Dissertations / Theses on the topic 'Tomography in-situ'
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Jailin, Clément. "Projection-based in-situ 4D mechanical testing." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLN034/document.
Full textAbstract:
L'analyse quantitative de volumes 3D obtenus par tomographie permet l’identification et la validation de modèles. La séquence d’analyse consiste en trois problèmes inverses successifs : (i) reconstruction des volumes (ii) mesure cinématique par corrélation d'images volumiques (DVC) et (iii) identification. Les très longs temps d’acquisition nécessaires interdisent de capter des phénomènes rapides. Une méthode de mesures, Projection-based Digital Volume Correlation (P-DVC), raccourcit la séquence précédente en identifiant les quantités clés sur les projections. Cette technique réduit jusqu'à 2 le nombre de radiographies utilisées pour le suivi de l’essai au lieu de 500 à 1000. Cette thèse étend cette approche en réduisant la quantité d’informations acquises, rendant ainsi accessibles des phénomènes de plus en plus rapides et repoussant les limites de la résolution temporelle. Deux axes ont ainsi été développés : - d’une part, l'utilisation de différentes régularisations, spatiales et temporelles des champs 4D (espace/temps) mesurés généralise la méthode P-DVC (avec volume de référence) à l'exploitation d’une seule radiographie par étape de chargement. L’essai peut désormais être réalisé de façon continue, en quelques minutes au lieu de plusieurs jours; - d’autre part, la mesure du mouvement peut être utilisée pour corriger le volume reconstruit lui-même. Cette observation conduit à proposer une nouvelle procédure de co-détermination du volume et de sa cinématique (sans prérequis), ce qui ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour l’imagerie des matériaux et médicale où parfois le mouvement ne peut pas être interrompu. Le développement de ces deux axes permet d’envisager de nouvelles façons de réaliser les essais, plus rapides et plus centrés sur l’identification de quantités clés. Ces méthodes sont compatibles avec les récents développements « instrumentaux » de la tomographie rapide en synchrotron ou laboratoire, et permettent de réduire de plusieurs ordres de grandeurs les temps d’acquisition et les doses de rayonnementThe quantitative analysis of 3D volumes obtained from tomography allows models to be identified and validated. It consists of a sequence of three successive inverse problems: (i) volume reconstruction (ii) kinematic measurement from Digital Volume Correlation (DVC) and (iii) identification. The required very long acquisition times prevent fast phenomena from being captured.A measurement method, called Projection-based DVC (P-DVC), shortens the previous sequence and identifies the kinematics directly from the projections. The number of radiographs needed for tracking the time evolution of the test is thereby reduced from 500 to 1000 down to 2.This thesis extends this projection-based approach to further reduce the required data, letting faster phenomena be captured and pushing the limits of time resolution. Two main axes were developed:- On the one hand, the use of different spatial and temporal regularizations of the 4D fields (space/time) generalizes the P-DVC approach (with a known reference volume) to the exploitation of a single radiograph per loading step. Thus, the test can be carried out with no interruptions, in a few minutes instead of several days.- On the other hand, the measured motion can be used to correct the reconstructed volume itself. This observation leads to the proposition of a novel procedure for the joint determination of the volume and its kinematics (without prior knowledge) opening up new perspectives for material and medical imaging where sometimes motion cannot be interrupted.end{itemize}The development of these two axes opens up new ways of performing tests, faster and driven to the identification of key quantities of interest. These methods are compatible with the recent ``hardware" developments of fast tomography, both at synchrotron beamlines or laboratory and save several orders of magnitude in acquisition time and radiation dose
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Arnold, Klaus, Astrid Ziemann, and Armin Raabe. "Acoustic tomography in comparision to in-situ temperature and wind measurements." Universitätsbibliothek Leipzig, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-216523.
Full textAbstract:
Acoustic travel time tomography is presented as an experimental technique for remote monitoring of areally averaged meteorological quantities as the air temperature and the horizontal wind speed. This ground based remote sensing technique uses the nearly horizontal propagation of sound waves in the atmospheric surface layer. Here the acoustic travel time tomography was applied by measuring the travel time at defined propagation paths between several sound sources and receivers. The resulting sound speed were used to obtain estimates of the meteorological parameters. A measuring campaign was carried out at the test site in Lindenberg (DWD) to compare the acoustically derived data with conventional systems. These observations demonstrated that on one side the accuracy of the acoustic system is comparable with in-situ measurements and on the other side the temperature was particularly significant overestimated by the standard sensors, e.g. due to the radiation influenceDie Akustische Laufzeittomographie wird als ein experimentelles Verfahren zur Sondierung meteorologischer Parameter, wie z.B. der Lufttemperatur und der horizontalen Windgeschwindigkeit, vorgestellt. Dieses bodengebundene Fernerkundungsverfahren nutzt die horizontale Ausbreitung von Schallwellen in der atmosphärischen Grenzschicht. Hier wird das Verfahren der Laufzeittomographie angewendet, d.h. bei bekannter Weglänge wird die Ausbreitungszeit von ausgesendeten Schallsignalen zwischen mehreren Schallquellen und Empfängern gemessen. Die resultierenden Schallgeschwindigkeitsinformationen werden genutzt, um daraus die entsprechenden meteorologischen Parameter abzuleiten. Auf dem Gelände des Meteorologischen Observatoriums Lindenberg (DWD) wurde eine Messkampagne durchgeführt, um die akustischen Sondierungen mit konventionellen Systemen zu vergleichen. Die Auswertungen zeigen, dass einerseits die Genauigkeit der Akustischen Tomographie vergleichbar mit den konventionellen in-situ Messungen ist und andererseits, dass die Lufttemperatur aufgrund des Strahlungseinflusses bei Messungen mit den üblichen Sensoren zum Teil erheblich überschätzt wird
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Arnold, Klaus, Astrid Ziemann, and Armin Raabe. "Acoustic tomography in comparision to in-situ temperature and wind measurements." Wissenschaftliche Mitteilungen des Leipziger Instituts für Meteorologie ; 22 = Meteorologische Arbeiten aus Leipzig ; 6 (2001), S. 60-68, 2001. https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A15201.
Full textAbstract:
Acoustic travel time tomography is presented as an experimental technique for remote monitoring of areally averaged meteorological quantities as the air temperature and the horizontal wind speed. This ground based remote sensing technique uses the nearly horizontal propagation of sound waves in the atmospheric surface layer. Here the acoustic travel time tomography was applied by measuring the travel time at defined propagation paths between several sound sources and
receivers. The resulting sound speed were used to obtain estimates of the meteorological parameters. A measuring campaign was carried out at the test site in Lindenberg (DWD) to compare the acoustically derived data with conventional systems. These observations demonstrated that on one side the accuracy of the acoustic system is comparable with in-situ measurements and on the other side the temperature was particularly significant overestimated by the standard sensors, e.g. due to the radiation influence.Die Akustische Laufzeittomographie wird als ein experimentelles Verfahren zur Sondierung meteorologischer Parameter, wie z.B. der Lufttemperatur und der horizontalen Windgeschwindigkeit, vorgestellt. Dieses bodengebundene Fernerkundungsverfahren nutzt die horizontale Ausbreitung von Schallwellen in der atmosphärischen Grenzschicht. Hier wird das Verfahren der Laufzeittomographie angewendet, d.h. bei bekannter Weglänge wird die Ausbreitungszeit von ausgesendeten Schallsignalen zwischen mehreren Schallquellen und Empfängern gemessen. Die resultierenden Schallgeschwindigkeitsinformationen werden genutzt, um daraus die entsprechenden meteorologischen Parameter abzuleiten. Auf dem Gelände des Meteorologischen Observatoriums Lindenberg (DWD) wurde eine Messkampagne durchgeführt, um die akustischen Sondierungen mit konventionellen Systemen zu vergleichen. Die Auswertungen zeigen, dass einerseits die Genauigkeit der Akustischen Tomographie vergleichbar mit den konventionellen in-situ Messungen ist und andererseits, dass die Lufttemperatur aufgrund des Strahlungseinflusses bei Messungen mit den üblichen Sensoren zum Teil erheblich überschätzt wird.
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Kareh, Kristina Maria. "In situ synchrotron tomography of granular deformation in semi-solid Al-Cu alloys." Thesis, Imperial College London, 2013. http://hdl.handle.net/10044/1/29367.
Full textAbstract:
Optimising casting routes involving semi-solid deformation such as semi-solid processing and high-pressure die casting requires a fundamental understanding of the globule-scale mechanisms behind the macroscopic rheological behaviour. This thesis uses time-resolved 3D imaging to directly observe and measure semi-solid alloy deformation from a microstructural perspective. Under isothermal conditions and constant strain rates, deformation mechanisms both at the crystal scale and at the specimen scale were identified during deformation in globular Al-Cu alloys at 64-93% solid. Imaging and quantifying these mechanisms has led to the emergence of a refined understanding of semi-solid deformation based on granular material concepts. It is shown that globularised crystals (above fs > 60%) exclusively rearrange as individual grains during parallel plate compression and backward extrusion at low strain rates. Crystal-crystal interactions are identified for the two loading modes and are not accompanied by plastic deformation of the individual crystals during acquisition. The ubiquitous grain rearrangement is coupled with shear-induced dilation of the solid assembly, whereby the crystals push each other apart in order to accommodate the increasing strain. It is also shown that, for specimens lacking a liquid reservoir, shear-induced dilation causes menisci to be pulled into the specimen from the surface and additionally, at high solid fractions, internal pores to grow. The origins of cracking during semi-solid processing are explored in a granular framework and linked to the shear-induced dilation associated with the solid assembly which increases the initial width of the liquid channels between the grains. Finally, the discrete grain analysis is coupled with the bulk mechanical results to explore the shape of the stress-strain curve and relate it to the imaged and quantified behaviours. All solid fractions tend to the same final stress, hinting at the possibility of a critical state analogous to that in soil mechanics, although fully testing this hypothesis requires varying the confining pressure.
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Ando, Edward. "Experimental investigation of microstructural changes in deforming granular media using x-ray tomography." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENI097/document.
