Dissertations / Theses: 'Mécanique mésoscopique'

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Jenkinson, William. "Simulation de la mécanique mésoscopique des aliments par méthodes de particules lagrangiennes." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASB047.

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Abstract:

Le rôle des mécanismes mésoscopiques dans le traitement et la conception des aliments est encore mal compris, notamment pour la transformation orale et la perception de la texture. Malgré le développement de la physique de la matière molle, les scientifiques peinent encore à relier les comportements micro-, méso- et macroscopiques par des simulations. Cette thèse se concentre sur les simulations mécaniques, excluant les effets thermiques, chimiques et physico-chimiques, pour explorer le comportement des aliments à l'échelle mésoscopique. Nous avons développé une approche de simulation dans LAMMPS combinant des implémentations de "smoothed-particle hydrodynamics" (SPH) pour les liquides et les solides élastiques. Cette approche a été validée pour des scénarios comme l'écoulement de Couette et la déformation des granules. Les résultats démontrent l'efficacité de l'approche pour capter la dynamique des structures alimentaires et leurs interactions avec des papilles et des cils ; offrant de nouvelles perspectives sur la perception de la texture. L'étude met aussi en évidence l'impact de l'élasticité des granules et de leur fraction volumique sur les propriétés d'écoulement. Ce travail, centré sur la mécanique, reste ouvert à l'intégration future de processus thermiques, chimiques et biologiques dans les modèles alimentaires. Les recherches futures viseront à intégrer plus de physiques et à rendre les outils de simulation plus accessibles aux ingénieurs, pour favoriser les applications pratiques en science des aliments
The role of mesoscopic mechanics in food processing and design is not well understood, particularly for oral processing and texture perception. Despite the recognized importance of soft matter, the food science community has struggled to bridge the gap between micro-, meso-, and macro-scale behaviours using simulations. This thesis addresses this challenge by focusing on mechanical simulations, excluding thermal, chemical and physicochemical effects, to explore food behaviour at the mesoscopic scale. We have developed a simulation framework within the LAMMPS environment, combining smoothed-particle hydrodynamics (SPH) implementations for liquids and elastic solids. We validated the framework across scenarios such as Couette flow and deformation of granules in a flow. The results show the framework's effectiveness in capturing food structure dynamics and interactions with cilia and papillae and offer new insights into texture perception and hydrodynamics. The study also highlights how granule elasticity and volume fraction impact flow properties and their eventual role in texture perception. This work focuses on mechanics while deliberately remaining flexible enough to integrate mechanical, thermal, chemical, and biological processes in future food science models. Proposed future research includes strategies to integrate more physics and scales and efforts to improve the accessibility of simulation tools for engineers, advancing practical applications in food science

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Noyel, Jean-Philippe. "Analyse de l’initiation de fissures en fatigue de contact : Approche mésoscopique." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0126/document.

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Abstract:

La fatigue de contact est un des modes de défaillance prédominants des composants tels que les engrenages ou les roulements. Les mécanismes d’initiation de fissures associés à ce mode de défaillance sont fortement liés à la microstructure du matériau. Cependant, la plupart des modèles utilisés pour prédire la durée de vie se situent à l’échelle macroscopique. Un modèle basé sur une représentation de type Voronoi des grains (échelle mésoscopique) est développé afin d’analyser les mécanismes d’initiation. Le concept d’endommagement est appliqué aux joints de grain modélisés par la méthode des zones cohésives. L’objectif de ce modèle est (i) de contribuer à une meilleure compréhension de l’influence de paramètres tels que ceux liés aux conditions de contact (rugosité, lubrification) ou aux matériaux (présence d’inclusions ou gradients de propriétés et contraintes résiduelles générés par les traitements de surface…) sur les mécanismes d’initiation et (ii) de fournir une estimation de la durée de vie jusqu’à cette initiation. Un premier modèle 2D isotrope a permis de mettre en place l’approche proposée et d’analyser le comportement numérique des éléments cohésifs : influence de la valeur des raideurs cohésives et apparition de singularités aux jonctions triples. Cette singularité semble inévitable, mais l’approche consistant à considérer le joint de grain comme une unique entité, et donc à utiliser des valeurs moyennes le long du joint de grain permet de s’affranchir de cette singularité. La représentativité du modèle a ensuite été améliorée par la modélisation de l’anisotropie cristalline. Un modèle de type élasticité cubique a été utilisé pour modéliser le comportement des grains. Enfin, une analyse approfondie de l’application du concept d’endommagement aux joints de grains a permis de proposer une nouvelle formulation entraînant une influence plus réaliste de cet endommagement sur le cisaillement intergranulaire et conduisant à une durée de vie estimée (apparition des premières micro-fissures) d’un ordre de grandeur comparable à celles données par l’expérience
Contact fatigue is the predominant mode of failure of components subjected to a repeated contact pressure, like rolling element bearings or gears. This phenomenon is known as rolling contact fatigue (RCF). A large number of models have been developed to predict RCF, but there is today no complete predictive life model, and understanding RCF failure mechanism remains a significant challenge. RCF failure mechanisms are known to be very sensitive to a large number of parameters linked to contact conditions (roughness, lubrication) or materials (inclusions, gradients properties, residual stresses…). To improve knowledge about the influence of these parameters on failure mechanisms and life, a numerical model is developed to simulate the progressive damage of a component subject to rolling contact fatigue. Mechanisms associated with the initiation stage of failure process are located at a scale lower than the macroscopic scale. The proposed approach is to develop a grain level model (mesoscopic scale) in order to focus on initiation mechanisms. A Voronoi tessellation is used to represent the material microstructure. The progressive deterioration is simulated by applying the concept of damage mechanics at grain boundaries represented by cohesive elements. This approach has been first applied to a 2D isotropic model. The numerical behaviour of cohesive elements has been investigated: the influence of cohesive stiffness has been analysed and singularities at the triple junctions has been highlighted. The representativeness of the original model was improved by modelling crystal anisotropy. A cubic elasticity model was used to represent the behaviour of grains. Finally, a thorough analysis of the application of the damage concept at grain boundaries highlighted that the initial formulation results in a very low influence of the damage on the intergranular shear stress. A new formulation leading to a direct influence of the damage on the intergranular shear stress has been proposed. This new formulation has resulted in (i) a change in the distribution of micro-cracks, with coalescence between the different micro-cracks, and (ii) a large increase in the RCF life estimated by the model. The order of magnitude of the number of cycles corresponding to the first micro-cracks is comparable to that given by experiments

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Doitrand, Aurélien. "Endommagement à l'échelle mésoscopique et son influence sur la tenue mécanique des matériaux composites tissés." Thesis, Brest, 2016. http://www.theses.fr/2016BRES0077/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la modélisation multi-échelle des matériaux composites à renfort tissé dans le but de prévoir leur comportement mécanique et leur tenue. Les objectifs de cette étude sont de caractériser et de modéliser de manière discrète les mécanismes d’endommagement à l’échelle mésoscopique (échelle du renfort de fibres) afin d’évaluer leur influence sur le comportement mécanique macroscopique des matériaux composites tissés. La démarche adoptée consiste tout d’abord à caractériser expérimentalement les mécanismes d’endommagement d’un matériau composite tissé à renfort de fibres de verre et matrice époxy. Les mécanismes observés sont des fissures intra-toron et des décohésions inter-torons en pointe de fissure. Afin de modéliser ces mécanismes d’endommagement, une géométrie représentative du composite, obtenue par simulation du procédé de compaction du renfort, et un maillage conforme de cette géométrie sont choisis. Les fissures et les décohésions sont modélisées de manière discrète dans le maillage à éléments finis de la cellule élémentaire représentative du composite. L’amorçage des endommagements dans le composite est déterminé en utilisant un critère couplant une condition en contrainte et une condition en énergie. La propagation de ces endommagements dans le matériau est évaluée à l’aide d’une approche basée sur la mécanique de la rupture incrémentale. L’approche proposée permet de prévoir l’amorçage et la propagation des endommagements en prenant en compte les possibles couplages entre les endommagements, et de faire le lien entre les endommagements observés à l’échelle mésoscopique et le comportement mécanique macroscopique du matériau
The topic of this PhD thesis is multi-scale modeling of woven composites with the aim of predicting their mechanical behavior and strength. The objectives of the presented work are the experimental characterization and numerical modeling of damage at the mesoscopic scale (scale of the reinforcing fabric) in order to evaluate its influence on the macroscopic mechanical behavior of woven composites. First, the characteristic damage mechanisms of a woven composite made of glass fibers and epoxy matrix are determined experimentally. Intra-yarn cracks and decohesions between yarns at the crack tips are observed. In order to model these damage mechanisms at the mesoscopic scale, a geometry representative of the composite, obtained from numerical simulation of the dry fabric compaction, and a conformal mesh of this geometry have been selected. Discrete cracks and decohesions are inserted into the finite element mesh of the composite unit cell. Crack initiation is studied using a coupled criterion based on both a stress and an energy condition. The propagation of cracks and decohesions is modeled using a method based on Finite Fracture Mechanics. The proposed approach allows evaluating of the influence of the damage mechanisms observed at the mesoscopic scale on the macroscopic mechanical behavior of the studied material

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Ibergay, Cyrille. "Simulation mésoscopique de polyélectrolytes aux interfaces." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00724510.

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Abstract:

Une brosse de polyélectrolytes est constituée par des chaînes de polymères chargées greffées sur une surface. Le but de cette thèse est d'étudier par simulation mésoscopique (dynamique des particules dissipatives, DPD) les facteurs qui influencent les propriétés rhéologiques du système. Les interactions électrostatiques ont été incorporées dans la version initiale de la méthode DPD selon deux techniques (Ewald et PPPM). Les dépendances de la hauteur de brosse en fonction de la fraction de charge, de la densité de greffage et de la concentration en sels, calculées par la méthode DPD, suivent le régime de brosse osmotique non linéaire. L'interaction entre deux brosses en interaction a également été modélisée dans l'ensemble Grand Canonique. Les simulations ont démontré que l'interpénétration entre les deux brosses en interaction diminuent avec la fraction de charge. L'étude de ce système sous cisaillement a permis de démontrer que les forces de friction de brosses polyélectrolytes étaient inférieures à celles de brosses neutres à partir d'une certaine distance de séparation entre les deux surfaces greffées.

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Ibergay, Cyrille. "Simulation mésoscopique de polyélectrolytes aux interfaces." Phd thesis, Clermont-Ferrand 2, 2009. http://www.theses.fr/2009CLF21999.

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Abstract:

Une brosse de polyélectrolytes est constituée par des chaînes de polymères chargées greffées sur une surface. Le but de cette thèse est d'étudier par simulation mésoscopique (dynamique des particules dissipatives, DPD) les facteurs qui influencent les propriétés rhéologiques du système. Les interactions électrostatiques ont été incorporées dans la version initiale de la méthode DPD selon deux techniques (Ewald et PPPM). Les dépendances de la hauteur de brosse en fonction de la fraction de charge, de la densité de greffage et de la concentration en sels, calculées par la méthode DPD, suivent le régime de brosse osmotique non linéaire. L'interaction entre deux brosses en interaction a également été modélisée dans l'ensemble Grand Canonique. Les simulations ont démontré que l'interpénétration entre les deux brosses en interaction diminuent avec la fraction de charge. L'étude de ce système sous cisaillement a permis de démontrer que les forces de friction de brosses polyélectrolytes étaient inférieures à celles de brosses neutres à partir d'une certaine distance de séparation entre les deux surfaces greffées

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Badel, Pierre. "Analyse mésoscopique du comportement mécanique des renforts tissés de composites utilisant la tomographie aux rayons X." Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0085/these.pdf.

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Abstract:

La mise en forme de renforts tissés de composites par le procédé RTM mène à des déformations importantes, en particulier pour les géométries à double courbure. La connaissance du comportement mécanique des renforts et de leurs géométries mésoscopiques déformées est nécessaire dans de multiples applications. Une analyse mécanique à l’échelle mésoscopique des déformations de renforts tissés est proposée. Elle inclue un modèle de comportement hypo-élastique continu, isotrope transverse, spécifique au comportement d’une mèche. La dérivée objective associée est basée sur la rotation de la direction des fibres. Dans le plan transverse aux fibres, les contributions sphériques et déviatoriques sont découplées. La tomographie aux rayons X est utilisée pour obtenir les géométries expérimentales non déformées et déformées des renforts tissés. Les simulations réalisées sur un volume élémentaire représentatif sont validées à la fois à partir d’essais mécaniques et de ces images de tomographie
The preforming stage of the RTM composite manufacturing process leads to fibrous reinforcement deformations which may be very large especially for double curvature shapes. The knowledge of the mechanical behavior of the reinforcements and their mesoscopic deformed geometry is necessary for various applications. A simulation method for woven composite fabric deformation at mesoscopic scale is presented. A specific continuum hypo-elastic constitutive model is proposed for the yarn behavior. The associated objective derivative is based on the fiber rotation. Spherical and deviatoric parts of the transverse behavior are uncoupled. X-ray tomography is used to obtain experimental undeformed and deformed 3D geometries of the textile reinforcements. The simulations performed on representative elementary volume are validated based on mechanical experimental tests and tomography images for the geometry

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Magno, Massimo. "Modèle mécanique du comportement de structures souples aux échelles mésoscopique et macroscopique : application aux matériaux fibreux." Mulhouse, 1999. http://www.theses.fr/1999MULH0554.

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Abstract:

Les mesures des coefficients de Poisson dans les tissus font apparaître des valeurs différentes à celles du domaine classique [0;0. 5]. Ce comportement hors normes est dû aux interactions mutuelles des trames et des chaînes : la désondulation d'une trame s'accompagne d'une augmentation d'ondulation de la chaîne qui lui est perpendiculaire. Une analyse micromécanique du tissu conduit à l'établissement d'un modèle micropolaire continu à partir d'une matrice discrète de poutres. Dans ces modèles, les ondulations des trames sont représentées par une microrotation fournissant un degré de liberté de rotation supplémentaire dans le champ de déplacement. Si l'on considère des contraintes ainsi que des rotations importantes, les lois constitutives du modèle peuvent décrire la courbe de traction unidirectionnelle observée sur un tissu. La première partie concerne la modélisation des poutres ondulées dans le plan ainsi que des plaques à travers le lemma de la Stroboscopy ; on y effectue le passage d'un modèle mécanique discret à une limite continue. L'un des phénomènes étudiés est celui du flambement des poutres, en particulier lorsqu'elles sont ondulées. La deuxième partie concerne l'étude des structures textiles à l'échelle mésoscopique et successivement dans des contextes de petites et grandes transformations macroscopiques. Pour la modélisation à l'échelle mésoscopique on considère un modèle dissipatif du tissu ; La cinématique micropolaire non-linéaire et les transformations correspondantes sont abordées par la suite. Dans le domaine macroscopique, on propose la coque micropolaire comme modèle généralisé des structures tissées. Les concept de coques faiblement ou fortement courbées sont élaborés pour décrire le comportement du tissu. Un modèle est obtenu pour du tissu de faible épaisseur.

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Bondarenko, Dmitry. "Étude mésoscopique de l’interaction mécanique outil/pièce et contribution sur le comportement dynamique du système usinant." Grenoble INPG, 2010. https://theses.hal.science/tel-00580878.

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Abstract:

Le talonnage apparaît fréquemment en usinage. Il a une forte influence sur la qualité de l'usinage, la durée de vie de l'outil et aussi sur la stabilité du système usinant. Ce phénomène est toujours lié à la coupe et donc difficile à modéliser. Les différents modèles de talonnage proposés dans la littérature ne sont pas faciles à recaler expérimentalement. De plus ces modèles ne sont pas toujours faciles à exploiter pour modéliser et prédire la stabilité du système usinant. Dans ce travail de thèse, nous avons développé un nouveau modèle effort de talonnage et proposé une démarche expérimentale permettant de recaler ce modèle et le modèle effort de coupe associé. Ces modèles d'efforts avec le modèle du comportement dynamique du système usinant et le modèle de formation de la surface usinée nous ont permis de réaliser la simulation numérique du comportement du système usinant et évaluer l'impact du talonnage et de l'indentation sur l'amortissement du système usinant
The ploughing effect appears frequently in machining. It influences the quality of machined surface, tool life and dynamical behavior of machining system. But modeling of ploughing is difficult as it is always coupled with the cutting effect. Nevertheless there could be found different ploughing models in scientific literature. But their correlation with experimental data is not easy and mostly of them is not adapted to the dynamical analysis of machining system. In the thesis we developed a new ploughing force model and proposed a methodology for its correlation with experimentation. This methodology was also validated for associated cutting force model. The ploughing and cutting force models with a dynamical model of machining system and kinematic model of surface formation were used in evaluation of impact of ploughing and extrusion effects on the dynamical behavior of machining system. The associated damping model was proposed

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De, Sa Caroline. "Etude hydro-mécanique et thermo-mécanique du béton : influence des gradients et des incompatibilités de déformation." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00279849.

