et plus) est capital.La durabilité en fluage et en fatigue-temps de maintien ainsi que les processus d’endommagement de l’alliage AD730™, un nouveau superalliage pour disques de turbines, ont été analysés. Plusieurs paramètres ont été étudiés, qu’ils soient microstructuraux (joints de grains, taille de grains, taille et distribution des précités γ′), ou expérimentaux (température, environnement, contrainte appliquée, temps de maintien). L’utilisation de monograins de composition chimique identique à l’alliage de l’étude a permis de mettre en évidence le fait qu’une microstructure monogranulaire ne présente pas nécessairement de meilleures propriétés en fluage qu’une microstructure polycristalline. Ceci est attribué au rôle durcissant des joints de grains. Il a de plus été montré qu’à 700°C, la taille et la distribution des précipités γ′ est le paramètre microstructural pilotant les propriétés viscoplastiques à l’ordre 1.En fatigue avec temps de maintien, un comportement original a été observé pour les longs temps de maintien en fonction de la contrainte appliquée. Ce phénomène est attribué à un effet « type Bauschinger » apparaissant lors des phases de déchargesIn view of the turbine entry temperature evolution, the main challenge for metallurgists is to elaborate new alloys able to withstand higher temperatures while keeping great mechanical properties. Therefore, knowing the relationships between microstructural parameters and mechanical properties at high temperatures (700°C and more) is mandatory.The creep and dwell-fatigue durability as well as the damage mechanisms of AD730™, a new nickel base superalloy developed for turbine disks, have been analyzed. Several microstructural parameters were studied (grain boundaries, grain size, size and distribution of γ′ precipitates) as well as experimental parameters (temperature, environment, applied stress or dwell period). By using single crystalline specimens having the same chemical composition of the studied alloy, it has been shown unambiguously that single crystalline microstructures do not necessarily present better creep properties compared to polycristalline ones. This result is supposed to be caused by a grain boundary strengthening mechanism. Moreover, in creep at 700°C, it has been shown that the main viscoplasticity controlling parameters are the size and distribution of γ′ precipitates.An unexpected dwell-fatigue behavior has been observed for long hold times and in a specific applied stress window. This phenomena is attributed to a “Bauschinger type” effect, occurring during unloading phases
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Sadriji, Besnik. "Analysis and characterization of the damage phenomena occurring from handling and service surface anomalies." Thesis, université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPAST082.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse ont porté sur l'étude des phénomènes d'endommagement induits par l'introduction d'anomalies de surface de type choc ou rayure, lors d'opérations de maintenance des disques de turbine haute pression. D'une part, ces dernières créent une concentration de contraintes en fond d'anomalie liée au défaut géométrique, qui, couplée à la sévérité des chargements thermomécaniques subits par les disques, amène à l'amorçage et la propagation d'une fissure courte. D'autre part, ces anomalies s'accompagnent de déformations dans la matière qui induisent de l'écrouissage et des contraintes résiduelles. Ces dernières ont un effet du premier ordre sur la propagation de la fissure qu'il est nécessaire de prendre en compte. Ainsi l'objectif est de caractériser ces phénomènes induits par l'introduction des anomalies de surface, à savoir le comportement d'une fissure courte dans un champ de contraintes résiduelles.Concernant la caractérisation du comportement d'une fissure courte, une campagne expérimentale novatrice a été mise en place. Lors de cette dernière, des essais de fatigue uniaxiaux et biaxiaux ont été réalisés ainsi que des simulations numériques de propagation de fissure. D'une part, cette campagne expérimentale permet de mettre en exergue l'effet de la contrainte T sur la propagation de fissure. D'autre part, elle fournit un protocole expérimental permettant d'obtenir des fissures courtes et de caractériser leur comportement. Enfin, elle donne des pistes vers la prise en compte de l'effet de fissure courte via la contrainte T.Dans le but de caractériser les contraintes résiduelles, une campagne de caractérisation par diffraction des rayons X à l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) de Grenoble a été menée. La mesure des distances interatomiques permet de déterminer les déformations puis les contraintes résiduelles induites par l'anomalie. Les résultats obtenus sont cohérents avec ce qui était attendu : de forts niveaux de contraintes multiaxiales, de forts gradients et une portée sous la surface conséquente. Le modèle d'introduction de choc a été amélioré afin de pouvoir le comparer avec les résultats expérimentaux.Une stratégie d'intégration de ces différents phénomènes dans un modèle incrémental est proposé dans les perspectives afin de tenir compte de la fissuration causée par des anomalies de surfaceThis research work concerns the study of the induced physical phenomena by the introduction of handling surface anomalies such as dents or scratches, on high pressure turbine disks. On one hand, they create a geometrical stress concentration at the anomaly root and combined with the severe thermomechanical loadings undergone by the disks, leads to a short crack initiation and propagation. On the other hand, these anomalies induce deformations which lead to hardening and residual stresses in the material. The latter have an important influence on the crack propagation and is necessary to take into account. Thus, the aim is to characterize these phenomena induced by the introduction of surface anomalies, namely the short crack effect and the residual stress field.For the short crack effect characterization, a pioneering experimental campaign has been set up implying uniaxial and multiaxial fatigue tests as well as numerical simulations in crack propagation. This experimental campaign highlights the T-stress effect on the crack propagation first. Then, it gives an experimental protocol to obtain short cracks and characterize their behavior. Finally, it gives a lead to take into account the short crack effect via the T-stress.With the aim of characterizing the residual stress field, Synchrotron X-ray diffraction measurements have been performed at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) at Grenoble. The determination of the interatomic distances allows to determine the strains and the induced residual stresses by the anomaly. The results show important 3D stress levels, gradients and a substantial in-depths extent, as expected. The numerical model of a dent introduction has been improved to compare the experimental results with.A strategy to take into account these phenomena in the Incremental model is given in the perspectives in order to consider crack propagation from surface anomalies
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Manai, Asma. "Sur une approche pragmatique de l'endommagement anisotrope par fatigue basée sur un critère de fatigue et ses gradients." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS068.