Full textAbstract:
Cette thèse présente un travail expérimental dans le domaine de la mécanique des milieux granulaires.Ce travail introduit une nouveauté fondamentale: durant la déformation d’échantillonsde sable en compression triaxiale classique, leur micro-structure est enregistrée par tomographieà rayons-x en environ 15 étapes de déformation différentes.Afin que tous les grains d’un échantillon soient individuellement visibles dans les imagesde tomographie, les échantillons sont considérablement réduits pour qu’ils mesurent 11 mm endiamètre et 22 mm en hauteur. Cela permet d’identifier et d’individualiser tous les plus decinquante mille grains d’un échantillon.Dans ce travail expérimental, une série d’essais triaxiaux a été réalisée sur trois sables naturels(le sable d’Hostun, le sable d’Ottawa et des Caicos ooids, tous à partir des états initiauxrelativement denses), à deux valeurs de pression de confinement différents (100 et 300 kPa).Dans les images 3D résultantes de la reconstruction des acquisitions tomographiques réaliséesau cours de chaque essai, les grains sont identifiés dans chaque état en utilisant un algorithmede type watershed (ligne de partage des eaux) classique. À partir de ces données discrétisées,des techniques ont été mises au point pour caractériser les contacts grain-à-grain mais aussipour mesurer la cinématique de tous les grains identifiés entre les états pour lesquels des imagestridimensionnelles existent. La cinématique des grains est mesurée avec deux outils spécialementdéveloppés: “ID-Track” suit les grains et donne leurs déplacements; cette information est ensuitenécessaire pour une technique hybride de corrélation d’images discrète pour mesurer la rotationde chaque grain.Des mesures à l’échelle du grain sont présentées en détail pour un essai, et sont ensuitecomparées à des essais dans des conditions différentes. L’objectif est de mettre en évidence lesmicro-mécanismes responsables des différents comportements macroscopiques observés pour cesmatériaux. Cette comparaison met en évidence certains micro-mécanismes importants tels que,par exemple, la déformation d’un échantillon. Celle-ci est concentrée dans une bande de cisaillementbien développée qui correspond à une bande de grains avec des rotations intenses. Dans unéchantillon de grains arrondis, cette bande – définie par des grains – est très nette. Par contre,avec des grains anguleux, les rotations des grains dans la bande “polluent” les grains voisins;leur forme facilite l’engrenage entre grains, qui limite aussi les grosses rotations individuelles desgrains. Cette différence de mécanisme de déformation est utilisée pour expliquer la différencedans la contrainte résiduelle observée à macro-échelle. Des signes de déformation localisée sontsystématiquement observés en train de se produire avant le pic de déformation des échantillons etdes systèmes complexes de chaînes de rotations de grains (qui correspondent aussi à une mesurelocale de déformation calculée avec les déplacements des grains) sont remarquées autour du picde la réponse macroscopique de chaque échantillonThis doctoral thesis presents an experimental investigation into the mechanics of granular media.The novelty that this work brings is that the specimens of sand tested in this work are systematicallyand non-destructively imaged using x-ray tomography. Sample size is considerably reducedfrom standard (specimens measure approximately 22 mm height by 11 mm diameter), allowingentire specimens to be scanned at a sufficiently high resolution to identify all the grains (morethan fifty thousand) in each specimen.A campaign of triaxial compression tests has been run on a series of three different naturalsands with different grain shapes (Hostun sand, Ottawa sand and Caicos ooids – all prepared atrelatively dense initial states), and tested at 100 or 300 kPa cell pressure. In each test around 15x-ray scans are performed. In the 3D images resulting from the reconstruction of the x-ray scansperformed, grains are identified each state using a standard watershed algorithm. Starting fromthese discretised data, techniques are developed in order characterise grain-to-grain contacts,as well as to measure the kinematics of all the identified grains between imaged states. Grainkinematics are measured with two specifically-developed tools: “ID-Track” to track grains yieldingtheir displacements, and a discrete image correlation technique to measure grain rotations.Grain-scale measurements are reported in detail for one test, and are then compared to testsin different conditions, in order to highlight the micro-mechanisms responsible for the observedmacroscopic behaviour. This comparison highlights some important micro-scale mechanisms suchas the increasing rotational frustration of more angular grains when the sample’s deformation isconcentrated in a fully developed shear band; this is used to explain to some extent the highervalue of their residual stress for these materials. Signs of localised deformation are seen to occurwell before the peak in many samples, and complex patterns of rotating grains (which match alocal, grain-based measurement of strain) are noticed around the peak of each sample’s response
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Philippe, Julien. "Développement d'une presse portative pour les études in et ex situ sous conditions extrêmes de pression, température et déformation." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066008.
Full textAbstract:
Les hautes pressions sont précieuses à plusieurs disciplines scientifiques. Ce sera le cas dans cette thèse avec le développement d'un nouvel appareil permettant des possibilités inédites de tomographie et de déformation sous haute pression et haute température. Il apporte la possibilité de nouvelles études scientifiques dans les différents champs disciplinaires que sont les sciences de la Terre, la chimie mécanique, la physique des matériaux et la physique des liquidesHigh pressures are essential in several scientific field. This will be the case in this thesis with the development of a new device enabling new possibilities tomography and deformation under high pressure and high temperature. It brings the possibility of further scientific studies in the various disciplines that are Earth science, mechanical chemistry, physics of materials and liquids physics
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Renner, Axel, Uwe Marschner, and Wolf-Joachim Fischer. "A new imaging approach for in situ and ex situ inspections of conductive fiber–reinforced composites by magnetic induction tomography." Sage, 2014. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A35619.
Full textAbstract:
Fiber-reinforced plastics for industrial applications face constantly increasing demands regarding efficiency, reliability, and economy. Furthermore, it was shown that fiber-reinforced plastics with tailored reinforcements are superior to metallic or monolithic materials. However, a trustworthy description of the load-specific failure behavior and damage evolution of composite structures can hardly be given, because these processes are very complex and are still not entirely understood. Among other things, several research groups have shown that material damages like fiber fracture, delamination, matrix cracking, or flaws can be discovered by analyzing the electrical properties of conductive composites, for example, carbon fiber–reinforced plastics. Furthermore, it was shown that this method could be used for structural health monitoring or nondestructive evaluation. Within this study, magnetic induction tomography, which is a new imaging approach, is introduced in the topic of nondestructive evaluation of carbon fiber–reinforced plastics. This non-contacting imaging method gains the inner spatial distribution of conductivity of a specimen and depicts material inhomogeneity, like damages, not only in two-dimensional images but also in three-dimensional images. Numerical and experimental investigations are presented, which give a first impression of the performance of this technique. It is demonstrated that magnetic induction tomography is a promising approach for nondestructive evaluation. Potentially, it can be used for fabrication quality control of conductive fiber–reinforced plastics and as a structural health monitoring system using an integrated or superficially applied magnetic induction tomography setup.
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Tireira, Aly. "Endommagement dans les alliages AlSi12 pour moteurs automobiles : Observations in situ et modélisation micromécanique." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2015. http://www.theses.fr/2015EMSE0780/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse aux mécanismes de déformations et d’endommagement dans les alliages de coulée pour l’industrie automobile. Les études ont porté sur un alliage modèle contenant 12% de silicium et des éléments d’addition. Il a été fabriqué par le procédé squeeze-casting (coulée sous haute pression) au LKR de l’Université Technologique de Vienne avec laquelle cette thèse s’est déroulée en collaboration. Des essais de traction in situ dans le MEB ainsi que sous tomographie aux rayons X ont permis de suivre l’évolution des microstructures pendant le chargement. Une attention particulière a été portée sur les mécanismes d’initiation et de propagation de l’endommagement. Par ailleurs la technique de la corrélation d’images numérique 2D spécialement développée pour être appliquée à des images MEB a été utilisée pour mesurer les mécanismes d’endommagement à l’échelle des inclusions. Une attention particulièreest portée sur les mécanismes de localisation de la déformation. La corrélation d’images numériques 3D appliquée aux images tomographiques a permis une mesure précise de l’évolution de l’endommagement au cours du chargement. Les données expérimentales obtenues ont permis d’adapter un modèle d’endommagement de type GTN. Une dernière étape s’est consacrée à une modélisation micro mécaniques des microstructures. Des méthodes de caractérisations basées sur des hypothèses statistiques ont permis de mesurer et d’identifier des paramètres microstructuraux. Au regard des mécanismes de déformations et de la morphologie des particules de seconde phases, des microstructures modèles sont proposées pour simuler le comportement du matériau réel. Cette démarche servant essentiellement à simplifier les modèles éléments finis afin de gagner en temps de calcul, elle sert aussi à insérer des mécanismes complexes afin de serapprocher le plus possible du comportement réel du matériauThis thesis focuses on the mechanisms of deformation and damage in cast aluminum alloysfor automotive industry. Studies were carried on a model alloy containing 12% silicon and added element like iron and nickel. The material was prepared by squeeze-casting process at the Vienna University of Technology in Austria with which this thesis was held in collaboration. In situ tensile test with X-rays tomographic observations as well as with Scanning Electron Microscope observations were performed. They allowed following microstructure evolution under mechanical loading. Particular attention was paid to the mechanisms of initiation and propagation of damage. Furthermore the technic of Digital Image Correlation (DIC) developed to be applied to SEM images was used to visualize 2D strain localization mechanisms at second phases particles scale. DIC were also applied on tomographic images and allowed to measure accurately in 3D damage evolution under loading. Experimental data obtained from DIC were used to identify parameters of a Gurson Tvergaard Needleman model and allow to simulate by Finite Element Modeling the damage evolution. At last stages micro mechanical studies were performed by FEM using microstructure obtained from tomographic images. Algorithms were developed to measure and identify statistics parameters of the microstructure. In consideration of the mechanism of deformations and second phase particles morphology, generatedmicrostructures are proposed to simulate the behavior of the material. This approach aims to simplify the FEM models by reducing the number of degree of Freedom and, then reduce computation time. It also enables to insert complex mechanisms in the model to be as close as possible the actual behavior of the material
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Ren, Wenyuan. "In-situ X-ray computed tomography characterisation and mesoscale image based fracture modelling of concrete." Thesis, University of Manchester, 2015. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/insitu-xray-computed-tomography-characterisation-and-mesoscale-image-based-fracture-modelling-of-concrete(3307ca0b-b492-4bfc-91f7-61c092b21707).html.