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Abstract:

Lorsqu'une structure en béton est soumise à des sollicitations du type séchage ou hautes températures, différents mécanismes interviennent aux différentes échelles d'étude possibles de ce matériau, induisant le comportement global de la structure. Deux mécanismes sont ici distingués : les gradients (hydriques ou thermiques) à l'échelle macroscopique et les incompatibilités de déformations pâte de ciment/granulat à l'échelle mésoscopique. Les travaux présentés visent à déterminer l'effet de ces deux mécanismes. Les simulations réalisées sur le logiciel aux Eléments Finis Cast3M montrent ainsi l'apport d' "essais virtuels" en complément des expériences réelles pour permettre la séparation et la quantification des différents mécanismes intervenant dans la dégradation des propriétés mécaniques. Ces travaux s'appuient sur l'association des deux approches mésoscopique et macroscopique, utilisant deux maillages différents, homogène (considérant une phase unique, le béton) et hétérogène (considérant les deux phases pâte de ciment et granulats). L'influence du modèle mécanique adopté lors des simulations sur l'endommagement et la chute des propriétés mécaniques est également étudié.

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Siv, Easeng. "Étude expérimentale mésoscopique de la migration des interfaces dans le cuivre polycristallin." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2019. http://www.theses.fr/2019USPCD031.

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Abstract:

Un polycristal est constitué par un agglomérat de monocristaux micrométriques accolés les uns aux autres. L’interface entre deux monocristaux tournés constitue un joint de grains (JdG). Les JdGs jouent un rôle important dans le comportement plastique des matériaux cristallins. Sous certaines conditions de traitement thermique (TT) ou de thermomécanique (TM), les JdGs peuvent migrer et font évoluer profondément les microstructures. Ces phénomènes anciens restent toutefois mal connus et il n’existe pas de modèle quantitatif décrivant la migration. Dans ce contexte, nous avons étudié expérimentalement la migration des JdGs dans deux nuances de cuivre électrolytique de même pureté. L’un livré sous la forme d’une tôle obtenue par le laminage à froid suivi d’un recuit continu à 700°C (que l’on nommera cuivre I), est recristallisé. L’autre, fourni sous forme de cylindre (cuivre II) est partiellement recristallisé. Un traitement thermique initial permet d’obtenir un état de référence puis différents TT et TM sont effectués afin d’étudier la migration des joints.Nous recherchons les conditions de l’écrouissage critique (croissance de grains lors de recuit sans germination après très faible déformation plastique) afin d’observer la migration induite par déformation (Strain Induced Boundary Migration SIBM). Le déplacement de JdG par ce mécanisme a été observé in-situ sous le MEB. Une technique de mesure combinée EBSD et AFM est utilisé pour suivre de manière quantitative les évolutions microstructurales et évaluer les différentes forces motrices en présence. Le déplacement des JdGs est quantifié précisément grâce aux phénomènes de gravure thermique et l’existence de points fixes dans les clichées EBSD. L’énergie stockée, associée aux microstructures de dislocations dans chaque grain a été estimée par deux méthodes, la mesure de la désorientation locale à l’aide de cartographie de KAM et la simulation par modèle de Taylor relâché incluant un modèle de plasticité cristalline justifié physiquement et incluant une restauration isotrope ou anisotrope. La courbure des JdGs, 2nde force motrice en présence, est évaluée à partir des contours des JdGs expérimentaux. Un diagramme de migration a été tracé en fonction des déplacements de JdGs liant à l’énergie de courbure de JdG et à la différence d’énergie stockée. Il ressort des différences significative avec le comportement du polycristal d’Al, notamment liées à la différence d’énergie de faute d’empilement et l’existence de nombreuse macles. Le joint triple semble fortement influer le déplacement des JdGs qui a été étudié statistiquement pour le cuivre I à l’aide de donnée EBSD
A polycrystal is made up of an agglomerate of micrometric single crystals adjoining each other. The interface between two rotated single crystals forms a grain boundary (GB). GBs play an important role in the plastic behaviour of crystalline materials. Under certain conditions of heat (HT) or thermomechanical (TT) treatments, GBs can migrate and cause microstructures to evolve radically. However, these ancient phenomena remain poorly understood and there is no quantitative model describing migration. In this context, we experimentally studied the migration of GB in two grades of electrolytic copper of the same purity. One is delivered in the form of a sheet obtained by cold rolling followed by continuous annealing at 700°C (called copper I), and is recrystallized. The other, supplied as a cylinder (copper II), is partially recrystallized. An initial heat treatment allows to obtain a reference state then different HT and TM are carried out in order to study the migration of the grains boundaries.Our interest lies in the conditions of critical strain hardening (grain growth during germination-free annealing after very low plastic deformation) in order to observe strain-induced migration (Strain Induced Boundary Migration SIBM). The displacement of GB by the mechanism was observed in-situ in SEM. A combined EBSD and AFM measurement technique is used to quantitatively monitor microstructural changes and evaluate the different driving forces involved. The displacement of the GB is precisely quantified thanks to the phenomenon of thermal etching and the existence of stationary points in the EBSD pictures. The stored energy, associated with the dislocation microstructures in each grain, was estimated by two methods, the measurement of local disorientation using KAM mapping and the simulation by a relaxed Taylor model including a physically justified crystal plasticity law and accounting for an isotropic or anisotropic restoration. The curvature of GBs, the 2nd driving force involved, is evaluated from the observed contours of GBs. A migration diagram is drawn and represents the displacements of GBs as a function of estimates of the curvature energy of GB and the difference in stored energy. Significant differences with the behavior of Al polycrystals are noted, certainly due to the difference in stacking fault energy and the existence of numerous twins. From our statistical analysis of copper I using EBSD data, triple junctions seem to strongly influence the migration of GBs

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Gatouillat, Sébastien. "Approche mésoscopique pour la mise en forme des renforts tissés de composites." Lyon, INSA, 2010. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2010ISAL0121/these.pdf.

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Abstract:

La simulation de la mise en forme des renforts tissés permet d'étudier les conditions de faisabilité d'une telle opération en limitant les essais expérimentaux et donc les coûts de développement. La simulation permet d'accéder à des informations telles que la position des fibres après formage et leur état de déformation ainsi que de prédire l'apparition de défauts (plissements, détissages, rupture de fibres/mèches). La définition du comportement mécanique des tissus, nécessaire à ces simulations, peut se faire à différentes échelles. Seuls les modèles définis à l'échelle macroscopique permettent à l'heure actuelle d'effectuer ce type de simulations. Les modèles aux échelles inférieures permettent alors de définir le comportement macroscopique d'un renfort à partir de l'assemblage de ses constituants élémentaires. Le passage méso/macro (ou micro/macro) s'accompagne dans ce cas d'une perte d'information liée au passage d'une description discrète à une description continue. Le modèle que nous proposons consiste en une description à l'échelle mésoscopique des renforts permettant la simulation de pièces à l'échelle macroscopique. Cela est rendu possible par une simplification de la description mésoscopique grâce l'utilisation d'éléments de coques. Un modèle de comportement hypoélastique spécifique à la mèche est alors considéré. En particulier, la direction des fibres est strictement suivie et un comportement élastique non linéaire permettant de prendre en compte la compaction transverse est défini. L'identification et la validation du modèle sont effectuées grâce aux essais usuels de caractérisation des renforts. Outre le fait de décrire correctement le comportement en cisaillement des tissus, le modèle permet de prédire les plissements et les détissages de mèches. Des simulations de mise en forme illustrent ces capacités
Woven reinforcements forming simulation allows studying feasibility conditions of such processes limiting experimental tests and therefore development costs. Simulation allows accessing to information such as fibre positions after forming and their deformation state as well as predicting the onset of defects (wrinkles, yarns sliding, fibre/yarn fracture). The definition of the fabric mechanical behaviour necessary for these simulations can be done at different scales. Today only the macroscopic scale allows simulations of forming processes. Models at lower scales then allow to define the macroscopic behaviour of reinforcement from the assembly of their elementary components. The meso/macro (or micro/macro) transition is accompanied by an information loss due to the transition from a discrete description to a continuous one. The proposed model consist in a mesoscopic description of the reinforcement allowing the simulation of forming processes at the macroscopic scale. This is possible thanks to a simplification of the description by using shell elements. A hypoelastic behaviour specific of the yarn is then considered. In particular, fibre direction is strictly tracked and a non linear elastic behaviour is defined, allowing the consideration of the transverse compaction of the yarn. Identification and validation of the model are done using classical characterisation tests. In addition to a good description of the shearing behaviour of fabrics, the model allows the prediction of wrinkles and yarns sliding. Forming simulations illustrate these capabilities

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Wendling-Hivet, Audrey. "Simulation à l'échelle mésoscopique de la mise en forme de renforts de composites tissés." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0079.

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Abstract:

De nos jours, l’intégration de pièces composites dans les produits intéresse de plus en plus les industriels, particulièrement dans le domaine des transports. En effet, ces matériaux présentent de nombreux avantages, notamment celui de permettre une diminution de la masse des pièces lorsqu’ils sont correctement exploités. Pour concevoir ces pièces, plusieurs procédés peuvent être utilisés, parmi lesquels le RTM (Resin Transfer Molding) qui consiste en la mise en forme d’un renfort sec (préformage) avant une étape d’injection de résine. Cette étude concerne la première étape du procédé RTM, celle de préformage. L’objectif est de mettre en œuvre une stratégie efficace conduisant à la simulation par éléments finis de la mise en forme des renforts à l’échelle mésoscopique. A cette échelle, le renfort fibreux est modélisé par un enchevêtrement de mèches supposées homogènes. Plusieurs étapes sont alors nécessaires et donc étudiées ici pour atteindre cet objectif. La première consiste à créer un modèle géométrique 3D le plus réaliste possible des cellules élémentaires des renforts considérés. Elle est réalisée grâce à la mise en œuvre d’une stratégie itérative basée sur deux propriétés. D’une part, la cohérence, qui permet d’assurer une bonne description du contact entre les mèches, c'est-à-dire, que le modèle ne contient ni vides ni interpénétrations au niveau de la zone de contact. D’autre part, la variation de la forme des sections de la mèche le long de sa trajectoire qui permet de coller au mieux à la géométrie évolutive des mèches dans le renfort. Grâce à ce modèle et à une définition libre par l’utilisateur de l’architecture tissée, un modèle représentatif de tout type de renfort (2D, interlock) peut être obtenu. La seconde étape consiste à créer un maillage hexaédrique 3D cohérant de ces cellules élémentaires. Basé sur la géométrie obtenue à la première étape. L’outil de maillage créé permet de mailler automatiquement tout type de mèche, quelle que soit sa trajectoire et la forme de ses sections. La troisième étape à franchir consiste, à partir du comportement mécanique du matériau constitutif des fibres et de la structure de la mèche, à mettre en place une loi de comportement du matériau homogène équivalent à un matériau fibreux. Basé sur les récents développements expérimentaux et numériques en matière de loi de comportement de structures fibreuses, un nouveau modèle de comportement est présenté et implémenté. Enfin, une étude des différents paramètres intervenant dans les calculs en dynamique explicite est réalisée. Ces deux derniers points permettent à la fois de faire converger rapidement les calculs et de se rapprocher de la réalité de la déformation des renforts. L’ensemble de la chaîne de modélisation/simulation des renforts fibreux à l’échelle mésoscopique ainsi créée est validée par comparaison d’essais numériques et expérimentaux de renforts sous sollicitations simples
Nowadays, manufacturers, especially in transport, are increasingly interested in integrating composite parts into their products. These materials have, indeed, many benefits, among which allowing parts mass reduction when properly operated. In order to manufacture these parts, several methods can be used, including the RTM (Resin Transfer Molding) process which consists in forming a dry reinforcement (preform) before a resin being injected. This study deals with the first stage of the RTM process, which is the preforming step. It aims to implement an efficient strategy leading to the finite element simulation of fibrous reinforcements at mesoscopic scale. At this scale, the fibrous reinforcement is modeled by an interlacement of yarns assumed to be homogeneous and continuous. Several steps are then necessary and therefore considered here to achieve this goal. The first consists in creating a 3D geometrical model of unit cells as realistic as possible. It is achieved through the implementation of an iterative strategy based on two main properties. On the one hand, consistency, which ensures a good description of the contact between the yarns, that is to say, the model does not contain spurious spaces or interpenetrations at the contact area. On the other hand, the variation of the yarn section shape along its trajectory that enables to stick as much as possible to the evolutive shape of the yarn inside the reinforcement. Using this tool and a woven architecture freely implementable by the user, a model representative of any type of reinforcement (2D, interlock) can be obtained. The second step consists in creating a 3D consistent hexahedral mesh of these unit cells. Based on the geometrical model obtained in the first step, the meshing tool enables to mesh any type of yarn, whatever its trajectory or section shape. The third step consists in establishing a constitutive equation of the homogeneous material equivalent to a fibrous material from the mechanical behavior of the constituent material of fibers and the structure of the yarn. Based on recent experimental and numerical developments in the mechanical behavior of fibrous structures, a new constitutive law is presented and implemented. Finally, a study of the different parameters involved in the dynamic/explicit scheme is performed. These last two points allow both to a quick convergence of the calculations and approach the reality of the deformation of reinforcements. The entire chain modeling/simulation of fibrous reinforcements at mesoscopic scale created is validated by numerical and experimental comparison tests of reinforcements under simple loadings

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Hanklar, Somchai. "Modélisation mécanique et numérique du comportement des tissus de fibres. Simulation du comportement mésoscopique de la maille élémentaire." Paris 6, 1998. http://www.theses.fr/1998PA066514.

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Abstract:

Lors de la fabrication de pièces en composite à l'aide du procédé R. T. M. (resin tranfer moulding), il faut mettre en forme le renfort tisse avant injection de la résine. Il est donc nécessaire de connaitre le comportement du tissu pour savoir s'il est possible d'obtenir les formes non développables souhaitées (le comportement du tissu sec est très différent de celui avec résine). Notre approche consiste à se placer à l'échelle de la maille. Celle-ci est modélisée par éléments finis en 3D. Les mèches sont considérées comme des milieux continus. Il s'agit alors de trouver les caractéristiques mécaniques qui approchent le mieux le comportement de type fil (pas de rigidité en flexion, compression et cisaillement). Plusieurs tests ont montré que certains coefficients mécaniques devaient être petits ou nuls. Cela peut conduire a des modes a énergie nulle qui sont éliminés par une technique utilisée pour les éléments à intégration réduite. Plusieurs non-linéarités sont prises en compte : grandes transformations, contact, comportement hypo élastique. Ce modèle est identifie grâce à des essais de traction uni axiale sur mèches et des essais de traction bi axiale sur tissus. Ce modèle a été applique a différents motifs de tissus (taffetas, serge, 2,5d) constitues de fibres de verre ou de carbone. Les résultats obtenus présentent une bonne concordance avec les essais bi axiaux (pour différents rapports de traction). Ils ont mis en évidence le caractère bi axial du tissu qui provoque son comportement non-linéaire. Ceci est dû au fait que l'ondulation des mèches change et que ces mêmes mèches s'écrasent. L'influence de différents paramètres géométriques (embuvage, épaisseur des mèches, type de tissu) et mécaniques (matériau) a été étudié. Cela permet d'obtenir le comportement d'un tissu quelconque avant même de l'avoir fabriqué, d'où un gain de temps et de cout de fabrication.