Full textAbstract:
Cette thèse traite d’une approche pragmatique de l'endommagement par fatigue des structures sous un chargement cyclique. Un modèle anisotrope de dommage par fatigue a été développé. L'évolution de la dégradation des propriétés du matériau dépend d’un critère de fatigue (choisi) et de ses gradients. La dégradation du matériau anisotrope guidera la propagation des dommages. La propagation des dommages dépend principalement des crêtes de la «surface» du critère (gradients zéro). L'approche proposée décrit l'amorçage, la propagation des dommages et la rupture structurale sous un chargement multiaxial en fatigue. Pour chaque élément fini, des distributions anisotropes non homogènes des propriétés du matériau sont associées. Schématiquement, il apparaît comme un «surfer» matériel sur la «surface» du critère et les dommages suivent la crête de la «surface» du critère (niveau et gradient). Un critère d'approche globale, basé sur des invariants du tenseur des contraintes, est adopté. La réduction des propriétés des matériaux est affectée à un certain nombre de cycles et à un niveau global de contraintes, en utilisant une courbe de Wöhler expérimentale. Deux formes simplifiées du modèle sont proposées et les résultats sont comparés avec un exemple de référence expérimental (plaque cruciforme) et un cas industriel (pale d’une éolienne d’EDF). Une cartographie avec le critère de Dang Van est également calculée pour analyser les résultats numériquesA new practical engineering methodology for the analysis of structures under cyclic loading is proposed in this work . A new anisotropic fatigue damage model is developed. The evolution of material properties degradation depends on a failure criterion and its gradient. The anisotropic material degradation will guide the damage propagation. The propagation of damage is mainly depending on the ridges of the criterion’s « surface » (zero gradients). The proposed approach can describe the initiation and propagation of the damage until the structural failure under fatigue loading. For each finite element, non-homogeneous anisotropic distributions of material properties are associated. Schematically, it seems like a material « surfing » on the criterion’s « surface » and damages follow the crest of the criterion’s « surface » (level and gradient). A global approach criterion, based on invariants of the stress tensor, is adopted. The reduction of material properties is assigned to a number of cycles and a global level of stresses, using an experimental Wöhler curve. Two simplified forms of the model are proposed and results are compared with a cruciform experimental reference example and an industrial case. A mapping with Dang Van criterion is also computed to analyze the numerical results
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Mrozowski, Nicolas. "Mécanismes de propagation de fissure dans un superalliage base nickel polycristallin en régime d’interaction fatigue-fluage-oxydation-vieillissement métallurgique Aging of γ′ precipitates at 750°C in the nickel-based superalloy AD730TM: a thermally or thermo-mechanically controlled process?" Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0010.
Full textAbstract:
Dans un objectif d’optimisation des relations « microstructure-propriétés » des superalliages base nickel γ/γ' utilisés notamment pour la fabrication de disques de turbine, le comportement en propagation de fissure à 750°C a été étudié dans la version polycristalline de l’AD730TM. En particulier, le phénomène de ralentissement de la propagation avec l’augmentation du facteur d’intensité des contraintes ΔK est au coeur de la problématique abordée. Par le biais d’une campagne d’essais de fissuration à 750°C, on met en évidence que ce phénomène apparaît dans des conditions de chargement de fatigue-fluage. L’influence de l’histoire de chargement thermomécanique sur les courbes de vitesse de propagation est analysée en modifiant différents paramètres expérimentaux tels que la microstructure initiale (précipitation γ'), la valeur initiale de ΔK, l’environnement ou les temps de maintien. L’origine du phénomène de ralentissement est alors attribuée aux effets conjoints et « protecteurs » en pointe de fissure de la relaxation des contraintes, de la croissance d’oxydes et du vieillissement métallurgique. Afin d’enrichir les résultats de fissuration, des analyses complémentaires du vieillissement de la précipitation γ' ont été conduites à 750°C. Il en résulte notamment que les cinétiques de vieillissement (grossissement des précipités γ', précipitation de carbures intergranulaires) sont accélérées dans des conditions de chargement cyclique. En outre, le taux de relaxation des contraintes est d’autant plus élevé que la microstructure a vieilliThe 750°C crack propagation behavior in the polycristalline nickel-base superalloy AD730TM is studied. This study falls within the overall objectives of optimizing the “microstructure – mechanical properties” relations in nickel-base superalloys used for example in turbine disks. The deceleration of the crack propagation with the increase in ΔK value is specifically at the core of the PhD thesis work. Via a crack propagation test campaign, this phenomenon is systematically identified when dwell-fatigue loading are performed. The influence of the thermomechanical history of the material in investigated by varying several experimental parameters such as the initial microstructural state (γ’ precipitates), the initial value of ΔK, the environment or the dwell durations. The origin of the deceleration phenomenon is therefore shown to be linked with combined and protective effects of stress relaxation, oxide growth and metallurgical aging at the crack tip. To improve the understanding of the crack propagation results, complementary analysis of the 750°C γ’ precipitates aging is performed. One of the main outcomes is that aging kinetics (γ’ growth, carbide precipitation) are enhanced thanks to a cyclic loading. Besides, the more the microstructure is aged, the higher the stress relaxation rate at 750°C
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Rial, Djihad. "Modélisation tridimensionnelle des flexibles hydroformés et tressés en statique et en fatigue." Electronic Thesis or Diss., Compiègne, 2015. http://www.theses.fr/2015COMP2184.