Full textAbstract:
This study develops a 3D meso-scale fracture characterisation and modelling framework for better understanding of the failure mechanisms in concrete, by combining in-situ micro-scale X-ray computed tomography (XCT) experiments and XCT image-based finite element (FE) simulations. Firstly, sophisticated in-situ XCT experiments are conducted on concrete cubes under Brazilian-like, uniaxial and cyclic compression. Proper procedures for XCT image reconstruction and multi-phasic segmentation are identified. The fracture evolution at different loading stages is characterised and visualised as well as the detailed distributions of aggregates and voids. The Young's moduli of aggregate and cement are obtained by micro-indentation tests and used in XCT-image based asymptotic homogenisation simulations to calculate effective elastic constants of concrete cubes. The XCT technique proves very powerful in characterising and visualising the complicated 3D fracture evolution in concrete. The material properties and the segmented 3D images from the experiments are then used for FE fracture simulations with realistic aggregates, cement and voids. Image-based mesh generation algorithms are developed for 2D in a MATLAB code and identified for 3D in Simpleware. Cohesive interface elements are embedded within cement and aggregate-cement interfaces to simulate the complex nonlinear fracture. Extensive simulations of 40mm and 20mm cubes under compression and tension are carried out. Good agreements are achieved between the load-displacement curves and final crack patterns from the simulations and those from the compressive in-situ XCT tests. The XCT image-based modelling proves very promising in elucidating fundamental mechanisms of complicated crack initiation and propagation in concrete.
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Cai, Biao. "In situ synchrotron tomographic quantification of semi-solid properties of aluminum-copper alloys." Thesis, University of Manchester, 2015. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/in-situ-synchrotron-tomographic-quantification-of-semisolid-properties-of-aluminumcopper-alloys(60c222d0-7e70-4a1e-9ed4-75b8f559d5de).html.
Full textAbstract:
Semi-solid deformation mechanisms are important in a range of manufacturing and natural phenomena, which range from squeeze casting to magma flows. In this thesis, using high speed synchrotron X-ray tomography and a bespoke precision thermo-mechanical rig, a four dimensional (3D plus time) quantitative investigation was performed to study the mechanical / rheological behavior of semi-solid Al-Cu alloys. Various deformation techniques, namely, isothermal semi-solid compression, extrusion and indentation were used. The time-resolved dynamic 3D images were analyzed with the help of novel image quantification techniques including digital volume correlation and image-based simulations of fluid flow. The quantified dynamics at a microstructural scale was then linked with macroscopic mechanical properties. The qualitative and quantitative analyses revealed a range of important semi-solid micromechanical mechanisms including the occurrence and effects of dilatancy, associated liquid flow through the equiaxed microstructure, intra-dendritic deformation, and strain localization during semi-solid deformation, not only shedding new insights into the mechanisms of deformation-induced solidification defect formation (solute segregation, porosity and hot tearing) of semi-solid alloys at both a macroscopic and microscopic level, but also providing benchmark cases for semi-solid deformation models and theories. The experimental methodology, techniques and analysis procedures developed in this thesis are generic in nature and can be applied to a wide range of research fields.
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Bouterf, Amine. "Comportement mécanique de la plaque de plâtre étudié par tomographie et essais mécaniques in-situ." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014DENS0010/document.
Full textAbstract:
Une plaque de plâtre allégée est un produit constituée d’un cœur, « mousse de plâtre », dont la porosité peut atteindre 75% et de revêtements de carton. Il est important de comprendre et caractériser le comportement mécanique de la plaque de plâtre pour optimiser le compromis résistance thermique / tenue mécanique. Pour répondre à cet objectif, des méthodologies spécifiques de corrélation d’images numériques et d’identification du comportement mécanique dans des régimes fortement non-linéaires (endommagement, effondrement de la porosité, fissuration macroscopique…) ont été développées et mises en œuvre. Une première classe de propriétés mécaniques, conditionnant la manutention et la pose des plaques, concerne la tenue à la flexion. Des essais de flexion trois et quatre points ont été réalisés jusqu’à la rupture. La corrélation d’images numériques 2D a été utilisée pour suivre la cinématique de l’essai. Le comportement de la plaque de plâtre en flexion a été identifié grâce à une description continue et homogénéisée de type poutre où la dégradation progressive de la rigidité de la plaque est décrite par une loi d’endommagement. Une procédure d’identification spécifique est présentée où imperfections expérimentales et brisures éventuelles de symétrie sont prises en compte. L’analyse montre que le comportement de la plaque en flexion est essentiellement piloté par les propriétés mécaniques de la face cartonnée et de la qualité de l’interface papier-plâtre. Le mécanisme de rupture en flexion a été également identifié par des essais in-situ dans un tomographe. Une deuxième catégorie de propriétés mécaniques concerne un essai normatif d’arrachement. Grâce à des tests réalisés au sein d’un tomographe, et à l’analyse de la cinématique par corrélation d’images volumiques, les différentes étapes clefs ont été identifiées, et la compaction du cœur par effondrement de la porosité sous compression a été reconnu comme le facteur limitant. Dans le but de mieux comprendre ce mécanisme de ruine des essais d’indentation sphérique tomographiés ont été réalisés sur des échantillons de mousse constitutive du cœur de la plaque. Sous l’indenteur, une transition brutale entre comportement élastique et compaction forte accompagnée d’un effondrement de la porosité est visible. Pour répondre à la nécessité d’estimer finement l’état de déformation multiaxiale qui caractérise cette transition, une procédure originale de corrélation d’images volumiques intégrée a été développée. Elle s’appuie sur un code commercial d’éléments finis comme moyen de générer une base cinématique adaptée à l’essai d’indentation sphérique. Le couplage d’essais mécaniques in-situ, la corrélation d’images volumiques et la simulation numérique d’une part, et l’intégration d’informations connues a priori dans la démarche d’identification d’autre part ont permis d’identifier un critère de ruine local. Le comportement triaxial du plâtre poreux a été caractérisé également via des essais triaxiaux homogènes, en suivant différents trajets de chargement. Le comportement triaxial du plâtre moussé a été identifié. Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats de l’identification conduite sur l’essai d’indentationLightweight plasterboard is a product composed of a "plaster foam" core whose porosity can reach 75% lined with two sheets of paper. To optimize the compromise between thermal resistance and mechanical strength, it is important to understand and characterize the mechanical behavior of the plasterboard. In the present work, specific methodologies for digital image correlation and identification of the mechanical behavior in highly nonlinear regimes (damage, collapse of porosity, macroscopic cracking ...) have been developed and implemented. A first set of mechanical properties, crucial for handling and placarding, concerns the bending strength. Three and four points bending tests were performed until failure. Digital image correlation was used to follow the kinematic of the test. The behavior of the plasterboard has been identified through a homogenized continuum description based on plate kinematic where the progressive degradation of bending stiffness is described through a damage law. A specific procedure for identification is presented where experimental imperfections and symmetry breakdown are tolerated and accounted for. The analysis shows that the mechanical behavior of the plasterbaord in bending test is controlled primarily by the mechanical properties of the paper lining and the quality of gypsum / paper interface. The failure mechanism in bending test was also identified through in-situ tests performed inside the tomograph. A second category of mechanical properties relates to a normative test “Nail pull test”. Through tests conducted inside the tomograph and the analysis of the kinematics by digital volume correlation, the different key stages of the failure mechanism have been identified. The compaction of the core by the collapse of porosity in compression has been recognized as the limiting factor. In order to better understand the compaction mechanism in-situ spherical indentation tests were performed on foamed samples prepared from the board core. The results from the in-situ experiment show that a compacted zone develops under the indenter, displaying a very sharp boundary with the undamaged material that behaves elastically. To meet the need for estimating accurately the state of multiaxial strain that characterizes this transition, a new methodology is presented. It is an integrated digital volume correlation based on a library of fields adapted to the spherical indentation test and computed from commercial finite element software. Coupling in-situ mechanical tests, digital volume correlation and numerical simulations on the one hand, and integration a priori known information in the identification process on the other hand allowed us to identify a local failure criterion. The behavior of porous plaster was also characterized via homogeneous triaxial tests, by following different loading paths. The triaxial behavior of foamed plaster has been identified. The results are in agreement with those obtained via the identification procedure conducted on the spherical indentation tests
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Jackson, Jarom Silver. "In Situ Magnetic Field Characterization with the Directional Hanle Effect." BYU ScholarsArchive, 2016. https://scholarsarchive.byu.edu/etd/5982.
Full textAbstract:
We present a novel method of in situ magnetic field mapping related to the Hanle effect. This method uses the change in spatial radiation pattern of scattered light, which we call a 'directional Hanle effect,' rather than the loss of polarization more commonly associated with the Hanle effect. It is particularly well suited for fields in a magneto-optical trap (MOT), requiring only the addition of a narrow slit and a camera to typical MOT components. The use of this method is demonstrated by measuring the gradient through, and location of, the zero-point of the field in our strontium MOT.
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Lalechos, Antonios V. "Evaluation of X-ray CT tomography as a means for investigating in-situ electrical contact interfaces." Thesis, University of Southampton, 2010. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.536365.
Full text
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Melinte, Georgian. "Advanced 3D and in-situ TEM approaches applied to carbon-based and zeolitic nanomaterials." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAE009/document.