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Nguyen, The Dung. "Apport de la modélisation mésoscopique dans la prédiction des écoulements dans les ouvrages en béton fissuré en conditions d'accident grave." Phd thesis, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00717436.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse a pour objectif de caractériser et de modéliser le comportement mécanique du béton à l'échelle mésoscopique. Le cadre plus général de cette étude est le développement d'un modèle mésoscopique du béton; ce modèle consiste à représenter le béton comme un milieu hétérogène en prenant en compte la différence qui existe entre les granulats et la pâte de ciment en respectant la courbe granulométrique qui joue un rôle primordial dans le comportement du béton. Les paramètres du modèle sont ceux qui décrivent les comportements mécanique et thermique de la pâte de ciment et des granulats. Nous souhaitons ainsi nous intéresser à la compréhension du comportement du béton, celui-ci étant considéré comme une structure. Un programme de tirage aléatoire de la structure granulaire valable en 2D et en 3D a été développé. Ce programme est interfacé avec le code de calcul Cast3M qui permet d'effectuer les simulations numériques. Une méthode de représentation numérique des inclusions du béton a été également développée et validée par projection de la géométrie sur les fonctions de forme, éliminant ainsi les problèmes de maillage qui rendaient la représentation de l'ensemble du squelette granulaire quasi-impossible lorsque on souhaite représenter des petits et des gros granulats, particulièrement en 3D. Dans un premier temps, le modèle est utilisé en 2D et 3D pour optimiser le modèle géométrique de structure interne du béton, la stratégie de maillage et la plus petite taille des granulats à modéliser. Les résultats du modèle 2D et 3D sont analysés et comparés dans le cas de sollicitations de traction et de compression uniaxiale. Le modèle utilisé est un modèle d'endommagement isotrope unilatéral développé par Fichant. Le modèle permet de simuler à la fois le comportement macroscopique mais aussi local avec l'étude de la distribution de la fissuration et de l'ouverture des fissures. Le modèle montre des résultats intéressants sur la transition entre l'endommagement diffus et localisé et est capable de reproduire les effets de dilatance en compression. Finalement, le modèle mésoscopique a été appliqué dans les trois cas de simulations : le calcul de la perméabilité du béton fissuré; la simulation de l'hydratation du béton au jeune âge et enfin les calculs de structures avec la mise en évidence de l'effet d'échelle sur des poutres entaillées.

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Goto, Tania. "Influence des paramètres moléculaires du latex sur l'hydratation, la rhéologie et les propriétés mécaniques des composites ciment / latex." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002110.

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Abstract:

Dans l'industrie du second œuvre, les mortiers additionnés de latex sont largement utilisés. Cependant, à côté des améliorations d'usage qu'ils confèrent aux formulations, ils sont à l'origine de temps d'hydratation des pâtes plus importants. L'objectif de cette thèse est d'expliquer l'origine de cette augmentation des temps d'hydratation et de déterminer ses répercussions sur les propriétés rhéologiques et mécaniques des composites ciment/latex. Pour cela, l'étude de l'interaction de quatre familles de latex avec un ciment gris ordinaire a été menée. Il en ressort que les charges présentes dans le système de stabilisation du latex et les molécules hydrosolubles présentes dans la phase aqueuse du latex ont une forte influence sur l'hydratation du ciment. Cette forte influence ne se retrouve cependant pas sur les propriétés rhéologiques et mécaniques de la pâte.

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Wendling, Audrey. "Simulation à l'échelle mésoscopique de la mise en forme de renforts de composites tissés." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00961196.

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Abstract:

De nos jours, l'intégration de pièces composites dans les produits intéresse de plus en plus les industriels, particulièrement dans le domaine des transports. En effet, ces matériaux présentent de nombreux avantages, notamment celui de permettre une diminution de la masse des pièces lorsqu'ils sont correctement exploités. Pour concevoir ces pièces, plusieurs procédés peuvent être utilisés, parmi lesquels le RTM (Resin Transfer Molding) qui consiste en la mise en forme d'un renfort sec (préformage) avant une étape d'injection de résine. Cette étude concerne la première étape du procédé RTM, celle de préformage. L'objectif est de mettre en œuvre une stratégie efficace conduisant à la simulation par éléments finis de la mise en forme des renforts à l'échelle mésoscopique. A cette échelle, le renfort fibreux est modélisé par un enchevêtrement de mèches supposées homogènes. Plusieurs étapes sont alors nécessaires et donc étudiées ici pour atteindre cet objectif. La première consiste à créer un modèle géométrique 3D le plus réaliste possible des cellules élémentaires des renforts considérés. Elle est réalisée grâce à la mise en œuvre d'une stratégie itérative basée sur deux propriétés. D'une part, la cohérence, qui permet d'assurer une bonne description du contact entre les mèches, c'est-à-dire, que le modèle ne contient ni vides ni interpénétrations au niveau de la zone de contact. D'autre part, la variation de la forme des sections de la mèche le long de sa trajectoire qui permet de coller au mieux à la géométrie évolutive des mèches dans le renfort. Grâce à ce modèle et à une définition libre par l'utilisateur de l'architecture tissée, un modèle représentatif de tout type de renfort (2D, interlock) peut être obtenu. La seconde étape consiste à créer un maillage hexaédrique 3D cohérant de ces cellules élémentaires. Basé sur la géométrie obtenue à la première étape. L'outil de maillage créé permet de mailler automatiquement tout type de mèche, quelle que soit sa trajectoire et la forme de ses sections. La troisième étape à franchir consiste, à partir du comportement mécanique du matériau constitutif des fibres et de la structure de la mèche, à mettre en place une loi de comportement du matériau homogène équivalent à un matériau fibreux. Basé sur les récents développements expérimentaux et numériques en matière de loi de comportement de structures fibreuses, un nouveau modèle de comportement est présenté et implémenté. Enfin, une étude des différents paramètres intervenant dans les calculs en dynamique explicite est réalisée. Ces deux derniers points permettent à la fois de faire converger rapidement les calculs et de se rapprocher de la réalité de la déformation des renforts. L'ensemble de la chaîne de modélisation/simulation des renforts fibreux à l'échelle mésoscopique ainsi créée est validée par comparaison d'essais numériques et expérimentaux de renforts sous sollicitations simples.

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Janvier, Camille. "Coherent manipulation of Andreev Bound States in an atomic contact." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS217/document.

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Abstract:

Des états électroniques localisés apparaissent dans les liens faibles entre électrodes supraconductrices : les états d’Andreev. Les expériences présentées dans cette thèse explorent les propriétés de cohérence quantique de ces états, en utilisant comme liens faibles des contacts à un atome entre des électrodes d’aluminium. Les contacts atomiques sont intégrés dans une cavité microonde qui permet à la fois de les isoler et de les sonder.Dans une première série d’expériences, il est montré qu’on peut utiliser les états d’Andreev pour définir un bit quantique, le « qubit d’Andreev », qu’on contrôle à l’aide d’impulsions micro-onde.Les mesures des temps de vie de cohérence de ce qubit sont analysées en détail.Dans une deuxième série d’expérience,l’interaction entre le qubit d’Andreev et le résonateur micro-onde est utilisée pour quantifier le nombre de photons présents dans le résonateur en fonction de la puissance d’impulsions microonde à sa fréquence propre.Enfin, des sauts quantiques et des sauts de parités ont observés dans des mesures continues de l’état du qubit d’Andreev
Localized electronic states, called Andreev bound states, appear in weak-links placed between superconducting electrodes. The experiments presented in this thesis explore the coherence properties of these states. Single atom contacts between aluminum electrodes are used as weak links. In order to isolate and probe these states, the atomic contacts are integrated in amicrowave cavity.In a first series of experiments, it is shown that Andreev states can be used to define a quantumbit, “the Andreev qubit”, which is controlled using microwave pulses.Measurements of the lifetime and coherence time of this qubit are thoroughly analyzed.In a second series of experiments, the interaction between the Andreev qubit and the microwave cavity are used to determine the number of photons present in the cavity as a function of the power of microwave pulses at its eigenfrequency.Finally, quantum and parity jumps are observed in continuous measurements of the state of the Andreev dot

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Bounasser, Meriem. "Étude du comportement mécanique des renforts tressés pour les matériaux composites." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI004.

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Abstract:

L'utilisation des composites à renforts fibreux est en continuelle croissance dans plusieurs domaines, tels que les industries aérospatiales, les transports et le génie civil. Cela est dû principalement à leur excellent ratio légèreté/performances. Les structures tressées font partie des structures textiles utilisées comme renforts pour les composites. Leur procédé de fabrication permet la réalisation de formes complexes et de géométries très variées. Cependant, les nombreux paramètres présents tant au niveau des matières utilisées qu'au niveau des procédés de mise en œuvre impliquent la nécessité de bien maitriser la technologie du tressage afin d'optimiser les paramètres de fabrication et de prédire le comportement final de ces structures de renfort. Ce projet de recherche constitue une étude des paramètres de tressage et du comportement mécanique des structures tressées. Cette étude comporte une partie expérimentale et une partie numérique. Dans la partie expérimentale, plusieurs renforts tressés tubulaires en fibre de carbone sont fabriqués à l'aide d'une machine de tressage radiale 2D couplée à un robot six axes. Des composites à base de ces renforts sont ensuite élaborés par le procédé RTM. Plusieurs essais expérimentaux sont réalisés pour caractériser le comportement des renforts secs et leurs composites afin de pouvoir évaluer l'influence des paramètres géométriques, comme l'angle de tressage, le diamètre de la tresse et le type de la tresse (biaxiale ou triaxiale), sur les propriétés mécaniques des tresses tubulaires. Dans la partie numérique de l'étude, la microtomographie aux rayons X est utilisée pour obtenir le modèle géométrique des renforts tressés. Une analyse par élément finis à l'échelle mésoscopique est réalisée en utilisant une loi de comportement hypoélastique implémentée dans Abaqus/Explicit à l'aide d'une subroutine Vumat
The use of textile composites is increasing in several areas, such as aerospace industries, transportation, civil engineering and others, due to their high strength-weight ratio. Braided structures are one of the textile reinforcements used in different industrial applications for the cost effectiveness of their manufacturing technique, its versatility and the wide range of shapes it can offer. The special structures with the special functionalities needed in each composite application make the braiding a delicate process that needs to be studied in order to fulfill the demands of each specific sector. This PhD project aims to achieve a proper understanding of the process, the structures, the various parameters and the behavior of the final products. The study is conducted using the Herzog 2D braiding machine of Ifth, which, combined with a 6 axes robot, can prototype 3D structures by over-braiding complex shaped mandrels. Multiple carbon fiber braided samples are produced by varying the process parameters (Braid angle, Braid's diameter ...) and characterized in order to assess the influence of these parameters on the braid's geometry and its mechanical properties. To reach a better understanding of the materials' behavior and to avoid the time-consuming trial and error manufacturing and testing way, a modeling procedure is necessary to support the experimental work and optimize the design phase of the braids. Different models have been developed by researchers to predict the properties of braids at different scales of the structure (microscopic - mesoscopic - macroscopic). This work will be focused on the finite element analysis at the meso-scale, i.e. the braid unit cell scale, which considers the orientation of the yarns and the braid's architecture. This analysis is conducted using a hypo-elastic constitutive law which is implemented in user subroutine Vumat in Abaqus/Explicit. In this work, the geometric model is obtained using micro-computed tomography, which is a nondestructive scanning technique that allows detailed and precise analysis of the geometry of a textile reinforcement

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Gangnant, Alexandre. "Étude de la rupture quasi-fragile d’un béton à l’échelle mésoscopique : aspects expérimentaux et modélisation." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0401/document.

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Abstract:

Le béton présente une rupture quasi-fragile du fait de la présence d’une zone d’élaboration de la rupture principalement microfissurée et de taille conséquence, se développant en avant du front de fissure. L’objectif de ces travaux consiste à mettre en évidence le processus d’évolution de la zone d’élaboration et l’étendue de cette dernière, et ce, sur la base d’une campagne d’essai Wedge Splitting suivie de simulations numériques aux éléments-finis utilisant le modèle d’endommagement isotrope de Fichant – La Borderie à l’échelle mésoscopique. Expérimentalement, les courbes de résistance obtenues dans le cadre de la Mécanique Linéaire Élastique de la Rupture équivalente attestent d’un phénomène de confinement précoce de la zone d’élaboration manifestement lié à la géométrie testée et aux propriétés du béton étudié.Les simulations numériques obtenues sur la base du modèle d’endommagement sont en accord avec les résultats expérimentaux et conduisent également à soupçonner ce phénomène de confinement. Par la suite, la simulation numérique est à nouveau utilisée sur cette même géométrie de spécimen mais en réduisant les propriétés de rupture de la matrice cimentaire afin de diminuer la taille de la zone d’élaboration. Les résultats de cette nouvelle simulation montrent un développement libre de la zone d’élaboration suivie d’une propagation auto-similaire de la fissure principale attestée par la présence d’un régime plateau de la courbe de résistance correspondante.Une analyse détaillée du champ d’endommagement puis du champ d’énergie restituée est réalisée et permet de mettre en évidence un critère de développement de la zone d’élaboration fondée sur une valeur maximale du taux local de restitution d’énergie d’endommagement
Concrete exhibits a quasibrittle fracture due to the existence of a large fracture process zone (FPZ), mainly microcracked, which develops ahead of the crack front. The aim of the current work consists in highlighting the FPZ development and its extent. For that purpose,an experimental campaign using Wedge Splitting Test was carried out and followed by finite element simulation using Fichant – La Borderie isotropic damage model acting at the mesoscale of concrete. Experimental analysis exhibits that by the use from Resistance curves estimated in the framework of equivalent Linear Elastic Fracture Mechanics, the used geometry combined to the studied concrete properties are subjected to a confinement of FPZ. Numerical simulations achieved by the damage model are in agreement with experimental results and also seem to show FPZ confinement. There after, numerical simulations are used again on the same specimen geometry but by decreasing fracture properties of cementitious matrix, in order to minimize the FPZ size. Numerical results exhibit that the FPZ was now freely developed and followed by a self-similar propagation of the main crack as shown by the existence of a “plateau” value on the corresponding Resistance curve. A numerical analysis is performed and leads to the propositionof a FPZ development criteria based on a maximal value of the local damage energy release rate

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Nguyen, Quang Thanh. "Analyse expérimentale et numérique de la compaction des renforts fibreux : Application pour la perméabilité." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00695726.

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Abstract:

Au cours de la phase de préformage, le renfort sec peut être soumis à plusieurs déformations : la tension, le cisaillement mais aussi la compression. Si les deux premières déformations ont été bien explorées dans plusieurs études ces dernières années, ce n'est pas le cas de la compression. Pourtant, ce type de déformation affecte de manière importante la perméabilité du renfort lors de l'injection de la résine, car il change la porosité du renfort tant au niveau de la forme qu'au niveau de la dimension. La présente thèse propose d'étudier le comportement du renfort en compression et l'influence de cette déformation sur la perméabilité. Pour cela, des essais de compression sont menés pour étudier l'impact de la compaction sur la déformation globale du renfort ainsi que des différents facteurs susceptibles de l'affecter. Parallèle aux essais expérimentaux, des simulations numériques à l'échelle mésoscopique par éléments finis ont été mises en place. Les simulations réalisées sont validées à partir des essais mécaniques. Les géométries déformées obtenues par les simulations mécaniques ont été ensuite traitées par une chaîne de maillage pour l'obtention d'un maillage 3D régulière d'un VER fluide. La prédiction de la perméabilité du renfort tissé est réalisée en résolvant les équations de Stokes et Brinkman et l'utilisation de l'homogénéisation sur le maillage décrit précédemment

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Barrand, Charles. "Elaboration de mousses solides par émulsions hautement concentrées. Etude de la relation liant le comportement mécanique avec la structure mésoscopique et la nature physico-chimique." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066388/document.