Full textAbstract:
Dans cette étude, le comportement mécanique des flexibles ondulés est étudié expérimentalement et numériquement. Afin de surmonter l’important coût de calcul, des solutions analytiques de la théorie des coques toriques ont été utilisées pour homogénéiser le comportement global en utilisant des poutres simples à propriétés équivalentes. Ensuite, le modèle analytique proposé a été vérifié en le comparant avec des modèles éléments finis en trois dimensions. Des essais expérimentaux ont été conçus pour étudier l’expansion sous pression et le comportement en flexion de ces structures. Il est démontré que lorsque le modèle est implémenté dans un code d’éléments finis, il donne des résultats acceptables avec une réduction considérable temps de calcul. D’autre part, l’importance de la prise en compte des contraintes résiduelles résultant de l’opération d’hydroformage a été montrée. Cette étude consiste aussi à simuler le comportement des tresses métalliques numériquement en utilisant différentes approches – une approche "micro-échelle" directe avec des éléments solides 3D ou des éléments de poutres pour chaque fil métallique, ainsi que des approches homogénéisées où des éléments finis continus sont utilisés pour représenter soit l’ensemble de la structure qui est le modèle "macro-échelle", soit chaque groupe de fils qui est le modèle "méso-échelle". Ces modèles sont comparés par la suite à des résultats expérimentaux, qui sont: un essai de traction simple et un essai d’expansion sous pression. Une investigation numérique et expérimentale de la tenue en fatigue des flexibles métalliques a été présenté. Des échantillons de flexibles ont été soumis à une série de tests de fatigue lors desquels l’amplitude de chargement mécanique était constante, avec une pression interne continuelle similaire aux conditions de travail. Sachant que ces configurations de chargements génèrent des contraintes (déformations) tridimensionnelles, la durée de vie de la structure a été extraite en termes de nombre de cycles à l’initiation de fissures (perte de pression interne). De plus, un modèle d’éléments finis a été créé en tenant en compte les contraintes résiduelles résultant du procédé d’hydroformage afin d’estimer et de comparer avec l’expérience la durée de vie en fatigue. Cette prédiction a été réalisée à l’aide de différentes approches : une approche contrainte-déformation qui est largement utilisée dans les codes commerciaux, une approche de plan critique, une approche énergétique et une approche basée sur le cumul d’endommagementHydroformed flexible tubes are essential structures used in several industrial sectors such as the automotive sector, the aviation industry or energy production, such as the production of renewable energy in solar thermal energy farms where the panels must both be supplying fluid along and follow the direction of the sun. These structures serve as connecting parts between the rigid parts different mechanisms, primarily used for damping vibrations and acoustic emissions, and, as their name suggests, they also allow flexibility and pressure expansion, which considerably improves the fatigue strength. The mastery and prediction of the mechanical behavior of these structures are very important from a safety point of view and an economic point of view. Indeed, their accidental breakage can cause very serious consequences due to their use in sensitive areas such as the nuclear industry. In this context, this thesis was launched between Compiegne University of Technology and industrial BOA-group to create digital approaches to behavioral predictions and estimating the life braided hoses that take into account extreme conditions (temperature and pressure) and the forming parameters and properties of the materials used. In terms of use, these products are subject to thermomechanical charge-discharge cycles and vibrations can induce complex deformed piping of wear due to friction and damage by fatigue, The purpose of the study is to develop a numerical approach validated by the experience to certify products and improve the design. This approach will allow to estimate the lifetime of braided wavy taking into account: - the initial state of the product after forming and assembly, - thermomechanical stresses, is defined by the specification, or encountered in specific use cases, - vibrations encountered during use in real cases. The expected results are the life of the products from a calculation model of their behavior using the characteristics of the materials and interaction braid / tube
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Cerdan, Florent. "Etude du vieillissement hydrique et des effets de couplages hygro-thermo-mécaniques sur le comportement d'une mousse polyuréthane renforcée par des fibres de verre au sein d'une membrane Mark III." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0028/document.
Full textAbstract:
L’isolation des cuves des méthaniers, utilisant la technologie de membrane MarkIII, est garantie par l’agencement de barrières thermiques réalisées à l’aide de blocs de mousse polyuréthane renforcée. La membrane est dimensionnée pour résister aux diverses sollicitations mécaniques et thermiques de service. De plus, dans le cadre de l’étude de scénarios de sécurité critiques, il doit être démontré que l’occurrence d’un évènement rare de type pénétration d’eau, n’engendre pas de dommages sévères des composants de la membrane.L’objet de ce travail est d’étudier le comportement de la mousse polyuréthanne renforcée par des fibres de verre en immersion afin d’aider à une meilleure compréhension des mécanismes de diffusion et de l’impact de la pénétration de l’eau sur les propriétés du matériau.La mise en place d’essais de sorption à température ambiante, suivant trois conditionnements « libre », « bloqué » et « couplé » a permis d’identifier respectivement une loi de gonflement, une loi de chargement et une loi d’endommagement.En conditionnement « libre », l’architecture cellulaire et les positionnements de fibres de verre dans les plans XY induisent un couplage hygro-mécanique anisotrope. Le gonflement de la direction Z, joue un rôle très important sur les niveaux de solubilité de l’eau.En conditionnement « bloqué », le blocage du déplacement des faces perpendiculaires à la direction Z induit une augmentation du niveau de contrainte interne en fonction de la progression du front de pénétration.En conditionnement « couplé », l’enchaînement d’un vieillissement hydrique et d’un vieillissement cryogénique engendre un endommagement, dont le degré est proportionnel au niveau de gonflement de la structure cellulaire.L’impact de ces différents conditionnements sur la durabilité des propriétés mécaniques du matériau a été évaluéThe insulation of containment membrane of liquid natural gas carrier using the MarkIII membrane system, consists of load-bearing system made of panels in glass fiber reinforced polyurethane foam. The membrane is designed to resist to mechanical and thermal service load cases. As stated by IGC code regulation, and more specifically in some critical safety scenario, it has to be demonstrated that the cargo containment system will keep its integrity and main functions when subjected to water leakage through the inner hull wall (ballast).The challenge of this study is to appreciate the behavior of the reinforced polyurethane foam in immersion, which could widen the understanding of both water diffusion mechanisms and the impact of water penetration on the properties of the material.The setting up of water sorption tests at ambient temperature, according to three conditioning "free", "blocked" and "coupled" has allowed to identify a swelling law, a loading law and a damage law.In "free" conditioning, the cellular structure and the orientation of glass fibers in XY planes induce an anisotropic hygro-mechanical coupling. The swelling of Z direction has an important impact on the water solubility levels.In "blocked" conditioning, the blocking of the displacement of the faces perpendicular to the Z direction induces an increase in the internal stress levels as a function of the progression of the penetration front. In "coupled" conditioning, the sequence of the water aging and the cryogenic aging causes several damages. The damage degree is proportional to the hygroscopic swelling level of the cellular structure.The impact of these different conditionings on the durability of the material mechanical properties has been evaluated
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Do, Xuan Nam. "Localized failure in dynamics for brittle and ductile materials." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2356.