Full textAbstract:
Dans le cadre de cette thèse, des techniques avancées de Microscopie électronique à transmission (MET)ont été utilisées dans le but de caractériser et de fabriquer de nouveaux nanomatériaux pour des applications dans les domaines de la nanoélectronique et de la catalyse. Trois types de matériaux fonctionnalisés sont étudiés: le graphène multifeuillets (FLG– Few-Layer Graphene) avec des nanomotifs,des nanotubes de carbone (CNTs - Carbon Nanotubes en anglais) et des zéolithes mésoporeux. La formation de nanomotifs de tranchées et de tunnels sur des flocons de FLG à l’aide de nanoparticules(NPs) de fer est étudiée dans une approche qui combine la tomographie électronique et la MET environnementale. Le rôle des facettes de la nanoparticule et des paramètres topographiques de FLG a été déterminé du point de vue quantitatif, ce qui a mené à la mise en évidence du mécanisme de formation des nanomotifs de tranchées et de tunnels. Le transfert de nanoparticules à base de métal entre deux nanostructures de carbone a été également étudié, en temps réel, en employant un porte-échantillon MET couplé avec un dispositif STM (Scanning Tunneling Microscope en anglais). Le protocole de contrôle du transfert des nanoparticules, les transformations chimiques et structurales subies par celles-ci, le mécanisme de croissance de nouvelles nanoparticules et d’autres phénomènes liés à ces effets ont été étudiés avec attention. La dernière partie de la thèse est centrée sur l’étude de la tomographie électronique à faible dose de la porosité induite dans deux classes de zéolithes, ZSM-5 et zéolithe Y, en utilisant un traitement chimique novateur à base de fluorIn this thesis, advanced Transmission Electron Microscopy (TEM) techniques are used to characterize and fabricate new nanomaterials with applications in nanoelectronics and catalysis. Three types of functionalized materials are investigated: nanopatterned few-layer graphene (FLG), carbon nanotubes(CNTs) and mesoporous zeolites. The nanopatterning process of FLG flakes by iron nanoparticles (NPs) is studied using an approach combining electron tomography (ET) and environmental TEM. The role of the nanoparticle faceting and of the FLG topographic parameters has been quantitatively determined leading to the first determination of the operating mechanism of the patterning process. The mass transfer of metallic-based NPs between two carbon nanostructures was studied as well in real-time by using a TEMSTMholder. The protocol of controlling the mass transfer, the chemical and structural transformations of the NPs, the growth mechanism of the new NPs and other related phenomena were carefully investigated.The last part deals with the low-dose ET investigation of the porosity induced in two classes of zeolites,ZSM-5 and zeolite Y, by an innovative fluoride-based chemical treatment
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Qsymah, Ansam. "In-situ X-ray computed tomography tests and numerical modelling of ultra high performance fibre reinforced concrete." Thesis, University of Manchester, 2016. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/insitu-xray-computed-tomography-tests-and-numerical-modelling-of-ultra-high-performance-fibre-reinforced-concrete(7c27ef36-afc8-4ea7-8c72-7d92eba924f9).html.
Full textAbstract:
Ultra high performance fibre reinforced concrete (UHPFRC) is a relatively new fibre reinforced cementitious composite and has become very popular in construction applications. Extensive experimental studies have been conducted, demonstrating its superior properties such as much higher strength, ductility and durability than conventional fibre reinforced concrete (FRC) and high performance concrete. However, the material's damage and fracture mechanisms at meso/micro scales are not well understood, limiting its wider applications considerably. This study aims at an in-depth understanding of the damage and fracture mechanisms of UHPFRC, combining microscale in-situ X-ray computed tomography (µXCT) experiments and mesoscale image-based numerical modelling. Firstly, in-situ µXCT tests of small-sized UHPFRC specimens under wedge splitting loading were carried out, probably for the first time in the world, using an in-house designed loading rig. With a voxel resolution of 16.9µm, the complicated fracture mechanisms are clearly visualised and characterised using both 2D images and 3D volumes at progressive loading stages, such as initiating of micro-cracks, arresting of cracks by fibres, bending and pulling out of fibres and spalling of mortar at the exit points of inclined fibres. Secondly, based on the statistics of pores in the µXCT images obtained for a 20mm cube specimen, an efficient two-scale analytical-numerical homogenisation method was developed to predict the effective elastic properties of the UHPFRC. The large number of small pores were first homogenised at microscale with sand and cement paste, using elastic moduli from micro-indentation tests. 3D mesoscale finite element models were built at the second scale by direct conversion of the µXCT images, with fibres and large pores were faithfully represented. The effects of the volume fraction and the orientation of steel fibres on the elastic modulus were investigated, indicating that this method can be used to optimise the material micro-structure. Thirdly, 3D mesoscale finite element models were built for the specimen used in the in-situ µXCT wedge splitting test, with embedded fibre elements directly converted from the µXCT images. The fracture behaviour in the mortar was simulated by the damage plasticity model available in ABAQUS. Finally, 2D mesoscale finite element models were developed to simulate the fracture behaviour of UHPFRC using cohesive interface elements to simulate cracks in the mortar, and randomly distributed two-noded 1D fibres and connector elements to simulate the pull-out behaviour of fibres. This approach offers a link between the fibres pull-out behaviour and the response of the whole composite at the macroscale, thus it can be used to conduct parametric studies to optimise the material properties.
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Chen, Yang. "Damage mechanisms in SiC/SiC composite tubes : three-dimensional analysis coupling tomography imaging and numerical simulation." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1056/document.
Full textAbstract:
Du fait de leurs propriétés physiques et chimiques exceptionnelles à haute température par rapport aux métaux, les composites de carbure de silicium (SiC) sont étudiés comme éventuel matériau de gainage du combustible nucléaire dans les réacteurs de fusion ou fission avancée futurs, ainsi que, depuis plus récemment, dans les réacteurs à eau légère existants. Les tubes composites SiC/SiC tressés en 2D, fabriqués par procédé d'infiltration chimique en phase vapeur (CVI), présentent un comportement mécanique anisotrope, faiblement déformable (~ 1%). La maîtrise des relations entre la microstructure, l’endommagement et le comportement macroscopique est essentielle pour optimiser précisément le dimensionnement structurel de ce matériau pour les applications envisagées. Un paramètre de fabrication important est l'angle de tressage, angle entre les torons de fibres et l'axe du tube. L'objectif de ce travail est de fournir une compréhension détaillée de la relation endommagement-microstructure, en particulier des effets de l'angle de tressage sur les mécanismes d’endommagement. Dans ce but, une étude combinant observations expérimentales à macro et micro-échelle et simulations numériques est menée. Les tubes composites sont d’abord étudiés par des essais de traction in situ sous tomographie par rayons X. Les expériences ont été réalisées sur la ligne PSICHE du synchrotron SOLEIL sous faisceau rose polychromatique. Les images tridimensionnelles sont analysées par la technique de corrélation d’image volumique (DVC), complétée par une série d'algorithmes de traitement d'image originaux, développés spécifiquement pour analyser les microstructures 3D, mesurer les déformations à travers l'épaisseur du tube, détecter et caractériser quantitativement le réseau de microfissures créées par le chargement mécanique. De plus, les microstructures réelles, décrites par les images de haute résolution issues des tests in situ, sont utilisées dans les simulations numériques multi-échelle. Les champs de contrainte à l’échelle microstructurale sont calculés en régime élastique par une technique utilisant la transformée de Fourier rapide (FFT). Ils permettent de mieux comprendre l'initiation des fissures et d’interpréter les observations expérimentales par une comparaison directe. Ces approches expérimentales et numériques sont appliquées à trois tubes présentant différents angles de tressage (30 °, 45 ° et 60 °). L’influence de l'angle de tressage sur l'initiation et l'évolution de l’endommagement à cœur des composites est ainsi mise en évidenceBecause of their outstanding physical and chemical properties at high temperature, in comparison with metals, silicon carbide (SiC) composite materials are studied as possible nuclear fuel cladding materials either for future advanced fission/fusion reactors, or more recently, for the currently existing light water reactors. 2D-braided SiC/SiC composite tubes, manufactured by chemical vapor infiltration (CVI), exhibit an anisotropic, hardly deformable (~1%) mechanical behavior. Understanding the relations between the microstructure, the damage mechanisms and the macroscopic behavior is essential to optimize the structural design of this material for the considered applications. One important manufacturing parameter is the braiding angle, i.e. the angle between the fiber tows and the tube axis. The objective of this work is to provide a comprehensive understanding of the damage-microstructure relations, in particular of the effects of the braiding angle on the damage mechanisms. For this purpose, an investigation combining experimental observations at macro and micro-scale and numerical simulations is developed. The composite tubes are first studied through in situ tensile testing under X-ray computed tomography. Experiments were carried out on the PSICHE beamline at synchrotron SOLEIL using a pink polychromatic beam. The recorded 3D images are processed using the digital volume correlation (DVC) technique, extended by a series of advanced image processing algorithms specifically developed in order to analyze the 3D microstructures, to measure the deformations through the tube thickness, and to detect and quantitatively characterize the network of micro-cracks created by the mechanical loading. In addition, numerical simulations are performed on the real microstructures as observed in the high-resolution images recorded during the in situ tests. Stress fields are calculated at the microstructural scale in the elastic regime using a numerical tool based on the Fast Fourier Transform (FFT). They help to better understand crack initiation and interpret the experimental observations within one-to-one comparisons. Both the experimental and numerical approaches are applied to three tubes with different braiding angles (30°, 45° and 60°). The effect of the braiding angle on the initiation and evolution of damage in the bulk of the composite materials can thus be highlighted
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Messager, Alexandre. "Étude de l'amorçage et de la propagation de fissures de fatigue internes courtes en régime gigacyclique dans un alliage d'aluminium de fonderie." Thesis, Paris, HESAM, 2020. http://www.theses.fr/2020HESAE032.
Full textAbstract:
Le procédé de fonderie permet de produire en grande série des pièces à géométrie complexe à faible coût. Cependant, les défauts inhérents à ce procédé de fabrication (soufflures, retassures, etc.) sont des sites privilégiés d’amorçage de fissures de fatigue. La position d'un défaut par rapport à la surface de la pièce influe sur sa nocivité et sur la résistance en fatigue du composant. Les connaissances actuelles sur les mécanismes d'amorçage et de propagation de fissures de fatigue internes sont bien moins développées que celles sur les fissures amorcées à partir de défauts de surface. L’objectif de ce travail est donc de caractériser les mécanismes et cinétiques d’amorçage et de propagation de fissures de fatigue internes courtes dans l’alliage d'aluminium moulé A357-T6. Pour cela, un dispositif expérimental permettant d’observer l’amorçage et la propagation de fissures de fatigue internes par tomographie synchrotron in-situ et thermographie infrarouge a été développé. Les données de tomographie ont permis de quantifier les cinétiques de propagation de fissures internes. Les étendues des facteurs d’intensité des contraintes ont été calculées par éléments finis le long des fronts de fissure en supposant le matériau homogène. Par ailleurs, La microstructure des éprouvettes a été caractérisée par tomographie à contraste de diffraction (DCT) ce qui a permis de réaliser des calculs sur agrégats polycristallins afin de mieux comprendre les interactions entre fissures et microstructure. Enfin, grâce à des simulations thermomécaniques par éléments finis, les élévations de température en surface des éprouvettes, mesurées par thermographie infrarouge, ont pu être corrélées aux évolutions 3D des fronts de fissure observées par tomographieCasting allows the mass production of parts with complex geometry at a low cost. However, defectsinherent to the manufacturing process (pores, shrinkages, etc.) are natural stress concentrators and act as amajor cause of fatigue crack initiation. The defect position from the part surface influences its harmfulnessand the fatigue strength of the component. Initiation and propagation mechanisms of internal fatiguecracks are currently less studied than those emanating from surface defects. The purpose of this work is tocharacterize short internal fatigue crack initiation and propagation mechanisms and kinetics in the A357-T6 cast aluminium alloy. An experimental testing device allowing the observation of internal fatigue crackinitiation and propagation by in-situ synchrotron tomography and infrared thermography was developed.The propagation kinetics of internal cracks were quantif ied through tomographic data processing. Stressintensity factor ranges were calculated by f inite element analysis along the crack fronts assuminghomogeneous material. In addition, the microstructure of the specimens was characterized by diffractioncontrast tomography (DCT) which allowed polycrystalline aggregates simulation in order to betterunderstand the interactions between cracks and microstructure. Finally, thanks to f inite elementthermomechanical simulations, the surface temperature increases of the specimens, measured by infraredthermography, were correlated to the 3D evolution of the crack fronts observed by tomography
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Matai, Caio Vinicius Bardi [UNESP]. "Estudo in vitro para avaliação e validação de medidas lineares na tomografia computadorizada 3D cone beam comparadas às medidas do crânio in situ." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2009. http://hdl.handle.net/11449/98013.