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Abstract:

Les matériaux poreux sont omniprésents dans la société grâce à leurs remarquables propriétés provenant de la combinaison de leur structure mésoscopique et de leur nature physico-chimique très versatiles. L’objectif de cette thèse est l’étude du lien entre les propriétés mécaniques de mousses élastomères et leur structure mésoscopique (porosité ouverte ou fermée et diamètre des pores) et la nature physico chimique de matrice élastomère. Pour ce faire il a été nécessaire de synthétiser des matériaux modèles dont il est possible de décorréler les effets dus à la structure et ceux dus à la nature de la matrice polymère. La technique de ‘template’ par émulsion hautement concentrée HIPE (High Internal Phase Emulsion) a été sélectionnée car elle permet de faire varier la structure et la composition chimique de la matrice. Le contrôle des paramètres de l’émulsion (fraction de phase dispersée, nature des monomères et des réticulants, quantité de tensioactif et de réticulant) permet de moduler la morphologie des matériaux. De plus il est possible de changer un des paramètres indépendamment de tous les autres. Cette technique a permis d’obtenir une série de matériaux avec une structure poreuse et une nature physico-chimique contrôlées à façon. Dans le cas particulier des mousses solides élastomères très faiblement réticulées un phénomène d’effondrement des pores peut être observé. Ces mousses sont caractérisées mécaniquement en compression en fonction de trois paramètres physiques : la température de transition vitreuse de la matrice polymère, le taux de réticulation et le diamètre des pores de la mousse. Une étude du module élastique et de la dissipation d’énergie des mousses élastomères a été effectuée dans le but de mieux comprendre le lien avec la nature physico-chimique et la structure mésoscopique des mousses à l’origine des propriétés mécaniques originales. Les réponses temporelles particulièrement lentes de nos élastomères observées lors des essais mécaniques ont conduit à des études de recouvrance des mousses ainsi que la détermination d’un modèle théorique
Foams are everywhere in the society thanks to their remarkable properties resulting from the coupling of their structure and their physico-chemical nature which are very adaptable. The main goal of this thesis is the study of the relationship between mechanical properties of elastomeric foams and their mesoscopic structure (open or closed-porosity and cells diameter) and their physico chemical nature of elastomeric matrix. In this context, it was necessary to synthesize model porous materials with well-controlled densities and structure. HIPE (High Internal Phase Emulsion) template technique was used thanks to its ability modifying matrix chemical composition and structure. Control of emulsion’s parameters (internal phase ratio, monomers and crosslinker nature, surfactant and crosslinker content) enables tuning foam morphology. Moreover it enables to vary one parameter without changing others. Thanks to this method we were able to synthesize elastomeric foams with well-controlled structure and physico-chemical nature matrix. In the real special case of very low crosslinker content, foam collapsing effect has been detected. Foams are mechanically characterized in compression test depending on tree parameters: glass transition temperature of the polymer matrix, crosslinked ratio and cells diameter of the foam. Elastic modulus and dissipated energy are studied to inverstigate more deeply the relationship with physico-chemical nature and mesoscopic structure. Time behavior response of foams leads us to study recovery ratio of foams and we try to determine a theoretical model

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Barrand, Charles. "Elaboration de mousses solides par émulsions hautement concentrées. Etude de la relation liant le comportement mécanique avec la structure mésoscopique et la nature physico-chimique." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2017PA066388.pdf.

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Abstract:

Les matériaux poreux sont omniprésents dans la société grâce à leurs remarquables propriétés provenant de la combinaison de leur structure mésoscopique et de leur nature physico-chimique très versatiles. L’objectif de cette thèse est l’étude du lien entre les propriétés mécaniques de mousses élastomères et leur structure mésoscopique (porosité ouverte ou fermée et diamètre des pores) et la nature physico chimique de matrice élastomère. Pour ce faire il a été nécessaire de synthétiser des matériaux modèles dont il est possible de décorréler les effets dus à la structure et ceux dus à la nature de la matrice polymère. La technique de ‘template’ par émulsion hautement concentrée HIPE (High Internal Phase Emulsion) a été sélectionnée car elle permet de faire varier la structure et la composition chimique de la matrice. Le contrôle des paramètres de l’émulsion (fraction de phase dispersée, nature des monomères et des réticulants, quantité de tensioactif et de réticulant) permet de moduler la morphologie des matériaux. De plus il est possible de changer un des paramètres indépendamment de tous les autres. Cette technique a permis d’obtenir une série de matériaux avec une structure poreuse et une nature physico-chimique contrôlées à façon. Dans le cas particulier des mousses solides élastomères très faiblement réticulées un phénomène d’effondrement des pores peut être observé. Ces mousses sont caractérisées mécaniquement en compression en fonction de trois paramètres physiques : la température de transition vitreuse de la matrice polymère, le taux de réticulation et le diamètre des pores de la mousse. Une étude du module élastique et de la dissipation d’énergie des mousses élastomères a été effectuée dans le but de mieux comprendre le lien avec la nature physico-chimique et la structure mésoscopique des mousses à l’origine des propriétés mécaniques originales. Les réponses temporelles particulièrement lentes de nos élastomères observées lors des essais mécaniques ont conduit à des études de recouvrance des mousses ainsi que la détermination d’un modèle théorique
Foams are everywhere in the society thanks to their remarkable properties resulting from the coupling of their structure and their physico-chemical nature which are very adaptable. The main goal of this thesis is the study of the relationship between mechanical properties of elastomeric foams and their mesoscopic structure (open or closed-porosity and cells diameter) and their physico chemical nature of elastomeric matrix. In this context, it was necessary to synthesize model porous materials with well-controlled densities and structure. HIPE (High Internal Phase Emulsion) template technique was used thanks to its ability modifying matrix chemical composition and structure. Control of emulsion’s parameters (internal phase ratio, monomers and crosslinker nature, surfactant and crosslinker content) enables tuning foam morphology. Moreover it enables to vary one parameter without changing others. Thanks to this method we were able to synthesize elastomeric foams with well-controlled structure and physico-chemical nature matrix. In the real special case of very low crosslinker content, foam collapsing effect has been detected. Foams are mechanically characterized in compression test depending on tree parameters: glass transition temperature of the polymer matrix, crosslinked ratio and cells diameter of the foam. Elastic modulus and dissipated energy are studied to inverstigate more deeply the relationship with physico-chemical nature and mesoscopic structure. Time behavior response of foams leads us to study recovery ratio of foams and we try to determine a theoretical model

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Besson, Ugo. "Une approche mésoscopique pour l'enseignement de la statique des fluides : étude des raisonnements des apprenants, élaboration et expérimentation d'une séquence d'enseignement." Paris 7, 2001. http://www.theses.fr/2001PA070033.

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Abstract:

Cette thèse comporte: une étude des raisonnements des apprenants sur les fluides; l'élaboration, l'expérimentation et l'évaluation d'une séquence d'enseignement sur la statique des liquides en présence de gravité, les aspects cinétiques et thermiques étant exclus. Elle présente une analyse des recherches d'autres auteurs sur ces sujets et quelques idées guides sur les raisonnements impliqués dans ce contexte. L'analyse du contenu et l'étude des conceptions sont envisagés de façon étroitement liée. Après deux entretiens exploratoires, la recherche sur les raisonnements est faite au moyen de plusieurs questionnaires, aux niveaux du lycée et de la première année universitaire. Un point critique est la difficulté à connecter les actions locales et les effets globaux, ce qui demande un raisonnement systémique, capable de rendre compte du "mécanisme" qui permet d'établir la situation finale d'équilibre. La courte séquence d'enseignement, expérimentée chez des étudiants de première année universitaire, est basée sur la proposition d'un modèle mécanique simple de liquide, au niveau "mésoscopique", dont les éléments sont des balles de mousse. Le but est de rendre concrète et visuelle la décomposition typique en mécanique des fluides, en évoquant des objets avec lesquels établir une analogie de comportement. L'attention est posée sur les interactions locales et sur la transmission des changements, pour aider les étudiants à surmonter leur difficulté à concilier les lois formelles et le comportement local du fluide. L'évaluation de la séquence se fonde sur : des pre-tests et des post-tests, sous forme de questionnaires papier-crayon, comparés avec les résultats de groupes témoins ayant suivi un cours "classique" ; Des enregistrements audio des débats entre étudiants lors de la séance finale. Les réactions d'un groupe d'enseignants en formation sont reportées, concernant une éventuelle reprise de la séquence. Quelques lignes de développement ultérieur de la recherche sont données
This thesis presents: a study of the forms of reasoning learners apply when dealing with fluids; the design, experimentation and evaluation of a teaching sequence on the static of fluids in the presence of gravity, kinetic and thermal aspects excluded. It contains an analysis of previous research on this topic by other authors; and some guiding ideas on the reasoning involved in this context. Content analysis and the study of conceptions are linked throughout. Besides two preliminary interviews, the research on reasoning involves several questionnaires put to high school and first-year university students. One crucial point is a difficulty in connecting local actions and global effects; this requires a systemic form of reasoning, to explain the mechanism establishing the final situation of equilibrium. The short teaching sequence experimented among first-year university students is based on a simple mechanical model of fluids, at the mesoscopic level, using sponge balls as elements. The aim is to make concrete and visual the typical decomposition of the mechanics of fluids, using objects through which a behavioural analogy can be established. . . Established (Attention is drawn to local interactions and a transmission of changes, to help students overcome the difficulty of conciliating certain formal laws and the local behaviour of fluids. The sequence is evaluated by means of paper-and-pencil questionnaires as pre-tests and post-tests, whose results are compared against those of "classically" taught control groups, and by studying the transcripts of the student debates that were held in the final session. The observations of a group of trainee-teachers are given, regarding the implementation of the sequence in class. Some directions for developing the research are suggested at the end of the thesis

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Benezech, Jean. "Modélisation aux échelles méso- et macroscopique du comportement mécanique de zones singulières de pièces de structure en CMC." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0309.

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Abstract:

Les composites à matrice céramique (CMC) présentent une architecture multi-échelle complexe. Pour être utilisé en tant que composant de moteur aéronautique qui nécessitent des géométries complexes, ces matériaux doivent être tissés sous forme d'architectures textiles spécifiques. Mon travail s’est concentré sur l’étude d’une pièce de type raidisseur, et plus particulièrement sur le détail d’une jonction composite tissée. La taille caractéristique de cette pièce se situe entre les échelles méso- et macroscopique, ce qui rend impossible l’utilisation des hypothèses de séparabilité des échelles. Nous avons tout d’abord développé un montage expérimentale de flexion/cisaillement adapté à la jonction tissée. Ces essais ont non seulement permis d’identifier et de caractériser le comportement mécanique de cette pièce, mais aussi, de mettre en lumière l’interdépendance entre le chargement, l’architecture textile et les mécanismes d’endommagement, qui est particulièrement importante dans le cas de la jonction tissée. C’est pourquoi, la modélisation de ce détail de structure doit inclure une connaissance approfondie de l’architecture interne du matériau. Nous avons donc développé une approche originale de segmentation variationnelle à partir de µCT, afin de construire des modèles numériques réalistes du matériau à l’échelle mésoscopique. Cette approche repose sur une heuristique globale-locale qui améliore itérativement la ressemblance d’un modèle géométrique initial. Cette démarche a permis de construire le jumeau numérique de la jonction tissée. Le modèle final ne comportant pas d’interpénétration entre fils, un maillage tétraédrique conforme peut ensuite être généré directement à partir de l’image ainsi labellisée. Des simulations EF à l’échelle mésoscopique ont été menées en prenant en compte le comportement non-linéaire des constituants des CMC. Elles permettent de prévoir le niveau de chargement menant aux premiers endommagements. De plus, la localisation des endommagements ainsi que leurs interactions avec l’architecture méso ont également ont été reproduites de manière satisfaisante.Cependant, ces modèles incluent une description très détaillée du matériau et nécessitent donc des ressources de calcul importantes. Une description approchée de ces détails pourrait être suffisante pour obtenir une prédiction correcte des propriétés élastiques, voir de l’amorçage de l’endommagement. Nous avons donc proposé un pont méso-macro permettant de construire le comportement apparent des éléments macroscopiques à partir de l’information méso sous-jacente. Les propriétés des éléments macroscopiques sont obtenues en assimilant localement le matériau à un stratifié équivalent construit à partir des fractions volumiques et des orientations locales des constituants. Cette approche permet de réduire drastiquement la taille des problèmes EF, tout en conservant une description approchée de la méso-structure. Le modèle macroscopique enrichi permet de reproduire fidèlement les résultats obtenus à l’échelle mésoscopique, tant que la taille de filtrage reste comparable à celle des fils.Les modèles proposés ont été utilisés pour reproduire les résultats expérimentaux et approfondir leur analyse. Nous avons étudié en particulier la sensibilité aux conditions aux limites de l’essai, ainsi que l’influence des variabilités liées au procédé de fabrication des éprouvettes. Enfin, la chaine d’outils développée dans le cadre de la thèse pourra être utilisée pour étudier différentes définitions textiles de la jonction, permettant in fine de définir l’architecture optimale de la pièce
Woven ceramic matrix composites (CMC) exhibit an intricate multi-scale architecture. To be used as components of aircraft engines, the weaving of such parts could also incorporate specific features compared to « classical » woven CMC as they need to comply with complex geometries. My work focused on a stiffener-like fully woven junction that is made of a complex 3D woven fabric, and whose characteristic size lies at the frontier between the mesoscopic and the macroscopic scales, i.e. where scale separation hypothesis is not applicable.I have first developed an experimental device to perform shear/bending tests on the woven junction. These tests not only allowed to gain significant knowledge about the mechanical behavior of such part, but also to highlight the interplay between the load, material architecture and damage mechanisms that is particularly significant in the case of the woven junction. Therefore, numerical prediction of the mechanical behavior of the woven junction necessitates a sound knowledge of its inner structure.With this aim, I have developed an original segmentation method to build realistic numerical models of textile composites, using X-ray micro-computed tomography and a prior geometric model. The procedure includes a global-local heuristic to iteratively improve the resemblance of the initial model. This approach allowed to build “digital twins” of the woven junction. A conformal tetrahedral image-based mesh could then be obtained as the resulting models are free of interpenetration. Mesoscale FE simulations, including non-linear behavior laws of the yarns and matrix, allowed to predict the maximal load leading to the first damage events, and to reproduce accurately the damage localization and its interaction with the architecture.However, with such level of details incorporated in the model, the simulations necessitate significant computational resources. An approximate macro-scale description may be sufficient to evaluate the elastic properties, or even to simulate damage initiation. Therefore, we have proposed a meso-informed macroscopic modelling framework where the behaviour of the macro-elements is derived from the knowledge of the local direction and volume fraction of constituents, thanks to the digital twin. The effective behaviour of the macro-elements is obtained through an equivalent lamina. This method drastically reduces the size of the model while preserving an approximate description of the underlying local anisotropy and heterogeneities. With respect to the damage initiation, the meso-informed macroscopic model accurately reproduced the results obtained using the reference mesoscale model, as long as the filtering size remains comparable to the yarn size. This allowed to propose an optimal modelling framework with an adequate level of description of meso-details and acceptable computational requirements.Finally, I have used these models to thoroughly compare the numerical simulations with the experimental results: variabilities of experimental boundary conditions have been analyzed, as well as the influence of specific heterogeneities related to the fabrication process. We have also used this framework to explore different weaving patterns in order to obtain an optimal design of the woven junction