Full textAbstract:
La défaillance des matériaux et structures d'ingénierie peut être considéré comme le résultat d'une interaction complexe entre différents phénomènes physiques tels que la nucléation des cavités, les microfissures, les microvides et d'autres processus irréversibles. Ces micro-défauts se fondent éventuellement en une ou plusieurs macro-fissures conduisant à une diminution de la capacité portante et finalement à une défaillance de la structure considérée. La prévention des défaillances des structures et des composants structurels a toujours été un sujet important et une préoccupation majeure en ingénierie. Cette thèse vise à représenter une défaillance localisée dans des matériaux non linéaires sans dépendance de maillage. Un intérêt particulier sera le cas de l’adoucissement dynamique des déformations. Les phénomènes localisés sont pris en compte en utilisant l'approche des discontinuités embarquées fortes dans laquelle le champ de déplacement est amélioré pour capturer la discontinuité. Sur la base de cette approche, on a d'abord développé un modèle unidimensionnel de barres élasto-plastique capable de représenter une défaillance pour des matériaux ductiles avec un durcissement combiné dans une zone de processus de fracture FPZ et un adoucissement avec des discontinuités fortes encastrées. Les résultats comparant le modèle unidimensionnel proposé aux travaux (semi-) analytiques sont présentés. Il a été démontré que la stratégie proposée offre des solutions indépendantes de maillage. La déformation augmente dans le domaine de l’adoucissement avec une diminution simultanée de la contrainte. Le problème se décharge élastiquement à l'extérieur de la zone d’adoucissement de déformation. L'énergie dissipée se trouve à disparaître. Le modèle a également été comparé à un modèle de dommage unidimensionnel capable de représenter la fracture dynamique de la barre d'endommagementélasto-endommagée dans la zone de traitement de fracture - FPZ et de adoucissement avec de discontinuités fortes encastrées pour trouver un bon accord entre deux modèles. Un modèle d'éléments finis bidimensionnel a été développé, capable de décrire à la fois le mécanisme de dommage diffus accompagné d'un durcissement initial et d'une réponse d’adoucissement ultérieure de la structure. On a analysé les résultats de plusieurs simulations numériques effectuées sur des essais mécaniques classiques sous des charges progressivement croissantes telles que le test Brésilien ou le test de flexion en trois points. Le cadre de dynamique proposé est montré pour augmenter la robustesse de calcul. On a constaté que la direction finale des macro-fissures est assez bien prédite et que l'influence des effets d'inertie sur les solutions obtenues est assez modeste notamment en comparaison entre différentes mailles. Ce modèle bidimensionnel a été étendu plus loin dans le modèle bidimensionnel de discontinuité intégrée en viscodamage pour aider à explorer brièvement la mise en œuvre du schéma de point intermédiaire de second ordre qui peut fournir des résultats améliorés sous limitation de la régularisation visqueuse du modèle de dégâts localisésFailure of engineering materials and structures can be considered as a result of a complex interplay between different physical phenomena such as nucleation of cavities, microcracks,microvoids and other irreversible processes. These micro-defects eventually coalesce into one or more macro-cracks leading to a decrease in the load-bearing capability and finally, to failure of the structure under consideration. Prevention of failure of structures and structural parts has always been a critical subject and a major concern in engineering. This thesis aims to represent localized failure in non linear materials without mesh dependency. Of special interest will be the case of dynamic strain-softening. Localized phenomena are taken into account by using the embedded strong discontinuities approach in which the displacement field is enhanced to capture the discontinuity. Based upon this approach, a one-dimensional model for elasto-plastic bar capable of representing failure for ductile materials with combined hardening in FPZ-fracture process zone and softening with embedded strong discontinuities was first developed. Results comparing the proposed one-dimensional model to (semi-) analytical works are presented. It was shown that the proposed strategy provides mesh independent solutions. Strain increases in the softening domain with a simultaneous decrease of stress. The problem unloads elastically outside the strain softening region. The strain energy is found to vanish. The model was also compared with a one dimensional damage model capable of representing the dynamic fracture for elasto-damage bar with combined hardening in fracture process zone - FPZ and softening with strong embedded discontinuities to find a good agreement between two models. A two-dimensional finite element model was developed, capable of describing both the diffuse damage mechanism accompanied by initial strain hardening and subsequent softening response of the structure. The results of several numerical simulations, performed on classical mechanical tests under slowly increasing loads such as Brazilian test or three-point bending test were analyzed. The proposed dynamics framework is shown to increase computational robustness. It was found that the final direction of macro-cracks is predicted quite well and that influence of inertia effects on the obtained solutions is fairly modest especially in comparison among different meshes. This two-dimensional model was expanded further into the two dimensional continuum viscodamage-embedded discontinuity model to help briefly explore the implementation of the second order mid-point scheme that can provide improved results under limitation of viscous regularization of localized failure damage model
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Audibert, Clément. "Contribution à la caractérisation des mécanismes dissipatifs sous sollicitation d'impact de structures composites sandwichs intégrant des fibres naturelles. Proposition d'une zone d'absorption pour siège pilote." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0030/document.