Full textAbstract:
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matai_cvb_me_sjc.pdf: 1230516 bytes, checksum: a6fc95904a3af2e656ac9e3c2960bfaf (MD5)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
As tomografias computadorizadas (TC) tridimensionais (3D) solucionaram em grande parte as inconveniências da sobreposição de acidentes anatômicos laterais comuns (dependendo da direção de incidência dos raios X) nas radiografias realizadas com o indivíduo em perfil. Também eliminou-se a sobreposição de imagens comuns a métodos radiográficos 2D. O propósito neste trabalho foi comparar a precisão das mensurações 3D na identificação de estruturas craniofaciais e ampliar o conhecimento da classe odontológica sobre o uso da Tomografia computadorizada 3D cone beam’ (TCCB) como ferramenta de auxílio no diagnóstico das estruturas faciais. Foram utilizados cinco crânios secos, pertencentes à Disciplina de Anatomia da Faculdade de Odontologia de São José dos Campos – UNESP. Os crânios foram fixados em relação central dos côndilos com máxima intercuspidação dos dentes. Todos os crânios apresentaram seus pontos cefalométricos demarcados com identificadores metálicos e escaneados no tomógrafo cone beam Newtom, sendo que todas as medidas lineares foram comparadas com as medidas in situ mensuradas com o auxílio do paquímetro digital. Após validação do erro do operador, os dados obtidos foram comparados e submetidos a estatística descritiva e à análise de Wilcoxon. Os resultados mostraram que 40% das medidas tiveram uma diferença menor que 0,16mm, 85% apresentaram acurácia abaixo do valor de 0,58mm e que menos de 3% das medidas tiveram diferença de valores acima de 1mm. O teste de Wilcoxon não encontrou nenhuma diferença estatisticamente significante entre os métodos. Concluímos que a TCCB é um método preciso para obtenção de medidas linear de estruturas do crânio quando comparada as mesmas mensurações realizadas in situ(AU)
The three-dimensional (3D) computed tomography (CT) overcame many of the hassles of overlapping anatomical accidents common in lateral radiographs taken with the individual in profile. Also eliminated the overlap of images common to 2D radiographic methods. The purpose of this study was to compare the accuracy of 3D measurements in the identification of craniofacial structures and expanding the knowledge of the class on the use of dental computed tomography 3D cone beam (CBCT) as a tool to aid in the diagnosis of facial structures. The tests were in situ, on a five dry skulls, belonging to the Discipline of Anatomy, São José dos Campos Dental School- UNESP. The skulls were fixed on the central condyle with maximum intercuspation teeth. All of than had their skulls cephalometric points marked with metal identifiers and scanned with Newtom cone beam tomography. Linear measurements were compared with measures in situ measured using the digital caliper. After validation of operator error, the data were compared and subjected to descriptive statistics and analysis of Wilcoxon. The results showed that 40% have had a difference of less than 0.16 mm, 85% were below the accuracy of 0.58 mm and less than 3% of the difference in values were over 1 mm. The test of Wilcoxon found no statistically significant difference between the methods. We conclude that CBCT is a precise method for identifying and measuring the linear skull’s structures when compared the same measurements performed with digital caliper in situ(AU)
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Zhao, Yunqin. "SPECTRAL CALIBRATION FOR SPECTRAL DOMAIN OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY BASED ON B-SCAN DOPPLER SHIFT WITH IN SITU. TISSUE IMAGES." Miami University / OhioLINK, 2019. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=miami1562594660964602.
Full text
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Matai, Caio Vinicius Bardi. "Estudo in vitro para avaliação e validação de medidas lineares na tomografia computadorizada 3D cone beam comparadas às medidas do crânio in situ /." São José dos campos :, 2009. http://hdl.handle.net/11449/98013.
Full textAbstract:
Orientador: Adriano Marotta AraújoBanca: Jefferson Luis OshiroTanaka
Banca: Horácio Faig Leite
Resumo: As tomografias computadorizadas (TC) tridimensionais (3D) solucionaram em grande parte as inconveniências da sobreposição de acidentes anatômicos laterais comuns (dependendo da direção de incidência dos raios X) nas radiografias realizadas com o indivíduo em perfil. Também eliminou-se a sobreposição de imagens comuns a métodos radiográficos 2D. O propósito neste trabalho foi comparar a precisão das mensurações 3D na identificação de estruturas craniofaciais e ampliar o conhecimento da classe odontológica sobre o uso da Tomografia computadorizada 3D "cone beam' (TCCB) como ferramenta de auxílio no diagnóstico das estruturas faciais. Foram utilizados cinco crânios secos, pertencentes à Disciplina de Anatomia da Faculdade de Odontologia de São José dos Campos - UNESP. Os crânios foram fixados em relação central dos côndilos com máxima intercuspidação dos dentes. Todos os crânios apresentaram seus pontos cefalométricos demarcados com identificadores metálicos e escaneados no tomógrafo cone beam Newtom, sendo que todas as medidas lineares foram comparadas com as medidas in situ mensuradas com o auxílio do paquímetro digital. Após validação do erro do operador, os dados obtidos foram comparados e submetidos a estatística descritiva e à análise de Wilcoxon. Os resultados mostraram que 40% das medidas tiveram uma diferença menor que 0,16mm, 85% apresentaram acurácia abaixo do valor de 0,58mm e que menos de 3% das medidas tiveram diferença de valores acima de 1mm. O teste de Wilcoxon não encontrou nenhuma diferença estatisticamente significante entre os métodos. Concluímos que a TCCB é um método preciso para obtenção de medidas linear de estruturas do crânio quando comparada as mesmas mensurações realizadas in situ(AU)
Abstract: The three-dimensional (3D) computed tomography (CT) overcame many of the hassles of overlapping anatomical accidents common in lateral radiographs taken with the individual in profile. Also eliminated the overlap of images common to 2D radiographic methods. The purpose of this study was to compare the accuracy of 3D measurements in the identification of craniofacial structures and expanding the knowledge of the class on the use of dental computed tomography 3D cone beam (CBCT) as a tool to aid in the diagnosis of facial structures. The tests were in situ, on a five dry skulls, belonging to the Discipline of Anatomy, São José dos Campos Dental School- UNESP. The skulls were fixed on the central condyle with maximum intercuspation teeth. All of than had their skulls cephalometric points marked with metal identifiers and scanned with Newtom cone beam tomography. Linear measurements were compared with measures in situ measured using the digital caliper. After validation of operator error, the data were compared and subjected to descriptive statistics and analysis of Wilcoxon. The results showed that 40% have had a difference of less than 0.16 mm, 85% were below the accuracy of 0.58 mm and less than 3% of the difference in values were over 1 mm. The test of Wilcoxon found no statistically significant difference between the methods. We conclude that CBCT is a precise method for identifying and measuring the linear skull's structures when compared the same measurements performed with digital caliper in situ(AU)
Mestre
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Lázaro, Roche Ignacio. "Design, réalisation et test in situ d’une caméra muon pour des applications en sciences de la terre et en génie civil." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018AZUR4074/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est dédiée à la création d'un nouvel outil pour la mesure directionnelle du flux muonique basé sur une chambre de projection temporelle fine avec un plan de lecture Micromegas, afin d’obtenir un détecteur compact avec une résolution angulaire compatible avec les applications d’imagerie ou de monitoring en génie civil et géophysique. La principale motivation est de développer un détecteur capable de combler le vide technologique pour les applications ayant des contraintes d’encombrement et de transportabilité. Cette thèse fournit une revue des différentes technologies de détection de muons existantes et de leurs divers domaines d’application. Deux techniques de mesure de muons sont présentées : la muographie par transmission ou par diffusion. La muographie par transmission, mieux adaptée aux grandes cibles, est basée sur l'atténuation du flux naturel de muons cosmiques due à l'opacité des matériaux traversés. Cette technique passive et non-destructive fournit des informations originales qui pourront être intégrées dans une démarche d’imagerie. Le manuscrit présente la méthodologie utilisée pour la caractérisation du flux incident de muons à la fois en surface et dans des conditions souterraines. Une description détaillée des processus physiques déclenchés par le passage d'un muon à travers le détecteur est fournie. Les résultats des simulations des processus de formation du signal sont présentés et commentés pour justifier les choix du design des composants clés afin de répondre aux exigences de performance quant à résolutions temporelle, spatiale et angulaire. L'influence des paramètres opérationnels ou externes tels que le gain, la température ou la présence de contaminants est également traitée. La thèse étudie en détail les principales phases de conception et d'assemblage du détecteur MUST2, incluant (i) le design du plan de lecture Micromegas, (ii) le choix du gaz, (iii) le design d'un élément homogénéisateur de champ électrique (iv) le choix de l'instrumentation électronique et du signal de déclenchement associé au passage du muon, et (v) la création d'un système auxiliaire de gestion du gaz. La polyvalence du détecteur MUST2 a été prouvée avec l'utilisation réussie de différentes options de déclenchement et d’acquisition. Les données sont obtenues au travers d’un logiciel développé pour le système d’acquisition modulaire du CERN SRS, puis analysées avec un algorithme de reconstruction de la trajectoire, qui récupère le temps de passage, la position 2D, les angles zénith et azimut des muons qui traversent le détecteur. Les caractéristiques, les performances et les limites de la chaîne d'acquisition de données sont présentées et évaluées. Une série de directives visant à améliorer l’efficacité de la chaîne d'acquisition est proposée. Une série de tests de caractérisation a été effectuée dans différents environnements : faisceau contrôlé de muons, ciel ouvert, au fond d'une vallée et dans des conditions souterraines. Ces tests ont contribué à une meilleure compréhension des performances du détecteur et ont permis de régler ses paramètres opérationnels. Malgré les faibles statistiques des tests, les flux mesurés montrent une bonne corrélation avec les environnements ciblés. Une campagne de mesures en conditions réelles a été menée sur le barrage de Saint-Saturnin-les-Apt (Vaucluse). Les résultats expérimentaux obtenus, sont conformes aux valeurs anticipées par le modèle numérique, la transportabilité sur le terrain et la capacité à effectuer des mesures hors laboratoire à long terme ont été démontrées. En revanche, l’impact de la température externe sur l’acquisition des données devra être compensée pour obtenir une acquisition stable permettant de surveiller l’évolution temporelle du flux de muons. En conclusion, les bons résultats