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Stamati, Olga. "Effet des hétérogénéités sur le comportement mécanique du béton à l'échelle mésoscopique : apports de la micro-tomographie à rayons-x in-situ combinée à une modélisation E-FEM." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALI023.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'intéresse à l’effet des hétérogénéités du béton à l'échelle mésoscopique (granulats et porosités d’air occlus) sur son comportement mécanique à l'échelle macroscopique. Pour ce faire, les processus de déformation et de fissuration d'échantillons de micro-béton soumis à différentes sollicitations (traction, compression simple ou compression confinée) sont analysés en comparant des résultats expérimentaux de mesures de champs 3D avec des simulations d’échantillons de béton numérique.Outre le matériau étudié, représentatif d’un béton, l’originalité des essais expérimentaux vient de leur caractère "in situ" et de la multi-axialité des chargements étudiés. Les essais sont en effet réalisés dans un tomographe à rayons-x, donnant ainsi accès à la structure tridimensionnelle du matériau (de façon non-destructive) tout au long de l'expérience, de l'état initial intact à la rupture. Les images tridimensionnelles issues des radiographies sont également utilisées pour identifier et quantifier la morphologie de la mésostructure dont les phases d'intérêt sont les granulats, la macro-porosité et le mortier. De plus, la série d'images obtenue permet de mesurer des champs cinématiques tridimensionnels (déplacement et déformation), à différents stades du chargement, pour chacun des essais.Ces mesures permettent d'alimenter un modèle Éléments Finis mésoscopique en lui fournissant une mésostructure réaliste et en permettant de calibrer ses paramètres. Il est choisi ici d’identifier le modèle à l'aide des essais de traction simple et d'analyser la prédiction de ce dernier pour les autres types de sollicitations réalisées.L’originalité des simualtions numériques vient de leur caractère tridimentionnel et de la prise en compte d’une "vraie" mésostructure de micro-béton basée sur une segmentation tri-phasique du matériau (macro-pores, granulats et mortier).Une comparaison des résultats expérimentaux et numériques est proposée en confrontant les réponses macroscopiques, les champs cinématiques locaux ainsi que les faciès de fissurations. L’asymétrie des résistances du béton en traction et en compression est bien retrouvée par le modèle ainsi que l'augmentation de la ductilité de la réponse avec la pression de confinement. En outre, le modèle est capable de reproduire de façon satisfaisante les modes de rupture des différents chargements et états de confinement étudiés.L'analyse de la pertinence des prédictions du modèle mésoscopique permet de confirmer l'importance primordiale qu'une représentation réaliste des hétérogénéités a sur le développement des mécanismes de rupture locaux. Nous montrons que c'est principalement la forme et la position des plus grosses hétérogénéités (granulats et macro-pores) qui vont influencer le processus de fissuration du béton étudié, quelle que soit la sollicitation. Les prédictions faites avec le modèle nous encouragent à croire que la représentation explicite de la morphologie réelle est l'ingrédient clé de la bonne concordance observée, entre expérience et modélisation. A ce sujet, une étude numérique sur l'impact des formes sur le comportement est finalement conduite
This doctoral thesis investigates the impact of the meso-scale heterogeneities of concrete (aggregates and macro-pores) on its macroscopic mechanical response. A combined numerical and experimental approach is adopted to study the progressive evolution of the 3D fracturing processes of micro-concrete specimens under uniaxial tension, uniaxial compression and triaxial compression. Part of the originality of this work lies in the exploration of multiple loading paths on concrete samples of realistic composition (including cement, sand, aggregates and water) and in the in-situ nature of the experiments conducted. The experimental campaign is performed inside an x-ray scanner, which allows the internal structure of the material to be non-destructively captured and its evolution from the intact (before loading) until the damaged (after unloading) state to be followed and quantified. The 3D images coming from the x-ray scans are first analysed in order to quantitatively describe the morphology of the meso-structure (aggregates, mortar matrix and macro-pores). A timeseries analysis of the set of 3D images coming from each in-situ test follows, in order to measure the 3D kinematic fields (displacement and strain fields) throughout the experiments. On the numerical side, the identified morphologies coming from the intact x-rays scans are given as an input to a FE meso-model with enhanced discontinuities. The originality of the numerical simulations comes from their 3D nature and the consideration of the actual meso-structure of the micro-concrete specimens, based on the segmentation of the three phases of the material. After a calibration of the model in uniaxial tension, its predictive ability is challenged under different stress paths in compression. An extensive comparison is presented between experimental and numerical observations, in terms of macroscopic responses, displacement fields, fracturing processes and failure patterns. The typical asymmetric behaviour of concrete in tension and compression, as well as the increase of strength and ductility with the increase of confinement are sufficiently captured numerically. Starting from an x-ray scan, it is shown that the model is able to satisfactorily reproduce some of the basic characteristic features of the failure modes observed experimentally for the different loading paths studied. While validating the numerical results and through a combination of numerical and experimental observations, the significant impact of the meso-scale heterogeneities on the local failure mechanisms is revealed. It is shown that, for the studied material, the shape and location of the largest aggregates and macro-pores are essentially driving the fracture patterns under simple tension, simple compression and triaxial compression. The predictive ability of the model strongly suggests that the explicit representation of these heterogeneities is the key feature that allows this predictive power. A further insight into the impact of the meso-structure is obtained by investigating virtual concrete morphologies, generated by modifying the real meso-structures coming from the x-ray scans

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Scheibert, Julien. "Mécanique du contact aux échelles mésoscopiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00172935.

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Abstract:

Deux méthodes expérimentales ont été développées pour mesurer, pour une interface multi-contacts élastomère / verre, les champs mécaniques en volume (micro-capteur de force MEMS noyé sous le film élastique) et à l'interface (imagerie de contact par transmission), résolus spatialement à une échelle intermédiaire entre celle du contact apparent et celle des micro-contacts.
La mesure MEMS a permis d'obtenir les champs de contrainte sous charge normale et en glissement stationnaire, en très bon accord avec des modèles mécaniques simples. Pour des substrats de rugosité périodique le lien entre spectre des contraintes et topographie de surface a pu être interprété en termes de filtrage spectral, pertinent pour comprendre la perception tactile.
La mesure optique a permis, en analysant la répartition spatiale de l'intensité, d'obtenir le champ de pression de surface. Sa dépendance avec les propriétés de la couche rugueuse a été confrontée au modèle de Greenwood-Tripp. Par suivi des aspérités, le champ de déplacement a été mesuré avec une résolution sub-micronique et a mis en évidence la coexistence de zones glissantes et adhérentes prédite par Cattaneo et Mindlin.

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Charmetant, Adrien. "Approches hyperélastiques pour la modélisation du comportement mécanique de préformes tissées de composites." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00706212.

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Abstract:

La simulation des procédés de mise en forme des composites à renforts tissés de type RTM est un enjeu majeur pour les industries de pointe mettant en œuvre ce type de matériaux. Au cours de ces procédés, la préforme tissée est souvent soumise à des déformations importantes. La connaissance et la simulation du comportement mécanique de la préforme à l'échelle macroscopique et à l'échelle mésoscopique s'avère souvent nécessaire pour optimiser la phase de conception de pièces composites formées par de tels procédés. Une analyse du comportement mésoscopique des préformes tissées de composites est d'abord proposée. Une loi de comportement hyperélastique isotrope transverse est développée, permettant de décrire le comportement mécanique de chacun des modes de déformation de la mèche : élongation dans la direction des fibres, compaction et distorsion dans le plan d'isotropie de la mèche, cisaillement le long des fibres. Une méthodologie est proposée pour identifier les paramètres de cette loi de comportement à l'aide d'essais sur la mèche et sur le tissu, et une validation par comparaison avec des essais expérimentaux est présentée. Une analyse du comportement macroscopique des renforts interlocks est ensuite proposée : une loi de comportement hyperélastique orthotrope est développée et implémentée. Cette loi, extension de la loi de comportement pour la mèche, est également basée sur une description phénoménologique des modes de déformation de la préforme. Une méthode d'identification des paramètres de cette loi de comportement est mise en œuvre, utilisant des essais expérimentaux classiques dans le contexte des renforts tissés (tension uniaxiale, compression, bias extension test, flexion). Cette seconde loi de comportement est validée par comparaison avec des essais de flexion et d'emboutissage hémisphérique.

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Moustacas, Hélène. "Modélisation et simulation du comportement de mèches de fibres de carbone à l'échelle mésoscopique pour l'analyse du comportement de préformes tissées interlock." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC062.

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Abstract:

L'utilisation croissante de préformes tissées de type interlock 3D pour la réalisation de pièces composites dans le domaine de l'aéronautique suscite des besoins importants en modélisation et simulation pour optimiser ces structures. Dans le but de simuler le comportement mécanique de préformes tissées interlock 3D d'aubes de turbine, nous cherchons à développer un modèle à l'échelle mésoscopique permettant de représenter le comportement de mèches de carbone, en particulier sous sollicitation de compression transverse. Pour comprendre les mécanismes impliqués dans ce type ce chargement, des simulations ont été conduites à l'échelle des constituants élémentaires en ayant recours à un modèle de macro-filament. Un modèle de poutre à cinématique enrichie, reposant sur un développement polynômial à un ordre quelconque par rapport aux coordonnées transverses a été proposé. Une nouvelle approche de détection et de modélisation des interactions de contact-frottement entre poutres à cinématique enrichie présentant des sections fortement déformables a été développée. Enfin un modèle de comportement hybride, adapté au modèle de poutre à cinématique enrichie, est proposé sous la forme d'une combinaison de différents modèles hyperélastiques élémentaires(Saint-Venant isotrope transverse, néo-hookéen 2D et exponentiel) afin de reproduire la réponse mécanique identifiée sous compression transverse
The increasing use of 3D interlock woven preforms for the manufacturing of composite parts in aircraft industry createsnew requirements for modelling and simulation to optimize these structures. In order to simulate the mechanicalbehaviour of 3D interlock woven preforms for fan blades, this work is aimed at developing a model at mesoscopic scaleable to represent the behaviour of carbon fibre tows, specially when submitted to transverse compression. In order tounderstand the mechanisms involved in this kind of loading, simulations have been performed at the scale of theirelementary components, using a macro-filament model. A higher order beam model, based on a polynomial expansion to anyorder with respect to transverse coordinates, has been proposed. A new approach for detecting and modelling frictionalcontact interactions between higher order beams with highly deformable cross-sections has been developed. Finally, ahybrid rheological model, suited to the higher order beam model, in the form of a combination of various elementaryhyperelastic models (transversely isotropic Saint-Venant, 2D neo-hookean and exponential), has been proposed to fit themechanical response identified under transverse compression tests

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Liu, Yang. "Multi-scale damage modelling of 3D textile reinforced composites including microstructural variability generation and meso-scale reconstruction." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10089.

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Abstract:

Les matériaux composites à renforts tissés 3D connaissent une utilisation grandissante dans de nombreux domaines de par entre autres leurs excellentes propriétés mécaniques. Cependant, le manque de compréhension de leur comportement est un facteur limitant. Ces limites sont liées à la complexité des phénomènes intervenant à différentes échelles qui jouent un rôle essentiel sur la prédiction de la réponse du matériau. Pour comprendre et résoudre ce problème, ce travail a pour objectifs d’étudier les matériaux composites 3D à l’aide de simulations numériques et d’observations expérimentales réalisées aux échelles micro, méso et macro. L’étude expérimentale a été réalisée afin d’obtenir : les propriétés macroscopiques du matériau et les paramètres nécessaires à la reconstruction géométrique. Ces caractéristiques ont été évaluées à l’aide de diverses techniques : microscopies optique et électronique et tomographie par rayons X sur des éprouvettes avant et après essais mécaniques afin de détecter les éventuels endommagements. Ces observations ont permis de définir les stratégies numériques à mettre en place aux différentes échelles. Ainsi, à l’échelle microscopique, un algorithme de dynamique moléculaire a été développé et testé sur des volumes représentatifs élémentaires et sur des sections de fils. Les résultats obtenus montrent une grande capacité à générer la variabilité microstructurale. A l’échelle mésoscopique, une stratégie de reconstruction à partir d’images tomographiques a permis de prendre en compte l’architecture réelle du composite 3D. Cette technique de modélisation a montré son grand intérêt dans la prédiction de la réponse non linéaire du matériau
3D textile reinforced composites have gained extensive application in many industrial domains by taking their excellent mechanical properties and neat-shape manufacturing. However, lack of understanding in material behaviour might be limiting factors at the design stage. One of these limits is the complexity of the multi-scale phenomena which play a critical role in predicting the material response. In order to tackle this problem, the systematic and detailed investigations are required at different material scales. Therefore, this work addresses to study 3D composites alternating and combining numerical simulations and experimental observations at different material scales. Experiments were carried out to provide twofold parameters: material properties and required geometrical reconstruction parameters. X-ray tomography was employed to inspect the intact samples. Electronic and optical microscopy techniques have been used in order to investigate in details the yarn cross-sections at initial states and eventual damages mechanisms accumulated during mechanical tests. All those observations allowed choosing numerical strategies at different material scales. Thus, at the micro-scale, the modified molecular dynamics algorithm has been developed and tested on RVE and irregular cross-section yarns. The results show great capacity and originality in the generation of the microstructural variability. Consequently, at the meso-scale, the reconstruction strategy was chosen which allowed representing real mesostructure of the composites. This modelling technique has great importance in the prediction of the material response, especially at the non-linear stage

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Giraud, Romain. "Effets quantiques mésoscopiques d'ions de terres rares faiblement couplés." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007452.

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Abstract:

Effets quantiques mésoscopiques d'ions de terres rares faiblement couplés. Quel peut-être l'apport d'ions de terres rares fortement dilués au magnétisme mésoscopique ? Ce travail décrit l'origine d'une dynamique quantique lente du renversement du moment magnétique d'un ion Ho$^(3+)$, en présence d'une forte anisotropie uniaxiale (retournement d'un aimant atomique par effet tunnel sous la barrière d'anisotropie). Dans le monocristal quadratique LiYF$_4$, les mécanismes de relaxation paramagnétique dus aux couplages spin-phonons sont inefficaces à très basse température, et l'allure singulière des cycles d'hystérésis observés à faible vitesse de balayage du champ appliqué selon l'axe de facile aimantation, en marches d'escalier, révèle un effet de mécanique quantique non stationnaire. Ces transitions non adiabatiques correspondent au retournement cohérent du moment électronique et du spin nucléaire d'un ion Ho$^(3+)$ quasi-isolé (couplage hyperfin fort). La dynamique quantique d'un centre tunnel est cependant rendue incohérente par de faibles couplages à l'environnement de spins nucléaires, ceux des ions diamagnétiques de la matrice d'accueil non magnétique. De plus, en présence d'un phénomène dit de goulot d'étranglement des phonons, l'allure des cycles mesurés est fortement modifiée à plus grande vitesse de balayage du champ. Des sauts supplémentaires, attribués à une dynamique quantique à plusieurs ions (relaxations croisées), apparaissent pour d'autres champs résonants. Une interprétation à deux ions démontre que des transitions de co-tunnel à deux ions et des transitions tunnel à un ion décalées par les interactions dipolaires dominent la relaxation dans ce régime tunnel, en accord avec des mesures de susceptibilité alternative à T>1.75K. Les ions dilués de terres rares constituent non seulement une alternative aux aimants moléculaires pour une compréhension plus approfondie du magnétisme mésoscopique, mais ils permettent aussi d'envisager sérieusement l'observation de la cohérence quantique en magnétisme ainsi que l'étude des phénomènes de dissipation/décohérence, notamment dus aux porteurs libres. En outre, la mise en évidence d'une dynamique quantique à plusieurs corps apporte des éléments nouveaux à l'étude de la nature des fluctuations quantiques dans des systèmes complexes, comme dans les verres de spins.

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Didier, Nicolas. "L'effet Josephson dans les supraconducteurs et les gaz quantiques." Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10236.

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Abstract:

Grâce aux avancées techniques récentes, les physiciens jouent pleinement avec la beauté de la mécanique quantique. Dans ce travail de théorie sur l'effet Josephson mésoscopique, nous exploitons les collaborations avec les expérimentateurs ainsi que les échanges entre les communautés des atomes froids et de la matière condensée. Nous considérons différents systèmes basés sur la jonction Josephson, en commençant par sa description quantique dans le régime sous-amorti. En utilisant le formalisme de Keldysh, nous obtenons les caractéristiques courant-tension du régime classique à la limite de température nulle et l'équation de Smoluchowski quantique dans la limite semi-classique. Nous étudions ensuite la dynamique quantique d'un qubit de phase réalisé avec un SQUID dans une configuration inédite où l'échappement se produit à travers deux barrières quartiques. Le taux d'échappement tunnel dans ce nouveau potentiel, calculé avec la technique des instantons, nous permet de décrire les expériences. L'électrodynamique quantique des circuits prévoit qu'un effet laser apparaît lorsqu'un qubit est couplé à une cavité résonnante. Nous considérons le cas d'un qubit de charge et celui d'un transmon qui exploite l'effet Purcell. Avec le Lindbladien nous obtenons la matrice densité dont nous dérivons le spectre du champ créé. Enfin, nous étudions un gaz d'atomes froids dans un piège circulaire comportant une barrière, créant une jonction de Bose Josephson. La physique à basse énergie est décrite à travers les fonctions de corrélation avec la théorie du liquide de Luttinger. Nous montrons que les fluctuations quantiques dans l'anneau induisent une renormalisation de l'énergie Josephson
With the recent technical breakthroughs, physicists fully play with the beauty of quantum mechanics. In this theoretical work on the mesoscopic Josephson effect, we take advantage of the collaborations with experimentalists as well as the exchanges between the cold atoms and condensed matter communities. We consider various systems based on the Josephson junction, beginning with its quantum description in the underdamped regime. Using the Keldysh formalism, we obtain the current-voltage characteristics from the classical to the zero temperature regime and the quantum Smoluchowski equation in the quasi-classical limit. We then study the quantum dynamics of a phase qubit realized with a SQUID in a novel configuration where tunneling events occur through two quartic barriers. The escape rate in this camel-back potential, calculated with the instantons technique, allows us to describe the experiments. Circuit quantum electrodynamics predicts that a lasing effect appears when a qubit is coupled to a resonant cavity. We consider the case of a charge qubit and also that of a transmon which exploits the Purcell effect. With the Lindbladian we obtain the density matrix from which we derive the spectrum of the output field. Finally, we study a gas of cold atoms in a ring shape trap comprising a barrier, thus creating a Bose Josephson junction. The low energy physics is described through the correlation functions with the Luttinger liquid theory. We show that the quantum fluctuations in the ring induce a renormalization of the Josephson energy

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Sierra, Sanchez Patricia. "MODELISATION DE LA DISPERSION ET L'EVAPORATION DE SPRAYS DANS DES CHAMBRES DE COMBUSTION AERONAUTIQUES." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00701105.