Full textAbstract:
Ce travail s’inscrit dans la problématique de réduction de masse, de sécurité inhérent au domaine aéronautique, il concerne plus spécifiquement les sièges de pilotes d’avion de ligne. Un nouveau concept d’assise composite sandwich multifonctionnel est proposé. Il est composé d’une peau carbone, d’une âme nid d’abeille Nomex et d’une peau hybride Kevlar/lin. L’assemblage de plusieurs matériaux engendre des comportements parfois complexes et rend difficile la prédiction de la ruine de la structure. Une démarche expérimental/numérique est mise en place pour appréhender l’endommagement de l’assise et ainsi permettre un pré-dimensionnement via un outil numérique.Tout d’abord, des essais de caractérisation permettent d’élaborer les lois de comportement des différents matériaux constituant le sandwich. Le composite hybride présente un comportement élasto-plastique-endommageable-anisotrope. Le nida Nomex est représenté par un réseau de ressort et une loi couplant le comportement en compression et en cisaillement qui est implémentée dans ABAQUS. Des essais d’impacts permettent d’évaluer les modes de rupture et l’énergie dissipée par les concepts d’assises réalisés. Des simulations numériques intégrant les comportements matériaux identifiés sont mises en places pour corréler l’essai d’impact. L’analyse couplée des résultats expérimentaux et numériques permet d’identifier les couplages entre les différents mécanismes. Enfin, le modèle est utilisé pour dimensionner une assise composite qui s’avère sans optimisation fine, comparable à une assise existante en aluminium de l’A350This work is part of the problem of mass reduction, safety inherent in the aeronautical field, it concerns more specifically the seats of pilots of airliner. A new multi-functional sandwich composite seat pan is proposed, composed by a carbon skin, a Nomex honeycomb core and a Kevlar/flax hybrid skin. The assembly of several materials generates complex behaviors and makes the ruin of the structure difficult to predict. An experimental/numerical approach is used to understand the damage mechanism of the seat and to create a pre-dimensioning numerical tool.Firstly, characterization tests allow identifying the mechanical behaviors of each material and constituting a database for the creation of material laws. The hybrid composite shows an elastoplastic-damaging-anisotropic behavior. The honeycomb is represented by a spring network and a law coupling the compression and shear behavior is implemented. Impact tests are used to evaluate the failure modes and the energy dissipated by the different concepts. The impact tests are correlates by numerical simulation using the identified material behaviors. The analysis of the experimental and numerical results makes it possible to identify the coupling between the different mechanisms. Finally, the model is used to design a new composite seat pan. This one is comparable to the existing aluminum seat pan without optimization phase
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Dang, Van Truong. "Etude numérique statistique des champs locaux de contraintes en surface de polycristaux cubiques et hexagonaux en élasticité." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2016. http://www.theses.fr/2016ESMA0003/document.
Full textAbstract:
Les premiers stades d'endommagement par fatigue au sein des matériaux métalliques polycristallins sont pilotés par les champs mécaniques locaux se développant à l'échelle des grains en surface. La formation de bandes de glissement persistantes est souvent à l'origine des fissures de fatigue. Cette localisation de la plasticité cyclique apparaît au sein de grains d'un polycristal dans lequel les champs de contraintes élastiques peuvent être fortement hétérogènes en fonction de la microstructure granulaire et de l'anisotropie élastique cristalline. La majeure partie de ce travail est consacrée à évaluer puis à analyser statistiquement les champs de contraintes au sein des grains de surface de polycristaux. Ce travail s'est concentré sur la réponse élastique des matériaux considérés afin d'étudier l'activation du glissement plastique et sa variabilité, puis, de façon un peu moins directe, ses conséquences vis-à-vis de la formation des fissures de fatigue. La méthodologie retenue est basée sur la simulation numérique en champs complets par éléments-finis de la réponse élastique d'un ensemble d'agrégats polycristallins dont les orientations cristallographiques sont tirées aléatoirement.Deux matériaux très différents du point de vue de l'élasticité cristalline et des systèmes de glissement ont été choisis comme support de l'étude. Le premier est l'acier inoxydable austénitique 316L à structure cubique à faces centrées et le second l'alliage de titane TA6V à structure hexagonale compacte. Les distributions de la cission résolue au sein d'ensembles de grains de surface, par classe d'orientation, sont analysées en relation avec les configurations cristallographiques locales afin d'identifier celles qui favorisent - ou au contraire inhibent - l'activation du glissement plastique. Les résultats obtenus, dans le cas du TA6V, suggèrent notamment une activation plus précoce et importante du glissement basal devant le glissement prismatique. De plus, la stratégie de simulation a été adaptée pour rendre compte de la présence de zones texturées appelées « macrozones » dont l'influence sur l'activation de plasticité peut être qualitativement prédite. L'activation du glissement dans le TA6V est également étudiée expérimentalement par la réalisation d'un essai in situ sous MEB où la précocité du glissement basal est constatée.Cet essai a également permis de caractériser la cinétique d'activation des différents types de glissements. Ces données, couplées aux statistiques des cissions simulées, permettent une estimation de la cission résolue critique sur les 2 types de glissementThe first stages of fatigue damage in metallic polycrystalline materials are governed by local mechanical field at the grain scale. Fatigue crack initiation is often related to the emergence of persistent slip band at surface.Localization of cyclic plasticity occurs within grains of polycristals in which elastic stress field can be highly heterogeneous due to the granular microstructure and crystalline anisotropic elasticity. The main goal of this study is to evaluate and analyse statistically the stress fields in surface grains of polycristals. In this work, the elasticregime only is considered in order to study the subsequent activation of plastic slip and its variability. The possibleconsequences regarding crack formation are also addressed but in a lesser extent. The methodology is based on fullfield finite element numerical simulation of the elastic response of a set of polycrystalline aggregates in which grains orientation is chosen randomly.The two materials chosen for this study exhibit different characteristics regarding crystal elasticity and slip systems.The first one is an austenitic stainless steels 316L (face centered cubic) and the second one a titanium alloy TA6V(hexagonal close packed). The distribution of resolved shear stress within several sets of surface grains, for different classes of crystal orientation, are analysed in relation to local crystallographic configurations in order to identify those which promote - or prevent from - plastic slip activation. For TA6V, the results suggest in particular that basal slip is activated earlier than prismatic slip. In addition, the simulation strategy has been modified tomodel the presence of some sharp band-like crystallographic textures named “macrozones” whose influence has been qualitatively predicted. Plastic slip activation in TA6V is also studied experimentally. In situ tensile test using SEM has shown the earlier activation of basal slip. Experimental data has been combined with simulated distribution of resolved shear stress in order to estimate the critical resolved shear stress of basal and prismatic slip systems
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Stanic, Andjelka. "Solution methods for failure analysis of massive structural elements." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2383/document.