obtenus lors de ces tests permettent de valider la caméra MUST2 à des fins de muographie en transmissionThis thesis is dedicated towards the creation of a new direction-sensitive tool for muon flux measurement based on a thin time projection chamber with a Micromegas readout, to achieve a compact detector with an angular resolution compatible with civil engineering and geophysics imagery and monitoring applications. The main motivation is to develop a detector capable to fill the technological gap for applications with compactness and transportability constraints. The dissertation provides a review of the different existing muon detection technologies and their diverse fields of application. Two muon imaging techniques are introduced: transmission and scattering muography. Transmission muography, more suitable for big targets, is based on the attenuation of the natural-occurring cosmic-muon flux due to the opacity of the material they traverse. This non-destructive, passive technique provides original information that can be used for imaging purposes. The work covers the methodology used towards the characterization of the incidental muon flux both on the surface and in underground conditions. A detailed description of the physical processes triggered by the passage of a muon through the detector is provided. Results of the simulations of the signal formation processes are presented and discussed to justify the design choices of the key components so as to meet performance requirements in term of temporal, spatial and angular resolution. The influence of operational or external parameters such as the gain, temperature or presence of contaminants is covered as well. The thesis describes in detail the principal phases of design and assembly of the MUST2 detector, including: (i) the design of the Micromegas readout layout, (ii) the choice of gas, (iii) the conception of an electric field homogenizer, (iv) the choice of the electronics instrumentation and its trigger signal, and (v) the creation of an auxiliary system to manage the gas. The versatility of MUST2 has been proved with the successful use of different trigger options and electronics. The data is acquired by means of software developed for the CERN’s Scalable Readout System electronics and subsequently analyzed with a muon trajectory reconstruction algorithm, which retrieves the: time of passage, 2D position, zenith and azimuth angles of the muons traversing the detector. The characteristics, performance and limitations of the data acquisition chain are presented and evaluated, a series of guidelines towards the improvement of its efficiency of are provided. A series of characterization tests has been carried out in different environments: controlled muon beam, open sky, at the bottom of a valley and in underground conditions. These tests have enabled a better understanding of the performance of the detector and allowed to tune up its operational parameters. Despite the weak statistics of the test runs, the measured muon flux has shown a good correlation with the surrounding target volumes. A campaign of measurements in real field conditions has been carried out at the Saint-Saturnin-les-Apt (Vaucluse, France) dam. The experimental results obtained are in consonance with the values anticipated by the digital model, the field transportability and the capability to perform long-term out-of-lab measurements have been demonstrated. On the downside, the impact of the external temperature on the data acquisition should be balanced out to get a steady acquisition and monitor the temporal evolution of the muon flux. In conclusion, the successful proof-of-concept trial allows to validate the MUST2 camera for transmission muography purposes
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Kämmerer, Sahradha [Verfasser], Wolfgang [Akademischer Betreuer] Baumeister, Martin [Gutachter] Zacharias, and Wolfgang [Gutachter] Baumeister. "Prospects for Visual Proteomics using in situ cryo-electron tomography / Sahradha Kämmerer ; Gutachter: Martin Zacharias, Wolfgang Baumeister ; Betreuer: Wolfgang Baumeister." München : Universitätsbibliothek der TU München, 2018. http://d-nb.info/1195140738/34.
Full text
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Jonsson, Åsa, and Grim Skarsgård. "Synchrotron tomography of pressboard during in-situ compression loading : Construction of compression rig, image acquisition procedure and methods for image processing." Thesis, Uppsala universitet, Tillämpad mekanik, 2015. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-257276.
Full textAbstract:
Pressboard, a high density cellulose-based material used for insulation in high voltage power transformers, exhibits stress relaxation during compressive loading. Investigating the micro-mechanical mechanisms responsible for the relaxation can lead to modifications of the production process to control the behaviour of the material. This investigation can be done using Synchrotron X-ray micro Computed Tomography which provides sufficient temporal and spatial resolutions to capture the stress relaxation process. In the present thesis, a compression rig for in-situ mechanical loading during X-ray micro Computed Tomography was designed and constructed. Local tomography scans with sub-micrometre resolution were obtained at the TOMCAT beamline at the Swiss Light Source, Paul Scherrer Institut, Switzerland. Several fibre segmentation techniques are analysed, together with Optical Flow and Digital Volume Correlation (DVC), methods used for estimating displacement, strain and velocity vector fields. Suitability of the tested methods is evaluated, and it is found that segmentation of individual fibres in a cellulose material of such a high density is probably not possible using currently available segmentation techniques. The movements during relaxation are measurable at the used resolution, and can be estimated using Optical Flow. Further work into correction of image shift due to rig movement between scans, as well as image artefact reduction should allow for measurement and comparisons of displacement during relaxation as well as DVC-computed strain measurements during compression, recreating earlier results.
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Chew, Hooi Pin. "Novel assessments of early enamel erosion." Thesis, University of Manchester, 2013. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/novel-assessments-of-early-enamel-erosion(3d27373c-adf3-4254-9789-66b587b22d92).html.
Full textAbstract:
Dental erosion has been defined as a chemical process that involves the dissolution of enamel and dentine by acid(s) not derived from bacteria when the surrounding aqueous phase is under-saturated with tooth mineral. Clinically however, dental erosion hardly ever occurs exclusively from the other modes of tooth wear such as abrasion and attrition. Hence the term erosive wear has been proposed and used to describe erosion-facilitated wear.With the prevalence of erosive wear being reported to be on the rise among children and adolescents in many countries, a plethora of oral health products such as dentifrices and mouth rinses had been put forward with claims of increasing the resistance of the enamel and / or dentine from being demineralised. However, the efficacy of these oral health products is still widely questionable as the studies carried out were mainly in vitro and / or in situ studies and the contradictory results were reported by different groups of researchers.The above mentioned discrepancies are often due to non-standardised in vitro and in situ study designs of erosion studies. Parameters such as type of acid used, concentration of acid used, duration of acid exposure, inclusion or exclusion of abrasion in the study model, ex vivo or in vivo acid challenge, ex vivo or in vivo treatment with oral health product and the nature of pellicle on the specimen are often varied.The availability of an detection tool which could be used to measure demineralisation on natural tooth surface in vivo would exclude many of the inevitable variability in in situ and in vitro study design, such as the simulation of the intra oral conditions in which the erosion challenge and intervention take place and the nature of the pellicle formed on the specimens. Hence with an in vivo detection tool, it is hopeful that the efficacy of any interventions would be evaluated more accurately and its results expounded to a wider context. It would be useful if the tool was sensitive to the very early stages of the erosion process as this would entail shorter and more economical study designs. Arising from the problems discussed above, potential non-invasive assessment methods that could be used clinically to measure demineralisation were explored and it was found that two optical methods, Optical Coherence Tomography (OCT) and Quantitative Light-induced Fluorescence (QLF) were potential methods for the tasks.The studies described in this thesis were divided into three main big sections; the first being the in vitro validation work of the two optical methods (Chapter 5 and 6), the second, validation of these methods in situ (Chapter 7) and finally the assessment of the efficacy of a high fluoride dentifrice on early enamel erosion using these two methods (Chapter 8).In the in vitro validation (Chapter 5), it was demonstrated that both QLF and OCT were able to detect erosion-interval related changes in natural surface samples eroded with orange juice for 60 minutes. However, results of Multiple Linear Regression and Paired t test suggest that QLF was more sensitive than OCT in the detection of demineralisation changes in this particular experimental setting. QLF demonstrated a R2 value of 0.590 while the best of the OCT outcome measure demonstrated a R2 value of 0.319.Further in vitro study (Chapter 6) was performed to explore the use of a moistened-exposed surface as a reference method for both OCT and QLF as it was felt that it would be beneficial if a coated reference area which posts as an additional step for error could be done away with. Results of this study showed that the moistened-exposed surface could be used a reference method for QLF only but not for OCT. Furnished with the findings of the above mentioned in vitro validation studies, an in situ validation of both the optical methods was performed (Chapter 7). It was found that OCT and QLF were able to longitudinally measure in situ demineralisation on polished and natural surfaced enamel which were subjected to 150 minutes of in vivo exposure to orange juice. Similar to the results of the in vitro study, QLF was found to be more sensitive than OCT in the detection of demineralisation changes on natural surfaced enamel. The last in situ study (Chapter 8) was to evaluate whether there was a protective effect of treating human enamel with a high-concentrated fluoride dentifrice during an active erosion phase and whether OCT and QLF were able to detect the protective effect. It was found that treating natural surface enamel with a 5000ppm NaF dentifrice increased its resistance against concurrent in vivo erosive challenge with an orange juice challenge. QLF was able to detect the protective effect of the 5000ppm NaF dentifrice on natural surface enamel against early in vivo erosion with an orange juice challenge regime while OCT did not.
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Lemarié, Quentin. "Développement et caractérisation in situ d'électrodes positives pour batteries Lithium/soufre." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI041.