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Abstract:

De nos jours, la combustion représente encore un 90% de la production totale d'énergie au monde. La plupart des brûleurs de type industriel utilisent comme carburant des hydrocarbures en forme liquide. Cependant, un grand nombre d'études ont été dédiés aux flammes gazeuses et l'impact du spray liquide est encore loin d'être totalement compris. Le but de cette étude est l'amélioration de la modélisation des deux phénomènes principaux qui ont lieu entre l'atomisation du spray et la combustion, i.e. la dispersion des gouttes par la turbulence gazeuse et le procès d'évaporation dans le contexte de la Simulation Aux Grandes Echelles (SGE) des configurations complexes. Premièrement, l'approche Euler-Euler mésoscopique (Février et al. (2005)), basée sur une moyenne d'ensemble conditionnée et implémentée dans AVBP est améliorée. Le modèle de fermeture (Simonin et al. (2001); Kaufmann (2004)) pour les moments de deuxième ordre qui apparait dans les équations de transport résolues échoue quand appliqué à des configurations cisaillées (Riber (2007)). Plusieurs modèles proposés récemment par Masi (2010) et qui ont été valides a priori dans une configuration de nappe chargée de particules sont validés a posteriori dans la même configuration. Une analyse quantitative sur plusieurs cas avec diffèrent nombres de Stokes, nombres de Reynolds de la phase gazeuse et résolutions du maillage ont permit de retenir un modèle non-linéaire nommé 2EASM3, qui utilise le tenseur de déformations de la phase dispersée comme échelle de temps caractéristique. La deuxième partie a pour but l'amélioration du modèle d'évaporation implémenté dans AVBP. Ce modèle suppose une conduction infinie dans la phase liquide et symétrie sphérique dans la phase gazeuse ainsi que des lois simplifiées pour les propriétés thermodynamiques et de transport. Un nouveau modèle prenant en compte la dépendance de la viscosité du mélange gazeux avec la composition locale, et des nombres de Prandtl et Schmidt fixés par les valeurs à l'équilibre obtenus par moyen d'une simulation prenant en compte des lois complexes pour les propriétés thermodynamiques et de transport est proposé. Cette nouvelle méthode produit des résultats en bon accord avec les mesures expérimentales pour l'évaporation d'une goutte isolée en une atmosphère d'azote au calme sans pourtant augmenter le cout du calcul. Finalement, l'impact des nouveaux modèles est analysé dans une SGE de la configuration semi-industrielle MERCATO (García-Rosa (2008)). Bien que les données expérimentales ne soient pas suffisantes pour confirmer les résultats, les distributions de gouttes et de carburant gazeux sont significativement affectés par les modèles, ce qui pourrait avoir un impact direct sur le procès d'allumage.

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Grail, Gaël. "Approche multimodèle pour la conception de structures composites à renfort tissé." Phd thesis, Université d'Orléans, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00919198.

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Abstract:

Pour optimiser les structures des aéronefs, il est maintenant nécessaire de concevoir le matériau au " juste-besoin ", de façon à diminuer le ratio masse/performances. Par une bonne gestion du procédé de fabrication et un choix judicieux des matériaux constitutifs, les composites à renfort tissé et à matrice organique ont ce potentiel. Mais pour l'exploiter pleinement, de nouvelles approches adaptées à ce type de matériau doivent être développées. Pour cela, une chaîne de calcul multimodèle est proposée, permettant de prévoir les propriétés mécaniques élastiques saines ou endommagées du matériau à partir de ses paramètres de conception. Cette chaîne est établie à l'échelle mésoscopique, pour pouvoir prendre en compte la géométrie du renfort. Une procédure spéciale de création de maillages de cellules mésoscopiques de composites tissés a été développée, de façon à faire le lien entre la déformée du renfort après mise en forme, obtenue par simulation EF, et les autres modèles de la chaîne (injection de résine, cuisson du composite, comportement mécanique). Le bon fonctionnement de l'approche est montré par l'étude de deux cas-tests, un renfort de quatre plis de taffetas et un renfort de quatre plis de satin de 5, chacun compactés à différents niveaux et selon plusieurs configurations d'imbrication de plis. Enfin, pour anticiper la validation de la chaîne de modélisation, une étude expérimentale comparative entre plusieurs composites tissés compactés à différentes épaisseurs a été menée. Ce travail se place dans le cadre de la construction future d'une chaîne multiéchelle plus globale qui, parcourue dans le sens inverse, permettra de concevoir le matériau sur-mesure en fonction des performances structurales locales désirées.

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Valance, Stéphane. "Aspects mécaniques du changement de phase allotropique à l'échelle mésoscopique." Lyon, INSA, 2007. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2007ISAL0101/these.pdf.

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Abstract:

La prédiction de l’état mécanique de structures en acier soumises à des chargements thermiques ne peut se faire sans modélisation du phénomène de changement de phase allotropique. En effet, le changement de phase induit, pour les aciers, un mécanisme appelé plasticité de transformation conduisant à une déformation irréversible pour des chargements inférieurs à la limite élastique des phases. De nombreux modèles analytiques ont proposé une approche homogénéisée pour la prédiction de l’état mécanique. Mais, pour des chargements complexes, ces modèles se révèlent inadéquates. Prenant acte de ces lacunes, nous présentons une modélisation plus proche de sa description heuristique. L’échelle mésoscopique retenue pour ce travail est de l’ordre de la taille de grain. A cette échelle, nous considérons le comportement de chaque phase comme homogène au sens de la mécanique des milieux continus, par contre, le front de changement de phase est modélisé explicitement. Cette approche mésoscopique du phénomène s’est faite expérimentalement et numériquement. Expérimentalement, nous avons mis au point et utilisé une manipulation permettant la traction et le chauffage sous vide partiel d’une éprouvette. L’acquisition de la surface de l’échantillon pendant la transformation martensitique a conduit, sous certaines hypothèses et grâce à la corrélation numérique d’image, à l’identification partielle des zones affectées localement par la transformation. Numériquement, l’utilisation de la méthode des éléments finis étendus appliquée à des champs de déplacement faiblement discontinus. L’utilisation de cette méthode nécessite la modélisation du support de discontinuité -le front. Pour cela, en s’aidant de la méthode level set, nous avons créé des schémas numériques éléments finis permettant la représentation du support et sa propagation. En sus, nous nous sommes intéressés au calcul des forces motrices définies sur le front à partir du tenseur d’Eshelby et représentatives de sa vitesse locale
The prediction of the mechanical state of steel structures submit to thermo-mechanical loading must take into account consequences of allotropic phase change. Indeed, phase change induce, at least for steels, a mechanism of TRansformation Induced Plasticity (TRIP) leading to irreversible deformation even for loading less than elastic yield limit. Homogeneized analytical models generally fail to achieve a correct prediction for complex loading. In order to overcome these difficulties, we present a model achieving a sharper description of the phenomenon. The mesoscopic working scale we adopt here is the grain scale size. Hence, we consider that the behaviour of each phase is homogenous in the sense of continuous media mechanic, whereas the front is explicitly described. We work both experimentally and numerically. Experimentally, we designed a test facility enabling thermo mechanical loading of the sample under partial vacuum. Acquisition of sample surface while martensitic transformation is happening leads, under some hypothesis and thanks to Digital Image Correlation, to the partial identification of area affected by transformation. Numerically, the eXtended Finite ElementMethod is applied for weakly discontinuous displacement fields. Used of this method needs to numerically track the transformation front -discontinuity support. In that goal, based on level set method, we develop FEM numerical scheme enabling recognition and propagation of discontinuity support. Finally, this work is complete by an approach of driving forces introduced through Eshelbian mechanics which are dual of front velocity. Keywords : allotropic phase change, TRansformation Induced Plasticity, eXtended Finite Element Method (X-FEM), Level set method

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Didier, Nicolas. "L'effet Josephson dans les supraconducteurs et les gaz quantiques." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00459413.

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Abstract:

Grâce aux avancées techniques récentes, les physiciens jouent pleinement avec la beauté de la mécanique quantique. Dans ce travail de théorie sur l'effet Josephson mésoscopique, nous exploitons les collaborations avec les expérimentateurs ainsi que les échanges entre les communautés des atomes froids et de la matière condensée. Nous considérons différents systèmes basés sur la jonction Josephson, en commençant par sa description quantique dans le régime sous-amorti. En utilisant le formalisme de Keldysh, nous obtenons les caractéristiques courant-tension du régime classique à la limite de température nulle et l'équation de Smoluchowski quantique dans la limite semi-classique. Nous étudions ensuite la dynamique quantique d'un qubit de phase réalisé avec un SQUID dans une configuration inédite où l'échappement se produit à travers deux barrières quartiques. Le taux d'échappement tunnel dans ce nouveau potentiel, calculé avec la technique des instantons, nous permet de décrire les expériences. L'électrodynamique quantique des circuits prévoit qu'un effet laser apparaît lorsqu'un qubit est couplé à une cavité résonnante. Nous considérons le cas d'un qubit de charge et celui d'un transmon qui exploite l'effet Purcell. Avec le Lindbladien nous obtenons la matrice densité dont nous dérivons le spectre du champ créé. Enfin, nous étudions un gaz d'atomes froids dans un piège circulaire comportant une barrière, créant une jonction de Bose Josephson. La physique à basse énergie est décrite à travers les fonctions de corrélation avec la théorie du liquide de Luttinger. Nous montrons que les fluctuations quantiques dans l'anneau induisent une renormalisation de l'énergie Josephson.

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Florimond, Charlotte. "Contributions à la modélisation mécanique du comportement de mèches de renforts tissés à l'aide d'un schéma éléments finis implicite." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0136/document.

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Abstract:

La simulation du procédé de fabrication de renforts fibreux secs est un enjeu majeur pour l’étude de l’élaboration de matériaux composites, dont l’utilisation dans les industries de pointe s’intensifie rapidement. Ainsi, l’influence du métier à tisser sur la qualité des renforts est primordiale dans la caractérisation de leurs propriétés mécaniques. Une campagne d’essais expérimentaux est tout d’abord réalisée, de manière à identifier les phénomènes physiques mis en jeu. Les différents modes de déformation de la mèche sont ainsi étudiés : élongation, compaction, cisaillement et distorsion. Est étudié également le comportement en flexion et en frottement, afin de mieux appréhender l’effet du procédé de tissage sur les mèches. Deux types de lois de comportement élastiques sont envisagés : une loi hypoélastique et une loi hyperélastique. Sont développées les propriétés de chacune d’entre elles, ainsi que les grandeurs caractéristiques nécessaires à leur implémentation dans le logiciel commercial ABAQUS/Standard. Les algorithmes de deux subroutines sont présentés, correspondant à l’une ou l’autre de ces lois. Le choix est fait de modéliser le comportement mécanique de la mèche à l’aide d’une loi hyperélastique isotrope transverse de type St-Venant, par l’intermédiaire de la subroutine ABAQUS/Standard UANISOHYPER_INV. Enfin, une identification des paramètres matériau à l’aide d’une méthode inverse est proposée. Sont comparés les résultats obtenus par simulation avec les résultats expérimentaux. La loi de comportement alors déterminée permet de mettre en place des simulations de procédé de tissage
Simulating the manufacturing process of woven preforms is a major stack for understanding the development of composite materials, used in high performance industries. The effect of the weaving loom on the preforms is very important to caracterize their mechanicals properties. Experimental tests are realised to identify the physical phenomenon. Different deformation modes are studied : elongation, compaction, shear and distortion. The bending and friction behavior are also important to understand the effect of weaving process. Two constitutive laws are considered : a hypoelastic law and a hyperelastic law. An analyse of their properties is presented, and their implementation in a commercial software, ABAQUS/Standard, is detailed. In this purpose, two subroutines can be used. The modelisation of the mechanical behavior of the tows is finally realised with a transversely isotropic hyperelastic St-Venant model, with the subroutine ABAQUS/Standard UANISOHYPER_INV. To conclude, an identification method is presented and the simulated results are compared to experimental tests. The obtained consitutive behavior is finally used to simulate the weaving process

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Erzar, Benjamin. "Ecaillage, cratérisation et comportement en traction dynamique des bétons sous impact : approches expérimentales et modélisation." Thesis, Metz, 2010. http://www.theses.fr/2010METZ043S.

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Abstract:

Le béton est le matériau constitutif de la plupart des structures du génie civil qui peuvent être occasionnellement exposées à un chargement dynamique intense, qu'il soit de nature accidentelle ou intentionnelle. Ce travail a pour but d'analyser les modes d'endommagement activés par des chargements de type impact balistique, mais aussi d'identifier et de modéliser le comportement dynamique des bétons. La simulation numérique d'un impact sur une dalle de béton a montré l'importance de bien décrire le comportement en traction dynamique afin d'être en mesure de modéliser finement les dommages provoqués dans la cible. Néanmoins, peu de données expérimentales sont disponibles dans la littérature en traction pour des vitesses de l'ordre de 10^2/s. De plus, ces résultats semblent dispersés. La sensibilité de la résistance en traction de ces matériaux à la vitesse a été étudiée au LPMM sur une large gamme de vitesse de déformation (10^-5/s à 150/s) par des essais de traction directe sur une machine hydraulique rapide (pour Deps< 1/s) et par écaillage jusqu'à environ 150/s. La simulation numérique a été utilisée pour mettre au point et optimiser la méthode de dépouillement de l'essai d'écaillage. Des essais ont été menés sur deux bétons différents : l'un est un microbéton dont la mésostructure est particulièrement adaptée aux essais de laboratoire, l'autre est un béton représentatif d'un matériau standard. En parallèle, ces matériaux ont été soumis à des essais d'impact sur la tranche. Deux configurations ont été mises en œuvre : la configuration sarcophage permettant de conserver les fragments proches de leur position initiale et de procéder à des analyses post mortem, et la configuration ouverte où la fragmentation du carreau de béton provoquée par l'impact est filmée par caméra ultra-rapide. La technique de corrélation d'images a alors permis d'identifier des discontinuités de déplacement témoignant de l'apparition de fissures, informations essentielles à la compréhension de la chronologie de l'essai d'impact. D'autre part, un nouvel essai complémentaire a été proposé : l'essai de cratérisation a pour but d'étudier l'éjection de matière dans les zones faiblement confinées résultant de la pénétration d'un projectile dans une cible de béton. Les mesures de champ ont mis en exergue que, dans cet essai, l'éjection de matière provoquée par l'avancée du projectile est un phénomène local, le reste du carreau n'étant généralement pas ou peu endommagé. Notons que pour tous les essais, une attention particulière a été portée à l'humidité des bétons : une influence importante de l'eau libre a d'ailleurs été constatée aussi bien en quasi statique qu'en dynamique. Toutes les données expérimentales rassemblées sur la sensibilité de la résistance en traction du béton à la vitesse de chargement et à la présence d'eau libre permettent d'évaluer la précision d'une modélisation et d'en identifier les lacunes. Au cours des campagnes expérimentales, nous avons pu voir que l'endommagement du béton en dynamique rapide est composé d'une multitude de fissures. Nous avons aussi pu constater une résistance résiduelle de cohésion du matériau endommagé dans certains cas. Le modèle de fragmentation introduit par Denoual-Forquin-Hild a été utilisé pour simuler par éléments finis les essais d'écaillage et d'impact sur la tranche. La confrontation calculs-expériences a montré que le modèle est apte à rendre compte de l'augmentation de résistance en dynamique ainsi que de la densité de fissuration importante. Néanmoins le comportement cohésif du matériau endommagé n'est pas prévu. Afin de rendre compte de cet aspect du comportement en traction dynamique, deux voies ont été explorées : d'une part, une approche mésoscopique a été employée afin de différencier matrice et granulats. D'autre part, nous avons modifié le modèle de fragmentation afin de prendre en compte la cohésion qui intervient au sein même des zones endommagées
Concrete is a material widely used for constructions like bridges, nuclear power stations or bunkers. These buildings can be subjected to dynamic loadings such as industrial accidents or projectile-impacts. Consequently a good knowledge of the mechanical behaviour of concrete is a significant safety issue. This work aims to study the damage mechanisms activated in concrete structures under a projectile-impact or a blast loading. First, numerical simulation of impact tests reveals the significance of the dynamic tensile behaviour of concrete targets to simulate accurately their response under impact. Few test data are available in the open literature for strain rates up to 10^2/s. Nevertheless, these results are dispersed: at 100/s, the dynamic increase factor (DIF, dynamic strength to static strength ratio) varies from 5 for one author to 10 for another. The rate sensitivity of concrete has been studied in LPMM over a wide range of strain rates by means of direct tensile tests on a high-speed hydraulic device (10^-5/s <-> 1/s) and using spalling experiments up to 150/s. For this last technique, numerical simulations have been performed to optimize the loading and get a transient but homogeneous tensile loading within the concrete specimen. Moreover computations have been used to evaluate and validate the data processing. Then, experiments have been carried out on two concretes: a microconcrete (MB50) with a fine mesostructure adapted to laboratory testing (= 2mm) and a concrete (R30A7) which is representative of a standard concrete with a compressive strength of 30 MPa and a maximum aggregate size of 8 mm. In each experiment, a particular attention has been devoted to the moisture of the tested specimen. Several spalling experiments have been conducted on dried and re-infiltrated specimens. These experiments have been used to understand the difference of dynamic tensile strength between wet and dry concrete observed by several authors. In parallel these materials have been subjected to edge-on impact tests in two configurations: * Sarcophagus configuration: the concrete plate is encapsulated in an aluminium box allowing keeping fragments near their initial position. The specimen can be recovered post mortem and infiltrated by a hyperfluid resin to reveal the damage induced by the impact. * Open configuration: a high speed camera is used to record the fragmentation process. A digital image correlation (DIC) software called CorreliQ4 developed at LMT Cachan has been applied to realise full-field measurements to identify cracks development and propagation during the test. Another impact test has been proposed: the cratering test has been used to study the penetration of a projectile in a concrete target. Again, the DIC technique allowed performing displacement measurements. It shows that, in this test, the material erosion is a local process. All the experimental data can be used to assess the accuracy of a modelling approach. In this work, the "multiple fragmentation" model proposed by Denoual-Forquin-Hild has been used to simulate spalling and edge-on impact experiments. This model based on a micromechanical description of the fragmentation process allows predicting the maximum tensile strength and the cracking density in the specimen. Each parameter may be evaluated by specific experiments. The model has been implemented in Abaqus/explicit via a user subroutine. Numerical simulations of spalling tests and EOI tests showed a good agreement with experimental results. Nevertheless the modelling did not allow reproducing the cohesion (residual strength) observed in several experiments. To improve the numerical predictions a mesoscopic approach has been employed to simulate the dynamic experiments performed on the standard concrete. In this method, aggregates and matrix are differentiated. Here, aggregates have been supposed perfectly elastic and the behaviour of the matrix phase has been identified using homogenization methods