Full textAbstract:
Objectifs de la thèse : l’analyse à rupture de structure de type solides et membranes et la modélisation de la rupture quasi-fragile par la méthode des éléments finis à forte discontinuité en cas de solide 2D. Dans ce travail, la méthode de continuation avec une équation de contrainte quadratique est présentée sous sa forme linéarisée. En présence de ruptures locales, la méthode de continuation standard peut échouer. Afin d’améliorer la performance de cette méthode, nous proposons de nouvelles versions plus sophistiquées qui prennent en compte les ruptures locales des matériaux. D’une part, une version est basée sur une équation supplémentaire adaptative imposant une limitation. Cette version est considérée relativement satisfaisante pour les matériaux adoucissants. D’autres versions sont basées sur le contrôle de la dissipation incrémentale pour les matériaux inélastiques. Plusieurs formulations d’éléments finis à forte discontinuité sont présentées en détails pour l’analyse de rupture quasi-fragile. Les approximations discrètes du champ de déplacement sont basées sur des éléments quadrilatéraux isoparamétriques ou des éléments quadrilatéraux enrichis par la méthode des modes incompatibles. Afin de décrire la formation d’une fissure ainsi que son ouverture, la cinématique de l’élément est enrichie par quatre modes de séparation et des paramètres cinématiques. On a également proposé un nouvel algorithme de repérage de fissure pour l’évaluation de la propagation de la fissure à travers le maillage. Plusieurs exemples numériques sont réalisés afin de montrer la performance de l’élément quadrilatéral à forte discontinuité ainsi que l’algorithme de repérage de fissure proposéThe thesis studies: the methods for failure analysis of solids and structures, and the embedded strong discontinuity finite elements for modelling material failures in quasi brittle 2d solids. As for the failure analysis, the consistently linearized path-following method with quadratic constraint equation is first presented and studied in detail. The derived path-following method can be applied in the nonlinear finite element analysis of solids and structures in order to compute a highly nonlinear solution path. However, when analysing the nonlinear problems with the localized material failures (i.e. materialsoftening), standard path-following methods can fail. For this reason we derived new versions of the pathfollowing method, with other constraint functions, more suited for problems that take into account localized material failures. One version is based on adaptive one-degree-of-freedom constraint equation, which proved to be relatively successful in analysing problems with the material softening that are modelled by the embedded-discontinuity finite elements. The other versions are based on controlling incremental plastic dissipation or plastic work in an inelastic structure. The dissipation due to crack opening and propagation, computed by e.g. embedded discontinuity finite elements, is taken into account. The advantages and disadvantages of the presented path-following methods with different constraint equations are discussed and illustrated on a set of numerical examples. As for the modelling material failures in quasi brittle 2d solids (e.g. concrete), several embedded strong discontinuity finite element formulations are derived and studied. The considered formulations are based either on: (a) classical displacement-based isoparametric quadrilateral finite element or (b) on quadrilateral finite element enhanced with incompatible displacements. In order to describe a crack formation and opening, the element kinematics is enhanced by four basic separation modes and related kinematic parameters. The interpolation functions that describe enhanced kinematics have a jump in displacements along the crack. Two possibilities were studied for deriving the operators in the local equilibrium equations that are responsible for relating the bulk stresses with the tractions in the crack. For the crack embedment, the major-principle-stress criterion was used, which is suitable for the quasi brittle materials. The normal and tangential cohesion tractions in the crack are described by two uncoupled, nonassociative damage-softening constitutive relations. A new crack tracing algorithm is proposed for computation of crack propagation through the mesh. It allows for crack formation in several elements in a single solution increment. Results of a set of numerical examples are provided in order to assess the performance of derived embedded strong discontinuity quadrilateral finite element formulations, the crack tracing algorithm, and the solution methods
Doktorska disertacija obravnava: (i) metode za porušno analizo trdnih teles in konstrukcij, ter (ii) končne elemente z vgrajeno močno nezveznostjo za modeliranje materialne porušitve v kvazi krhkih 2d trdnih telesih. Za porušno analizo smo najprej preučili konsistentno linearizirano metodo sledenja ravnotežne poti skvadratno vezno enačbo (metoda krožnega loka). Metoda omogoča izračun analize nelinearnih modelov, ki imajo izrazito nelinearno ravnotežno pot. Kljub temu standardne metode sledenja poti lahko odpovedo,kadar analiziramo nelinearne probleme z lokalizirano materialno porušitvijo (mehčanje materiala). Zatosmo izpeljali nove različice metode sledenja poti z drugimi veznimi enačbami, ki so bolj primerne zaprobleme z lokalizirano porušitvijo materiala. Ena različica temelji na adaptivni vezni enačbi, pri katerivodimo izbrano prostostno stopnjo. Izkazalo se je, da je metoda relativno uspešna pri analizi problemov zmaterialnim mehčanjem, ki so modelirani s končnimi elementi z vgrajeno nezveznostjo. Druge različicetemeljijo na kontroli plastične disipacije ali plastičnega dela v neelastičnem trdnem telesu ali konstrukciji.Upoštevana je tudi disipacija zaradi širjenja razpok v elementih z vgrajeno nezveznostjo. Prednosti inslabosti predstavljenih metod sledenja ravnotežnih poti z različnimi veznimi enačbami so predstavljeni naštevilnih numeričnih primerih. Za modeliranje porušitve materiala v kvazi krhkih 2d