Full textAbstract:
La technologie Li-ion, bien que dominant le marché actuel des batteries, souffre du prix élevé et de la toxicité de certains de ses matériaux et peine à atteindre les objectifs de performances notamment fixés pour leur utilisation dans les véhicules électriques et hybrides. Face à ces limitations, la technologie lithium/soufre (Li/S) se pose en candidat prometteur pour remplacer à moyen terme la technologie Li-ion. Basée sur un matériau actif abondant et peu cher, le soufre, elle permettrait d’atteindre des densités d’énergie pratiques deux à trois fois supérieures à celles des batteries Li-ion actuelles. Cependant, les réactions électrochimiques du système Li/S impliquent une dissolution/déposition de la matière active, engendrant d’importantes variations morphologiques et la perte de matière active à l’électrode positive qui ont un impact majeur sur la capacité et la tenue au cyclage des batteries Li/S. Ainsi, une bonne compréhension de ces mécanismes de dégradation est nécessaire afin de développer de nouveaux matériaux d’électrode innovants et permettant une optimisation des performances du système Li/S. À ce titre, l’objectif premier de cette thèse était d’appliquer des techniques de caractérisation in situ novatrices permettant de relier les propriétés mécaniques et les variations morphologiques des différents matériaux d’électrode utilisés à leur comportement électrochimique. Pour ce faire, trois techniques ont été employées : l’émission acoustique, la tomographie RX et la dilatométrie. Les conclusions tirées des observations effectuées à l’aide de ces outils de caractérisation ont permis d’axer la conception d’électrodes sur l’utilisation d’un liant innovant de type polyélectrolyte. Au cours de ces travaux, nous avons notamment pu démontrer une relation entre l’activité acoustique mesurée au cours des premiers cycles de charge/décharge de différentes formulations d’électrode à leurs propriétés mécaniques. Ensuite, le couplage de la tomographie et de la diffraction RX synchrotron in situ a permis de mettre en évidence de nouveaux phénomènes liés à la dissolution et la déposition du soufre lors du 1er cycle. Enfin, la combinaison de l’étude de la variation d’épaisseur des électrodes par dilatométrie, du suivi de l’activité acoustique et d’observations tomographiques a permis d’attester des propriétés mécaniques améliorées du liant polyélectrolyte. Additionnées à ses propriétés de régulation de la diffusion des espèces soufrées, ces conclusions renforcent l’intérêt certain de ce type de liants pour les électrodes positives des batteries Li/SEven though the Li-ion technology is dominating nowadays battery market, it is suffering from the high cost and toxicity of some of its materials as well as struggling to reach the performance goals set by always more demanding hybrid and electric vehicles. Facing the need for a new battery generation, the lithium/sulfur (Li/S) technology stands as a promising candidate for a medium term industrialization and commercialization. Based on an abundant and low-cost active material, elemental sulfur, it enables practical energy densities two to three times higher than current Li-ion batteries. However, the intermediate electrochemical reactions of this system imply many dissolutions/depositions of the active material, causing important morphological variations at the positive electrode which have a major impact on the capacity and cycling performance of the batteries. Hence a better comprehension of those degradation mechanisms is required in order to develop new and innovating electrode materials enabling an optimization of the performance of the system. Therefore, the first goal of the thesis was to employ innovative in situ characterization techniques in order to develop tools allowing to link the properties of the different electrode materials to the performance of the batteries. To do so, three techniques were used: acoustic emission, X-ray tomography and dilatometry. Then, the conclusions drawn from the observations made from the characterization tools enabled us to focus the conception of the electrodes on using a new binder based on a polyelectrolyte material. In this work, we were in particular able to demonstrate a relationship between the measured acoustic activity during the first charge/discharge cycles of different electrode formulations to their mechanical properties. Then, coupling in situ X-ray tomography and diffraction enabled us to shed light on new phenomena linked to the dissolution and deposition of sulfur during the 1st cycle. Finally, the combination of the study of thickness variation via dilatometry, of the monitoring of the acoustic activity and of tomographic observations was the key to prove the better mechanical properties of the polyelectrolyte binder. Together with its properties of regulation of the sulfur species, our conclusions strengthen the certain interest in the family of materials as a binder of positive electrodes for Li/S batteries
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Muhammad, Rashed D. B. "Assessment of new real-time in-situ optical coherence tomography instrumentation and techniques for diagnosing and monitoring oral and cutaneous lesions." Thesis, University College London (University of London), 2015. http://discovery.ucl.ac.uk/1471556/.
Full textAbstract:
Head and neck cancer is the sixth most common cancer worldwide, with 686,328 new cases per year. Most head and neck cancers are squamous cell carcinomas of the oral cavity and oropharynx, and are burdened by high mortality (50% at 5 years from diagnosis), notwithstanding recent progress in treatment methods. The vast majority of oro-pharyngeal cancers are late diagnosed, with significant adverse effects on cure, morbidity and prognosis. There is general consensus that earlier diagnosis contributes to better outcome measures. Current diagnostic standards consist of clinical examination and surgical biopsy, which are associated with delayed presentation, diagnosis and greater mortality. There is an unmet need for effective diagnostic techniques to aid early identification of cancers. Optical coherence tomography (OCT) is one of a number of non-invasive real-time imaging systems, introduced during the last two decades aiming to provide tissue information similar to conventional histopathological examination. The technique is similar to a B-mode ultrasound section, but employs a scanning near infrared light source rather than ultrasound waves, generating cross-sectional images of the sample tissue in an X-Z orientation. In this study, I investigated a modified OCT oral instrument (VivoSight® Michelson Diagnostics Ltd, Orpington, Kent, UK) with adapted probe for intraoral use. The new oral instrument was not CE marked, was uncalibrated and consequently a non-standard instrument. Therefore, prior to clinical application, the new instrument required calibration and comparison with the conventional instrument to assess and confirm performance in image quality and resolution in X, Y, and Z-planes. A series of laboratory engineering standards were created and compared by scanning with both instruments in X, Y & Z planes. A second series of experiments were conducted using porcine tissue as models for human tissue, confirming the similarities of fact and artefact observable when the two instruments were applied to challenging imaging scenarios, in particular, the effects of dissimilar target tissue refractive indices on the OCT image. The effects (tissue dimensional changes) of fixing samples in formal-incontaining media and tissue processing were also then investigated using this non-invasive measuring technique.
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Koneti, Siddardha. "In situ and 3D environmental transmission electron microscopy of Pd-Al2O3 nano catalysts : Fast tomography with applications to other catalytic systems in operando conditions and to electron beam sensitive nanomaterials." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI123/document.
Full textAbstract:
Au début du XXIème siècle, la Microscopie Electronique à Transmission en mode Environnemental (ETEM) est devenue l’une des techniques les plus fiables de caractérisation de nanomatériaux dans des conditions simulant leur vie réelle. L’ETEM est maintenant en mesure de suivre l’évolution dynamique des nanomatériaux dans des conditions variables comme l’exposition à des températures élevées, l’observation en milieux liquide ou gazeux à diverses pressions. Parmi différents domaines de recherche et développement concernés, la catalyse peut bénéficier de manière significative des avancées permises par la microscopie électronique environnementale. Cette thèse, dédiée au développement de l’ETEM au laboratoire MATEIS, a commencé avec l’étude du système catalytique Pd-alumine. Les nanoparticules de Pd déposées sur alpha -Al2O3 et delta-Al2O3 sont très utilisées en physicochimie avec un impact environnemental important : en particulier dans le domaine de l’hydrogénation sélective, pour la synthèse de polymères ou l’hydrogénation de CO2 pour la production de méthane. Nous avons tout d’abord effectué des analyses 2D aux différentes étapes du processus de synthèse du catalyseur : imprégnation du précurseur, séchage et chauffage pour la calcination dans l’air à la pression atmosphérique. La motivation de cette approche a été de comparer des analyses post mortem avec des traitements en ETEM où l’évolution des nanoparticules peut être mesurée in situ et pas seulement « avant » et « après ». De manière générale, les études faites en ETEM en 2D donnent un aperçu limité sur la morphologie des objets et la distribution spatiale des nanoparticules supportées. Nous avons développé une nouvelle approche d’acquisition rapide pour collecter dans des temps très courts des séries d’images sous différents angles de vue pour la tomographie électronique, la rapidité de cette acquisition étant un prérequis pour appréhender correctement la morphologie d’un nano-système au cours de son évolution dynamique in situ. La technique a ensuite été utilisée pour l’étude de plusieurs systèmes où une acquisition tridimensionnelle rapide est indispensable, notamment sur un sujet concernant un enjeu sociétal important, la dépollution des moteurs diesel : l’oxydation de la suie a été étudiée in situ sur des supports à base de zircone entre 400 et 600°C et une pression de 2 mbar d’oxygène à différents degrés de combustion, ce qui a permis d’extraire des données cinétiques telle que l’énergie d’activation du processus. La tomographie électronique rapide a été également appliquée à des matériaux sensibles au faisceau électronique, comme des nanocomposites polymères et des objets biologiques, montrant le large spectre d’applications possibles pour cette technique, qui constitue un pas important vers la caractérisation operando 3D de nanomatériaux en temps réelIn the beginning of the XXIst century, Environmental Transmission Electron Microscopy has become one of the reliable characterization techniques of nanomaterials in conditions mimicking their real life. ETEM is now able to follow the dynamic evolution of nanomaterials under various conditions like high temperature, liquid or various gas pressures. Among various fields of research, catalysis can benefit significantly from Environmental Microscopy. This contribution starts with the study of the Palladium-Alumina catalytic system. Pd nanoparticles supported by α-Al2O3 and δ-Al2O3 are of an important physicochemical and environmental interest, particularly in the field of selective hydrogenation in petrochemistry, for the synthesis of polymers or CO2 hydrogenation for methane production. We first performed 2D analyses at different steps of the synthesis process, then the same synthesis steps were performed under in situ conditions. The motivation of this approach was to compare post mortem treatments with ETEM observations. In general, 2D data provide limited insights on, for example, the morphology and position of supported nanoparticles. We have then developed a new fast acquisition approach to collect tomographic tilt series in very short times, enabling to reconstruct nano-systems in 3D during their dynamical evolution. Taking advantage of this approach, we have determined the activation energy for soot combustion on YSZ oxidation catalysts for diesel motors from volumetric data extracted from in situ experiments. Fast electron tomography was also applied to electron beam sensitive materials, like polymer nanocomposites and biological materials, showing the wide spectrum of possible applications for rapid 3D characterization of nanomaterials
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Lontoc-Roy, Melinda. "Three-dimensional visualization in situ and complexity analysis of crop root systems using CT scan data : a primer." Thesis, McGill University, 2005. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=82282.