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Ong, Florian. "Étude de supraconducteurs mésoscopiques par nanocalorimetrie." Grenoble 1, 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10136.

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Abstract:

Des mesures de nanocalorimétrie ont été effectuées sur des systèmes composés d'assemblées de supraconducteurs mésoscopiques: anneaux et disques d'aluminium de diamètres comparables à la longueur de cohérence à température nulle de l'aluminium (ξ [ksi] (O)\approx 160 nm). Nous montrons que 1 capacité calorifique C de ces systèmes est modulée par un champ magnétique H perpendiculaire aux structures, et il s'agit de la première démonstration expérimentale d'une signature thermique du caractère mésoscopique de ce type de systèmes. Les caractéristiques des modulations de C observées (allure, période, pseudo-période, amplitude. . . ) varient en fonction de la taille des systèmes, mais aussi de leur géométrie ou de leur topologie Loin de la température critique, les oscillations ont pour origine la pénétration ou l'expulsion de vortex, de manière à respecter la contrainte de quantification du fluxoïde en unités du quantum de flux supraconducteur φ [phi]O=h/2e. Les mesures de C peuvent être interprétées dans le cadre d la théorie de Ginzburg-Landau, qui nous apprend que les états occupés par les systèmes sont le plus souvent métastables. Cela se traduit par l'observation de courbes C(H) de période plus importante que prévu, et par des phénomènes d'hystérésis. Plus près de la température critique, les oscillations de C(H) sont attribuées à l'effet Little-Parks, c'est à dire l'oscillation φ [phi]O -périodique de la température critique d'un anneau ou cylindre traversé par un flux magnétique; nous présentons en fait la première démonstration expérimentale de l'effet Little-Parks sur un système mésoscopique non connecté à des réservoirs d'électrons
Nanocalorimetric measurements have been carried out on systems composed of arrays of mesoscopic superconductors: aluminium rings and disks of size close to the aluminum coherence length at zero temperature(ξ [ksi] (O)\approx 160 nm). We show that the heat capacity C ofthese systems is modulated by a perpendicular applied magnetic field H; this is the first time that a thermal signature of the mesoscopic nature of such systems is reported. The shape, period, pseudo-period or amplitude of the observed modulations of C depend on the size of the systems as weil as on their geometry or topology. Far from the critical temperature, the oscillations C are due to the penetration or the expulsion ofvortices, such as the fluxoid remains quantized in units of φ [phi]O=h/2e, the superconducting flux quantum. Our measurements of C can be understood in the framework of the Ginzburg-Landau theory; from this we learn that occupied states are mostly metastable ones,leading to unexpected periodicities of C(H) and t interesting hysteretical features. Closer to the critical temperature, oscillations of C(H) are attributed to the Little-Parks effect, i. E. The φ [phi] 0-periodical oscillation of the critical temperature of a ring or of a cylinder trapping a magnetic flux. The experiments we present are the first experimental demonstrations of this effect carried out on a mesoscopic sample without connecting it to electron reservoirs

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Politano, Olivier. "Simulations mésoscopiques de la déformation plastique des monocristaux C. F. C. Sous contrainte." Dijon, 1999. http://www.theses.fr/1999DIJOS066.

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Abstract:

Ce travail de thèse a pour objectif la présentation de simulations numériques adaptées à l'étude des premières étapes de la déformation plastique dans les systèmes c. F. C. Dans ce travail, nous nous sommes efforcés d'exposer le plus clairement possible les différences conceptuelles et techniques entre notre modèle et d'autres approches à 3D. Pour cela, dans un premier temps nous présentons les modes de discrétisation coin-vis et coin-vis-mixte (CVM) utilisés dans les approches mésoscopiques de la dynamique des dislocations. Nous soulignons plus particulièrement, les différences qui résultent des calculs de l'énergie propre des lignes de dislocation et des champs de contraintes entre ces deux descriptions. Nous concluons en exposant les critères qui nous ont conduits à adopter une description CVM. Dans un second temps, nous détaillons la dynamique des dislocations et la manière dont nous avons procédé pour calculer les forces agissant sur les segments de dislocations. Dans une seconde partie, nous explicitons les calculs effectués pour valider notre modèle par l'étude d'une source de Frank Read (FR). A cette occasion, nous montrons que notre modèle reproduit la contrainte critique d'activation d'une source de FR, en utilisant une valeur de paramètre de tension de ligne adaptée à notre mode de discrétisation. Dans une nouvelle étape, nous détaillons les études en glissement simple qui nous ont permis de reproduire, la formation de murs dipolaires. Ensuite, nous exposons, les simulations développées pour caractériser la force des jonctions entre dislocations et enfin, nous montrons que la valeur numérique obtenue pour l'angle critique de rupture d'une jonction est en bon accord avec d'autres approches et qu'elle permet de simuler un essai de traction uniaxiale en reproduisant le mécanisme de durcissement par la forêt.

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Goujon, Florent. "Simulations numériques mésoscopiques de brosses de polymères sous compression et cisaillement." Clermont-Ferrand 2, 2003. http://www.theses.fr/2003CLF21459.

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Abstract:

Les brosses de polymères sont constituées par deux surfaces sur lesquelles sont greffées des chaînes de polymères par une de leurs extrémités. L'intérêt de ces matériaux est grand du fait de leur capacité à modifier les propriétés mécaniques et rhéologiques des surfaces greffées. La diversité des échelles spatiale et temporelle mises en jeu dans le comportement de tels systèmes macromoléculaires rend inappropriée toute simulation de type moléculaire. La dynamique dissipative est une méthode mésoscopique qui ignore l'atomicité grâce à une description "gros grains", ce qui permet de simuler la rhélogie de systèmes complexes sur une échelle de temps de l'ordre de la milliseconde. Dans ce travail, un système de brosses de polymères a été étudié en présence de différentes qualités de solvant et divers taux de cisaillement. L'étude de la compression à l'équilibre a été menée afin de comparer les profils de force simulés aux profils expérimentaux et aux théories (SCF et lois d'échelles). Afin de mieux représenter les systèmes réels, un algorithme de dynamique dissipative dans l'ensemble Grand Canonique a été elaboré, nécessitant également le calcul du potentiel chimique dans un système inhomogène en densité. Ces études, très concluantes, ont été étendues à la compression sous cisaillement. Un travail méthodologique a été entrepris sur l'influence de la forme du potentiel conservatif et de la portée de ces interactions. Le travail est complété par l'étude de la déplétion de chaînes de polymères à partir des surfaces greffées. En effet, la présence de chaînes libres, difficile à caractériser expérimentalement, s'avère être un facteur aussi important sur la modification des propriétés structurales et rhélogiques du système que la qualité du solvant

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Bassoumi, Amal. "Analyse et modélisation du choix des renforts pour optimiser la mise en forme de matériaux composites à base de fibres végétales." Thesis, Orléans, 2016. http://www.theses.fr/2016ORLE2053.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit à mi-chemin entre l’étude de la déformabilité des structures tissées et la valorisation de la fibre de lin pour des applications dans le renforcement des matériaux composites. Le premier objectif de l’étude est de caractériser expérimentalement le comportement en flexion des mèches de différentes structures constituées de fibres de lin ainsi que des tissus de différentes armures. Les travaux ont abordé aussi des paramètres tels que l’humidité relative et la composition (des mèches comélées ou en lin pure). Le deuxième objectif des travaux est d’étudier le comportement en flexion des tissus en fonction du comportement en flexion des mèches. Cette partie a commencé par la modélisation géométrique des renforts tissés dans le but de suivre l’évolution de la section du tissu qui varie dans la direction de la flexion. La modélisation mésoscopique a permis de calculer analytiquement les propriétés géométriques du tissu en particulier son moment quadratique. Les résultats obtenus ont été utilisés dans la simulation de la flexion du tissu. L’étude a permis de voir jusqu’à quel point le comportement de la mèche et le moment quadratique du tissu pilotent le comportement en flexion du tissu. D’après ces travaux, le comportement en flexion du tissu semble être approché de façon satisfaisante sur toute la gamme de longueurs envisagées à partir de ces deux grandeurs sauf pour les forts taux d’humidité où d’autres phénomènes doivent être considérés. L’étude a souligné que la différence entre deux renforts testés expérimentalement peut être anticipée numériquement. Ainsi, le concepteur de tissus sera capable d’anticiper la rigidité expérimentale du tissu pour faire des tissages adaptés à la mise en forme du renfort. Une étude paramétrique de la flexion a été également réalisée dans le but de déduire les paramètres les plus influents sur lesquels il peut jouer
This thesis is halfway between the study of the deformability of woven structures and the use of flax fibre as reinforcement of composite materials. The first aim of the study is the experimental characterization of the bending behaviour of tows with different structures made of flax fibres and fabrics with different weaves. Parameters such as relative humidity and the composition (100% flax and commingled tows) were also considered. The second aim of the study is to link the bending behaviour of the fabric to the bending behaviour of its constituent tows. This part starts with the geometric modelling of woven fabrics in order to follow the variation of its section in the bending direction. Mesoscopic modelling allows the analytical calculation of the geometric properties of the fabric in particular its moment of inertia. The results obtained were used in the simulation of the fabrics bending to see how far the behaviour depends on the tows bending behaviour and the moment of inertia. The bending behaviour of the fabric seems to be approached satisfactorily from these two factors. This is verified within the range of lengths considered except for high humidity (in this case, other phenomena must be considered). The study pointed out that the difference between two reinforcements tested experimentally can be predicted numerically. Thus, the fabrics designer will be able to anticipate the experimental bending stiffness of the fabric in order to adapt the weaving to the shape forming. A parametric study of the bending was also achieved in order to deduce the most influential parameters of the fabric for an appropriate weaving

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Chevrier, Pierre. "Mécanique et mésomécanique de l'écaille : Essais expérimentaux et critères de rupture : Etude d'un alliage d'aluminium et d'un acier de blindage." Metz, 1998. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1998/Chevrier.Pierre.SMZ9854.pdf.

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Abstract:

Le chargement dynamique d'un matériau peut provoquer, sous certaines conditions, son endommagement et sa rupture par le phénomène dit d'écaillage. C'est le résultat de la mise en traction très rapide d'une partie du matériau par le croisement de deux ondes de détente. Ce mode de rupture des métaux et alliages est sensible à la vitesse de déformation, à l'état de contrainte, à l'histoire du chargement, à la température initiale et à la microstructure. En laboratoire, l'écaillage d'un matériau peut être obtenu, avec des conditions aux limites et des conditions initiales bien définies, à partir d'impact symètrique de plaque, ou un état de déformation uniaxial est prépondérant. Le dispositif expérimental d'impact plaque sur plaque a été concu au L. P. M. M. Dans le cadre de cette thèse. Il est constitué d'un lanceur à gaz entièrement informatisé et de son banc de mesure. Ce dispositif a permis de déterminer la contrainte seuil d'écaillage pour plusieurs temps de chargement de deux matériaux. Afin de mieux comprendre la cinétique de formation de la surface libre d'écaillage (amorçage, croissance et coalescence de microfissures), de nombreuses observations des sections de cible au microscope optique et des plans d'écaillage au microscope électronique à balayage ont été faites. Les effets de la température initiale sur la contrainte seuil d'écaillage et notamment la présence d'une transition fragile-ductile sont analysées par le biais d'une étude bibliographique. L'ensemble des données expérimentales et bibliographiques ont permis de modifier un premier critère base sur la statistique de Boltzmann et l'activation thermique, proposé par Klepaczko. Les observations mésoscopiques des sections de cibles ecaillées ont permis grace à une analyse plus approfondie de supposer que deux mécanismes principaux, l'amorçage fragile et la coalescence par cisaillement (plasticité), sont à l'origine de la rupture finale de l'éprouvette. Une analyse statistique de la participation de ces deux mécanismes à la rupture finale est à la base d'un nouveau critère, plus proche des mésomécanismes en jeux sans entrer dans la complexite des modèles microstatistiques. Ces résultats ont apportés des élements de réponses qui serviront a la modèlisation et à la simulation des problèmes d'écaillage mais aussi de rupture dynamique en général
A special case of dynamic fracture is spallation of materials exposed to high-rate loading' Spall fracture results from the tension produced by the interaction of propagating rarefaction waves. Such waves can be caused by the impact of projectile against a target. In this case, the initial compressive stress wave traveling across the target reflects back at the free surface as a propagating tensile wave. A similar process, appositely directed, occurs in the flyer plate. The superposition of the propagating tensile wave fronts, when of sufficient intensity (amplitude) and time duration, can cause partial or complete separation of the material along a plane perpendicular to the direction of wave fronts. Mechanisms of dynamic fracture are generally dependant on strain rate, stress state, loading history, initial temperature and also microstructure. A setup for plate impact experiment has been completed within this work. This setup is composed of a high pressure gas launcher which is controlled entirely by a computer and an autornaton. All plate impact experiments can be performed in vacuum at different impact velocities from 50 m. S. -1 to 600 m. S. -1. It has permitted to obtain and analyze different stages of spall fracture for several loading times between 0. 8 [mu]s and 2. 6 [mu]s for two different materials : aluminum alloy 7020-T6 and armor steel Mars 190. Numerous observations of spall surfaces and profiles allowed to show that nucleation, growth and coalescence of microvoids or microcracks play the most important role in the fracture process. The effect of initial temperature on the threshold stress of spalling have been studied via a literature survey. All those experimental data allowed to modify the cumulative criterion based on Boltzmann statistics, proposed by Klepaczko, in order to take into account the temperature effects. A new meso-model is also developed in order to estimate particular contributions of quasi-brittle fracture and shear fracture to the total critical stress. This work provides some answers how to model and simulate the spall fracture and more generally the dynamic fracture

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Belotserkovets, Anastasia. "Vers une prédiction du profil de rugosité à l'échelle mésoscopique lors de l'opération de laminage à froid." Valenciennes, 2009. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/4eafb7c6-c646-43cb-aa41-1654ba11f8dd.