trdnih telesih (npr. betonskih) smo izpeljali različne formulacije končnih elementov z vgrajeno močno nezveznostjo v pomikih. Obravnavane formulacije temeljijo bodisi (a) na klasičnem izoparametričnem štirikotnem končnem elementu bodisi (b) na štirikotnem končnem elementu, ki je izboljšan z nekompatibilnimi oblikami za pomike. Nastanek in širjenje razpoke opišemo tako, da kinematiko v elementu dopolnimo s štirimi osnovnimi oblikami širjenja razpoke in pripadajočimi kinematičnimi parametri. Interpolacijske funkcije, ki opisujejo izboljšano kinematiko, zajemajo skoke v pomikih vzdolž razpoke. Obravnavali smo dva načina izpeljave operatorjev, ki nastopajo v lokalni ravnotežni enačbi in povezujejo napetosti v končnem elementu z napetostmi na vgrajeni nezveznosti. Kriterij za vstavitev nezveznosti (razpoke) temelji na kriteriju največje glavne napetosti in je primeren za krhke materiale. Normalne in tangentne kohezijske napetosti v razpoki opišemo z dvema nepovezanima, poškodbenima konstitutivnima zakonoma za mehčanje. Predlagamo novi algoritem za sledenje razpoki za izračun širjenja razpoke v mreži končnih elementov. Algoritem omogoča formacijo razpok v več končnih elementih v enem obtežnem koraku. Izračunali smo številne numerične primere, da bi ocenili delovanje izpeljanih formulacij štirikotnih končnih elementov z vgrajeno nezveznostjo in algoritma za sledenje razpoki kot tudi delovanje metod sledenja ravnotežnih poti
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Yu, Xiaoyang. "Dynamic acoustic emission for the characterization of the nonlinear behavior of complex materials." Thesis, Le Mans, 2020. http://www.theses.fr/2020LEMA1019.
Full textAbstract:
L’émission acoustique (EA) est reconnue pour être une technique efficace de surveillance de la santé des structures permettant de détecter la création et la propagation de microfissures dans les matériaux structuraux tels que le béton ou les composites lorsqu'ils sont soumis à des contraintes quasi-statiques. Sur la base de méthodes de traitement de signaux adéquates, différentes études ont établi des liens entre les salves d’EA et les micro-dommages créés. D'autres travaux ont montré qu'il est possible de corréler le temps de relaxation des composites et l'énergie des mécanismes d'endommagement mesurée durant la charge quasi-statique en utilisant les salves d’EA enregistrées. Cette thèse propose d'utiliser un protocole expérimental original pour détecter la relaxation non-linéaire d'échantillons de bétons à l'état intact et endommagés. Ce protocole est basé sur l'utilisation de l’EA pour capter passivement la relaxation non-linéaire d'échantillons de bétons au lieu du signal de faible amplitude habituellement utilisé dans les expériences de dynamique lente. Les résultats montrent que les méthodes de détection passives et actives conduisent à des temps de relaxation équivalents. De plus, le capteur d’EA révèle l’existence d’une ‘période de silence’ pendant les premières minutes de la relaxation non-linéaire après laquelle les salves d’EA commencent à être détectées. De plus, les caractéristiques des salves d’EA enregistrées pendant la relaxation passive ont montré une nette ressemblance avec celles obtenues lors de l'endommagement des mêmes échantillons, où des mécanismes de cisaillement et de compression sont impliqués. Enfin, nous notons qu’en plus de l'utilisation d'une approche de reconnaissance des formes non- supervisée pour la classification des salves d’EA, ce travail propose une nouvelle approche de classification des signaux d’EA basé sur l’image de la représentation en ondelettes continue (CWT) et le réseau de neurones convolutifs (CNN). Les résultats liés aux données d’EA dynamiques non-linéaires et quasi-statiques montrent que les deux approches de traitement du signal ont une grande précision de classification, ce qui représente un intérêt certain pour le développement de méthodes d’EA dynamiques en présence de microfissuresAcoustic emission (AE) is well known to be an efficient structural health monitoring technique to detect the creation and propagation of micro-cracks within structural materials such as concrete or composites when submitted to quasi-static stresses. Based on adequate signal processing methods, different research studies have established links between the detected AE hits and the created micro-damages. Other works have shown that it is possible to correlate the relaxation time in composites and the energy of the damage mechanisms measured during the quasi-static loading using the recorded AE hits. This thesis proposes to use an original experimental protocol to probe the nonlinear relaxation of concrete samples at the intact and damaged states. This protocol is based on the use of AE to passively probe the nonlinear relaxation of concrete samples instead of the weak amplitude signal usually used in slow dynamics experiments. Results show that passive and active probing methods lead to equivalent relaxation times. Furthermore, AE probing reveals the existence of a ‘silence period’ during the first minutes of the nonlinear relaxation after which AE hits start to be detected. In addition, the characteristics of AE hits recorded during the passive relaxation showed a clear resemblance to those obtained during the damaging of the same samples, where shear and compression mechanisms are involved. For the clustering of the AE hits, in addition to use of an unsupervised pattern recognition approach to cluster the detected AE hits, this work proposes a novel ‘image- based AE classification’ approach based on continuous wavelet transform (CWT) and convolutional neural network (CNN). Results related to the nonlinear dynamic and quasi-static AE data show that both signal processing approaches have high classification accuracy, which represents a great interest in the development of dynamic AE methods in the presence of micro-cracks
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Zinszner, Jean-Luc. "Identification des paramètres matériau gouvernant les performances de céramiques à blindage." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0337/document.