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Abstract:

Une méthodologie originale, prenant en compte la présence de lubrifiant lors du laminage à froid, est développée pour mieux contrôler la rugosité finale de la bande. Pour alimenter ce modèle, il est indispensable de connaître la rhéologie de l’acier de la bande ainsi que celle de la couche grenaillée. Elle est déterminée par une méthode inverse couplant MEF et des essais de Vickers. Pour permettre de déterminer le comportement à la déformation plastique, une relation entre les conditions mécaniques de contact est établie à partir du modèle éléments finis. Le modèle de laminage à froid est composé de la bande avec ses aspérités, du lubrifiant et du cylindre de travail. Les aspérités de la bande sont modélisées en 2D (forme de trapèze) en créant des vallées et des plateaux. Un couplage fluide-structure fort est proposé pour étudier l’écrasement des aspérités de la bande d’acier lors du laminage à froid. D’abord la pression du fluide est obtenue en utilisant un modèle fluide-structure. Elle est hydrostatique. Ensuite, l’effet dynamique du débit de fluide est ajouté en mettant à jour le volume. Il est obtenu en utilisant l’équation de Reynolds locale. Le lubrifiant circule à travers la rugosité secondaire des plateaux des aspérités. Donc, le volume du lubrifiant emprisonné et sa pression sont mis à jour dans le modèle de laminage à froid. Le long des calculs, l’aspérité se déforme de l’entrée à la sortie avant de prendre sa forme finale. Les paramètres globaux tels que la traction, la contre-traction, les vitesses sont pris en compte ainsi que les comportements rhéologique (fluide, solide) et tribologique. La méthodologie proposée est appliquée pour déterminer le profil de surface de la bande après le laminage à froid. Elle permet de déterminer les conditions du laminage à froid plus adaptées pour mieux contrôler la rugosité finale de la bande
An original methodology, which takes into account the presence of lubricant during cold rolling, is developed in order to reduce friction and to better control workpiece final roughness. To supply this model, it is essential to know the rheology of the strip as one of the blasted layer. It is given by an inverse methodology using FEM and Vickers test. To make it possible to determine plastic deformation behaviour, a relation between the mechanical conditions of contact is established from the finite elements model. The cold rolling model involves the strip with its asperities, the lubricant and the working roll. The strip asperities are modelled in 2D (trapezoidal shape) forming valleys and plateaus. A fluid-structure strong coupling is proposed to study the flattening of steel strip asperity during a cold rolling sequence. First the fluid pressure is obtained using a fluid structure model. This pressure is hydrostatic one. Then the dynamic effect of the fluid flow is added using an updating of the volume. This is obtained using local Reynolds’ equation. The lubricant flows through the secondary roughness of the top of the asperities. Thus, the volume of lubricant trapped and its pressure are updated on the cold rolling model. During computations, the asperity is deformed from the entry to the exit to obtain its final shape. Global parameters such as front, back tensions, speeds are taken into account but also rheological (fluid, solid) and tribological behaviours. The proposed methodology is applied to determine the strip surface profile after rolling. It makes it possible to determine the conditions of the cold rolling more adapted to better control strip final roughness

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Sansal, Christophe de. "Plasticité et effet de taille dans les polycristaux à grains micrométriques : simulations mésoscopiques et modélisation." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2007. http://www.theses.fr/2007ECAP1042.

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Abstract:

La résistance mécanique des polycristaux augmente lorsque leur taille de grain diminue. Cela se traduit par une loi d'échelle simple, qui est donnée par la loi de Hall-Petch. L'objectif de ce travail est d'étudier ce phénomène, au niveau microstructural et à celui du polycristal massif par une modélisation multiéchelles. Dans ce but nous avons adapté une simulation de dynamique des dislocations en trois dimentions ("mM"), destinée à l'études des monocristaux CFC, à l'étude de polycristaux à tailles de grains micrométriques. En fonction des déformations croissantes, nous observons un effet de taille qui se raproche d'une loi de Hall-Petch, au fur et à meusure que la déformation intergranulaire s'homogénéise. Les évolutions microstructurales obtenues ne sont pas compatibles aves le modèle classique des empilements, mais plutôt avec les modèles basés sur le blocage des dislocations aux joints de grains. En conséquence de ces résultats, nous avons utilisé une approche alternative basée sur un modèle constitutif pour l'évolution des densités de dislocations et leur stockage aux joints de grains, qui est résolu à l'aide d'un code de platicité cristalline. La loi de Hall-Petch est retrouvée avec des valeurs numériques des contantes conformes à l'expérience. Une étude comparative des rotations et des déformations des grains dans ce modèle numérique et des simulations de dynamique des dislocations permet de discuter les forces et les faiblesses des deux approches utilisées.

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Petrişor, Traian. "Structures magnétiques modulés pour le pinning magnétique dans les supraconducteurs à haute température." Thesis, Nancy 1, 2011. http://www.theses.fr/2011NAN10086/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la réalisation et l'étude de systèmes hybrides d'interface entre une couche magnétique et un supraconducteur. Tout d'abord, nous avons réalisé et étudié des structures magnétiques mésoscopiques dont les propriétés magnétiques ont été modulées par l'effet de la dimensionnalité du système (épaisseur et taille latérale). Deux types des structures ont été considérés. La première est constituée par des couches minces de pérovskite LaSrMnO. Par une étude complexe nous avons réussi à démontrer la corrélation directe entre l'incorporation de l'oxygène dans le LaSrMnO et l'évolution de ses propriétés structurales, magnétiques et électriques. Une deuxième classe de matériaux magnétiques étudiés est constituée des métaux de transition (Co) et des alliages (Ni80Fe20). Les couches ont étés structurées par lithographie optique et gravure ionique sous forme d'objets de taille micronique. Par la suite, ces structures ferromagnétiques ont été interfacées avec des films minces constitués d'un supraconducteur à haute température : YBaCuO. L'objectif ultime de cette étude a été le contrôle de la dynamique des vortex dans le supraconducteur par deux types de mécanismes: intrinsèque ou les centres de pinning sont les défauts structuraux dans le film supraconducteur et un mécanisme extrinsèque lié à l'influence des modulations du champ magnétique généré par la structure magnétique mésoscopique adjacente
The present thesis deals with the fabrication and study of hybrid, ferromagnetic/superconducting, interface systems. Magnetic mezoscopic systems, whose magnetic properties were modulated by the dimensionality (thickness and lateral size) of the systems was studied. Two types of structures were considered. The first consisted of perovskite-like epitaxial LaSrMnO thin films. We have demonstrated the direct correlation between oxygen incorporation in the LaSrMnO lattice and the evolution of its structural, magnetic and electric properties. A second class of magnetic materials that has been studied consisted of transition metals (Co) and alloys (Ni80Fe20). We have defined micronic objects from the as-deposited films, by means of optical lithography and ion beam etching. These structures were then integrated to form an interface with thin epitaxial high Tc superconducting films: YBaCuO. The ultimate goal of the above studies was the control of vortex dynamics within the superconducting layer by two mechanisms: the first, intrinsic, in which flux pinning is achieved by structural defects within the superconducting film, and a second one, extrinsic, correlated with influence of the magnetic field modulations created by the adjacent mezoscopic magnetic structure

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Tekitek, Mohamed Mahdi. "Identification de modèles et de paramètres pour la méthode de Boltzmann sur réseau." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00207541.

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Abstract:

Cette thèse comporte trois parties: étude du schéma de Boltzmann sur réseau, schéma adjoint de Boltzmann sur réseau pour l'identification de paramètres et construction d'une couche parfaitement absorbante pour ce schéma.

La première partie introduit et analyse la méthode.

La deuxième partie décrit une approche variationnelle pour l'assimilation de paramètres relatifs à la méthode du gaz de Boltzmann sur réseau. Une méthode adjointe discrète en temps est développée. L'algorithme est d'abord testé sur un écoulement de type Poiseuille linéaire (problème de Stokes), puis il est appliqué à un problème non linéaire. Des résultats encourageants sont obtenus pour un et deux paramètres inconnus.

Finalement la troisième partie décrit une adaptation des couches absorbantes de Bérenger. Il en résulte un modèle d'automate de Boltzmann à neuf vitesses discrètes. Une analyse des ondes réfléchies est ensuite réalisée entre deux milieux de Boltzmann à une dimension, ce qui permet d'obtenir un équivalent des formules de Fresnel pour les schémas de Boltzmann et de proposer des modifications du schéma à l'interface pour annuler les ondes réfléchies. En deux dimensions, la même analyse d'ondes réfléchies met en évidence l'apparition de modes de Knudsen et des ondes transverses qui rendent l'analyse complexe.

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Essongue-Boussougou, Simon. "Méthode des éléments finis augmentés pour la rupture quasi-fragile : application aux composites tissés à matrice céramique." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0018/document.

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Abstract:

Le calcul de la durée de vie des Composites tissés à Matrice Céramique (CMC) nécessite de déterminer l’évolution de la densité de fissures dans le matériau(pouvant atteindre 10 mm-1). Afin de les représenter finement on se propose de travailler à l’échelle mésoscopique. Les méthodes de type Embedded Finite Element (EFEM) nous ont paru être les plus adaptées au problème. Elles permettent une représentation discrète des fissures sans introduire de degrés de liberté additionnels.Notre choix s’est porté sur une EFEM s’affranchissant d’itérations élémentaires et appelée Augmented Finite Element Method (AFEM). Une variante d’AFEM, palliant des lacunes de la méthode originale, a été développée. Nous avons démontré que,sous certaines conditions, AFEM et la méthode des éléments finis classique (FEM) étaient équivalentes. Nous avons ensuite comparé la précision d’AFEM et de FEM pour représenter des discontinuités fortes et faibles. Les travaux de thèse se concluent par des exemples d’application de la méthode aux CMC
Computing the lifetime of woven Ceramic Matrix Composites (CMC) requires evaluating the crack density in the material (which can reach 10 mm-1). Numerical simulations at the mesoscopic scale are needed to precisely estimate it. Embedded Finite Element Methods (EFEM) seem to be the most appropriate to do so. They allow for a discrete representation of cracks with no additional degrees of freedom.We chose to work with an EFEM free from local iterations named the Augmented Finite Element Method (AFEM). Improvements over the original AFEM have been proposed. We also demonstrated that, under one hypothesis, the AFEM and the classical Finite Element Method (FEM) are fully equivalent. We then compare the accuracy of the AFEM and the classical FEM to represent weak and strong discontinuities. Finally, some examples of application of AFEM to CMC are given

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Rocher, Jean-Emile. "Caractérisation expérimentale et modélisation à l’échelle mésoscopique du comportement de tissus 3D de mèches comélées." Thesis, Orléans, 2014. http://www.theses.fr/2014ORLE2035/document.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen 3D-LightTrans ayant pour objectifs la fabrication à grande à échelle et à bas coût de pièces composites. Pour parvenir à ces objectifs, des semi-produits sous forme de tissus 3D de mèches comélées ont été réalisés. Le but de ces travaux est de caractériser le comportement mécanique de ces tissus en vue d’analyser leur formabilité et d’être en mesure de prédire leur comportement pendant les processus de mise en forme utilisés lors de la fabrication des pièces composites. Le premier objectif de ces travaux était de caractériser expérimentalement le comportement mécanique des tissus 3D. Après avoir effectué un état de l’art ayant permis de définir les types et paramètres d’essais à utiliser pour la caractérisation du comportement des tissus, l’analyse des résultats de ces différents essais a permis de mettre en évidence les spécificités du comportement des tissus 3D. Le deuxième objectif des travaux était de modéliser le comportement des tissus par une approche numérique. Le choix s’étant porté sur une approche à l’échelle mésoscopique, le comportement mécanique des mèches comélées a été caractérisé expérimentalement. Les limitations du logiciel GeoFab quant à son utilisation pour la génération de modèles CAO de mailles élémentaires de tissus 3D ont été identifiées. Des améliorations permettant de répondre à ces limitations ont été proposées et leur faisabilité démontrée. Un modèle CAO d’une sous partie de la maille élémentaire d’un des tissus a alors été généré. Après avoir modélisé le comportement des mèches comélées en se basant sur les résultats de leur caractérisation expérimentale, des premières simulations éléments finis ayant permis d’obtenir des résultats encourageants ont été réalisés
This thesis is part of the European project 3D-LightTrans whose objectives are the large scale and low-cost manufacturing of composite parts. To achieve these goals, semi-finished products in the form of 3D fabrics of commingled yarns were produced. The purpose of this work is to characterize the mechanical behavior of these fabrics in order to investigate their formability and be able to predict their behavior during the forming processes used for the manufacturing of composite parts. The first objective of the work was to characterize experimentally the 3D fabrics mechanical behavior. A state of the art was realized in order to define the types and test parameters to use. The analysis of these test results allowed to highlight the specific 3D fabrics mechanical behaviour. The second objective of the work was to model the fabrics behavior using a numerical method. A mesoscopic scale approach having been selected, experimental characterization of the commingled yarns mechanical behavior was necessary. Then, GeoFab software limitations on its use for the generation of CAD models of 3D fabrics unit cells were identified. Improvements to address these limitations have been proposed and their feasibility was demonstrated. A CAD model of a sub part of one of the fabrics unit cell was then generated. After having modeled the commingled yarns behaviour using experimental results, finite element simulations were performed on fabric CAD model and first encouraging results were obtained

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Mané, Zélie. "Détermination et étude des mécanismes mésoscopiques responsables de l'usure des caoutchoucs naturels renforcés." Thesis, Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2011. http://www.theses.fr/2011ECDL0030.

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Abstract:

Dans des conditions de conduite dite douce, la bande de roulement de pneumatique présente des faciès d’usure de type cratères d’usure ou bien des rides.Le but de ce travail de thèse était de recréer et d’étudier ces faciès d’usure pour des élastomères renforcés par du noir de carbone ou de la silice sur un tribomètre rotatif afin de pouvoir expliquer leurs mécanismes de formation. Des parallèles ont été établis entre les valeurs de perte de masse, de coefficient de frottement et le type du faciès d’usure tout en prenant en compte les propriétés physico-chimiques des échantillons.L’étude a expliqué les différences entre les types de faciès d’usure générés sur des matériaux renforcés par du noir de carbone et ceux renforcés par de la silice. Les paramètres influant sur a transition cratères d’usure et rides ont également été étudiés
In soft conditions of driving, wear patterns appear on the tire tread. They are called wear craters and ridges.The aim of this thesis work was to recreate and to study these wear patterns for reinforced elastomers by carbon black or silica on a rotary tribometer in order to explain their mechanisms formation. Parallels were established between the values of mass lost, friction coefficient and the type of wear patterns while taking into account the physico-chemical properties of samples.The study explained the differences between the type of wear patterns generated on reinforced materials by carbon black and those reinforced by silica. Affect parameters on the transition between wear craters and ridges were also studied

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Orliac, Jean-Guillaume. "Analyse et simulation du comportement anisotrope lors de la mise en forme de renforts tissés interlock." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00823359.

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Abstract:

Afin de pouvoir prédire le comportement des renforts de composites 3D interlock au cours d'un procédé de mise en forme, il est nécessaire de connaitre la position des mèches dans le renfort durant la phase de préformage du procédé. Les travaux présentés ici traitent de la simulation du préformage de renforts 3D épais à l'aide d'un élément fini hexaédrique semi-discret spécifique. En utilisant le principe des travaux virtuels, on distingue le travail interne virtuel dû à la tension des mèches des autres travaux virtuels. La raideur due aux tensions de mèches, qui constitue la contribution principale de la rigidité du matériau, est prise en compte à l'aide de barres incluses dans les éléments. Les rigidités dues aux autres sollicitations, comme la compression transverse, les cisaillements ou les frottements inter-mèches, sont décrites par un matériau continu additionnel. La combinaison de ce modèle discret du premier ordre et d'un matériau continu hyperélastique anisotrope dit du second ordre, pour formuler le comportement du matériau va permettre la simulation du préformage des renforts tissés épais. Conjointement aux travaux sur la simulation, des travaux expérimentaux pour l'identification des paramètres matériau de la loi de comportement ont été définis et réalisés. Ces paramètres concernent les deux parties de la formulation du comportement.

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Dissertations / Theses on the topic 'Mécanique mésoscopique'

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