Full textAbstract:
Les céramiques sont couramment utilisées depuis les années 1960 comme matériaux constitutifs de blindages. En effet, grâce à leurs très bonnes propriétés physiques et mécaniques, elles permettent, pour un même niveau de protection, un gain de masse important par rapport aux blindages métalliques. Cependant, la microstructure d’une céramique peut avoir une forte influence sur sa résistance à l’impact. Le but de cette thèse est, à partir d’essais de caractérisation et en se basant sur l’utilisation de quatre nuances de carbure de silicium présentant des microstructures différentes, d’éclaircir les liens entre microstructure et performance à l’impact. Les campagnes expérimentales de compression dynamique et d’écaillage sont basées sur une utilisation innovante du moyen GEPI installé au CEA Gramat. Pour l’étude du comportement en compression dynamique des céramiques, il a permis d’utiliser la technique d’analyse lagrangienne et ainsi de remonter à l’évolution de la résistance des matériaux au cours du chargement. Pour les essais d’écaillage, il a permis, entre autres, une étude de la sensibilité à la vitesse de déformation de la résistance en traction dynamique. La caractérisation de la fragmentation dynamique est quant à elle basée sur des essais d’impact sur la tranche. Un essai innovant d’impact sur céramique préalablement fragmentée a également été dimensionné et réalisé. Ces différents essais expérimentaux ont permis de mettre en évidence et de comprendre l’influence de la microstructure du matériau sur son comportement face aux différents types de sollicitations. L’ensemble des résultats expérimentaux a été comparé à des simulations numériques permettant de valider les lois de comportement utilisées. Le modèle de fragmentation des matériaux fragiles DFH (Denoual-Forquin-Hild) a ainsi montré de très bonnes capacités à simuler le comportement des céramiques sous chargement de traction dynamique (écaillage et fragmentation)Since the sixties, ceramics are commonly used as armour materials. Indeed, thanks to their interesting physical and mechanical properties, they allow a significant weight benefit in comparison to monolithic steel plate armours. However, the microstructure of the ceramic may have a strong influence on its penetration resistance. Based on characterisation tests and on the use of four silicon carbide grades, this work aims to highlight the links between the microstructure and the ballistic efficiency. Experimental compressive and spalling tests are based on the use of the GEPI device. For studying the compressive dynamic behaviour, it allows using the lagrangian analysis method and characterising the yield strength of the material. For studying the tensile dynamic behaviour, it allows assessing the strain-rate sensitivity of the spall strength. An analysis of the fragmentation process is performed based on Edge-On Impact tests. Moreover, an innovating impact test on fragmented ceramics has been designed and performed. The different experimental results allow a better understanding of the influence of the ceramic microstructure on its behaviour under the different loadings. All the experimental data have been compared to numerical results allowing validating the constitutive models. The DFH (Denoual-Forquin-Hild) damage model of brittle materials showed very good capacities to simulate the tensile dynamic behaviour of ceramics (spalling and fragmentation)
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Vu, Anh Thang. "Endommagement de stratifiés aéronautiques à fibres de carbone et matrice polymère soumis à des chargements monotones ou cycliques à plusieurs températures. Expériences et modélisation." Phd thesis, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00523580.
Full textAbstract:
L'objectif principal de ce travail est d'étudier la cinétique d'endommagement par multifissuration matricielle de stratifiés croisés [0m/90n]S, carbone/époxyde IM7/977-2 ou IMS/M21 utilisés dans l'industrie aéronautiques, à partir d'essais de traction sous chargement monotone et de fatigue, à plusieurs températures. L'évolution de la densité de fissures dans des stratifiés [0m/90n]S sous chargement monotone est étudiée expérimentalement puis décrite par un critère énergétique faisant intervenir l'énergie de rupture. Plusieurs expressions du taux de restitution d'énergie ont été comparés pour obtenir une bonne évaluation de l'énergie de rupture en fonction de la densité de fissures. L'influence du délaminage et de la température sur les courbes de fissuration a aussi été considérée. Pour le composite IM7/977-2, l'influence de la température est décrite au moyen du principe de superposition temps-température, en cherchant à construire des courbes maîtresses d'iso-endommagement. Un passage de l'étude de la fissuration sous chargement monotone à l'étude de la fissuration progressive sous chargement de fatigue a été étudié. Une étude expérimentale et une simulation de l'évolution de la densité de fissures transverses en fonction du nombre de cycles sont présentées. Dans le critère de fissuration, une loi de dégradation de l'énergie de rupture en fatigue du matériau qui repose sur une génération de l'hypothèse simple de Vinogradov concernant la forme des courbes S-N de première fissuration et qui prend en compte l'effet de courbe «R» a été utilisée.