Full textAbstract:
The importance of root systems for soil-based resource acquisition by plants has long motivated researchers to quantify the complexity of root system structures. However, most of those studies proceeded from 2-D spatial data, and thus lacked the relevance of a 3-D analysis. In this project, helical CT scanning was applied to study root systems with an unprecedented level of accuracy, using non-destructive and non-invasive 3-D imaging that allowed for a spatio-temporal analysis. The appropriate CT scan parameters and configuration were determined for root systems of maize seedlings grown in sand and loamy sand. It was found that the soil conditions allowing for better visualization were sand before watering and loamy sand after watering. Root systems were CT scanned and visualized either at a single moment in time or repeatedly on successive days. Complexity analysis was performed by estimating the fractal dimension on skeletonized 3-D images of root systems.
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Naime, João de Mendonça. "Um novo método para estudos dinâmicos, in situ, da infiltração da água na região não-saturada do solo." Universidade de São Paulo, 2001. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18139/tde-13092001-091113/.
Full textAbstract:
A agricultura é a atividade humana que mais afeta o meio ambiente. Imensas quantidades de insumos agrícolas são aplicados sobre o solo e grande parte destes degrada os recursos hídricos. Para uma investigação adequada do efeito destes insumos, estudam-se as propriedades hidráulicas do solo, que influem no transporte de solutos neste meio. Medir tais propriedades e modelar os parâmetros correlatos são tarefas extremamente complexas, devido ao tempo requerido, dinheiro, instrumentação e escala. As metodologias convencionais inferem as propriedades hidráulicas em amostras que estão em equilíbrio, através de técnicas invasivas e sob restrições especiais. Esta tese contribui com a ciência do ambiente, via ciência do solo, propondo um novo método de estudo da infiltração da água na região não-saturada do solo, utilizando a tomografia computadorizada (TC). O tomógrafo foi aqui desenvolvido e construído. A TC, neste trabalho, mediu a umidade (teta) durante o fluxo não-saturado e, através da solução numérica da equação de Richards e do modelo de Rossi-Nimmo, obtiveram-se a curva de retenção, a sortividade, k(teta) e a difusividade D(teta). Resultados qualitativos, como imagens 2D e 3D, e resultados quantitativos demonstraram a boa correlação do método proposto com o método tradicional de medida da curva de retenção. Amostras de solo estrurado foram analisadas em laboratório e em campo.Agriculture is the human activity that most affects the environment. Huge amounts of chemicals are applied on the soil. Pesticides percolation and runoff degrades water resources. Thus, soil hydraulic properties must be known due to their influence on solute transport. The measurement of these properties and the modelling of related parameters are often difficult, if not impossible, due to the involved time, money, instrumentation, and scale. Traditional methodologies infer hydraulic properties in samples that are in equilibrium, through invasive techniques and under some special constraints. This thesis contributes with environmental science, via soil science, as it proposes a new method to study the infiltration in the unsaturated zone of soil, by means of CT. The scanner was developed and constructed in this work. The proposed methodology uses profiling CT to measure the water content (theta) during the water flow, and by means of numerical solution of Richards equation and Rossi-Nimmo model water retention, sorptivity, hydraulic conductivity k(theta), and diffusivity D(theta) are obtained. Qualitative results, as 2D and 3D images, are presented and the quantitative results of water retention show good correlation of the proposed method with the conventional tensiometers method. Structured soil column samples are analyzed in the field and in laboratory.
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Mazars, Vincent. "Étude des endommagements sur CMC par une approche de modélisation micro-méso alimentée par des essais in situ." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0251/document.
Full textAbstract:
Les composites SiC/SiC pr´esentent d’excellentes propri´et´es thermom´ecaniques `a hautes temp´eratures. Ils apparaissent donc comme des candidats cr´edibles pour remplacer les alliages m´etalliques dans les zones chaudes de moteurs a´eronautiques civils afin d’en r´eduire l’impact environnemental. Comprendre et pr´evoir l’apparition des premiers endommagements constitue donc un enjeu industriel majeur. La d´emarche multi-´echelle propos´ee permet d’int´egrer dans des mod`eles num´eriques les sp´ecificit´es du mat´eriau. Elle s’articule autour d’une phase exp´erimentale de caract´erisation des endommagements et d’une phase de mod´elisation par ´el´ements finis aux ´echelles microscopique et m´esoscopique. Des essais in situ sous microscopes et sous micro-tomographie X (μCT) sont e↵ectu´es pour visualiser et quantifier les m´ecanismes d’endommagement `a des ´echelles compatibles avec les mod`eles num´eriques. Sur la base des observations exp´erimentales, des calculs d’endommagement sont r´ealis´es `a l’´echelle microscopique afin de simuler la fissuration transverse des torons. Des essais virtuels permettent alors d’identifier des lois d’endommagement `a l’´echelle sup´erieure et de mod´eliser l’apparition des premi`eres fissures dans des textures tiss´ees 3D `a l’´echelle m´esoscopique. Cela permet de mettre en ´evidence les liens entre l’organisation du mat´eriau aux di↵´erentes ´echelles et l’initiation des premiers endommagements. Des confrontations essais/calculs sont finalement propos´ees, en comparant notamment les sites d’amor¸cage des endommagements observ´es exp´erimentalement lors des essais in situ sous μCT avec ceux pr´edits par les simulationsSiC/SiC composites display excellent thermomechanical properties at high temperatures. They appear as promising candidates to replace metallic alloys in hot parts of aircraft engines to reduce their environmental impact. Thus, to understand and to predict the onset of damage in such materials is critical. An integrated multi-scale approach is developed to construct numerical models that integrate the specificities of the material at the di↵erent relevant scales. This work is twofold : an experimental characterization of the damage, and finite element modeling at the microscopic and mesoscopic scales. In situ tensile tests are carried out under microscopes and X-ray micro-tomography (μCT). Images are analyzed to visualize and quantify the damage mechanisms at scales consistent with the numerical models. Based on these observations, damage calculations are performed at the microscopic scale to simulate the transverse yarns cracking. Virtual tests are then used to identify damage laws at the upper scale and to simulate the first cracks in 3D woven composites at the mesoscopic scale. Through these simulations, we highlight the links between the organization of the material at di↵erent scales and the initiation of the damages. Comparisons between experiments and calculations are finally performed. In particular, the predicted damage events are compared to those obtained experimentally on the same specimen during in situ μCT tensile tests
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Engelberg, Dirk Lars. "Grain boundary engineering for intergranular stress corrosion resistance in austenitic stainless steel." Thesis, University of Manchester, 2006. http://www.manchester.ac.uk/escholar/uk-ac-man-scw:207805.
Full textAbstract:
Austenitic stainless steels are frequently used for engineering applications in aggressive environments. Typical sources of component failures are associated with localized attack at grain boundaries, such as intergranular corrosion and stress corrosion cracking. To prevent premature failures, structural integrity assessments are carried out, with the aim of predicting the maximum likelihood of cracking that may develop. For accurate predictions it is of great importance to know the interaction of parameters involved in life-determining processes. This PhD thesis investigates the effect of microstructure and stress on intergranular stress corrosion cracking in Type 302 / Type 304 austenitic stainless steels. High-resolution X-ray tomography has been successfully applied to examine, for the first time in 3-dimensions, in-situ, the interaction between microstructure and crack propagation. The development and subsequent failure of crack bridging ligaments has been observed and correlated with regions of ductile tearing persistent on the fracture surface. These ductile regions were consistent with the morphology of low-energy, twin-type grain boundaries, and are believed to possess the capability of shielding the crack tip. Following this observation, a new grain bridging model has been developed, in order to quantify the effect of static stress and crack bridging on the maximum likely crack length. The model was compared and evaluated with in the literature available percolation-like models. Intergranular stress corrosion tests in tetrathionate solutions have been designed and carried out to validate the new model. The assessment comprised,(i) a thorough examination of the microstructure and analysis parameters employed,(ii) the determination of the degree of sensitisation with subsequent crack path investigations,(iii) the identification of a suitable test system with associated grain boundary susceptibility criteria,(iv) the application of Grain Boundary Engineering (GBE) for microstructure control,(v) statistical crack length assessments of calibrated IGSCC test specimens. The results of these tests showed that the new model successfully predicts the magnitude of stress and the effect of grain boundary engineering on the maximum crack lengths.
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Przybilla, Thomas [Verfasser], Erdmann [Akademischer Betreuer] Spiecker, and Erdmann [Gutachter] Spiecker. "Studying the structure and mechanical properties of nanoporous materials by advanced tomography and in situ mechanical testing / Thomas Przybilla ; Gutachter: Erdmann Spiecker ; Betreuer: Erdmann Spiecker." Erlangen : Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), 2019. http://d-nb.info/1201161452/34.
Full text
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Vanpeene, Victor. "Étude par tomographie RX d'anodes à base de silicium pour batteries Li-ion." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI023/document.
Full textAbstract:
De par sa capacité spécifique théorique dix fois plus élevée que celle du graphite actuellement utilisé comme matériau actif d'anode pour les batteries Li-ion, le silicium peut jouer un rôle important dans l'augmentation de la densité d'énergie de ces systèmes. La réaction d'alliage mise en place lors de sa lithiation se traduit cependant par une forte expansion volumique du silicium (~300 % contre seulement ~10 % pour le graphite), conduisant à la dégradation structurale de l'électrode, affectant notablement sa tenue au cyclage. Comprendre en détail ces phénomènes de dégradation et développer des stratégies pour limiter leur impact sur le fonctionnement de l'électrode présentent un intérêt indéniable pour la communauté scientifique du domaine. L'objectif de ces travaux de thèse était en premier lieu de développer une technique de caractérisation adaptée à l'observation de ces phénomènes de dégradation et d'en tirer les informations nécessaires pour optimiser la formulation des anodes à base de silicium. Dans ce contexte, nous avons utilisé la tomographie aux rayons X qui présente l'avantage d'être une technique analytique non-destructive permettant le suivi in situ et en 3D des variations morphologiques s'opérant au sein de l'électrode lors de son fonctionnement. Cette technique a pu être adaptée à l'étude de cas du silicium en ajustant les volumes d'électrodes analysés, la résolution spatiale et la résolution temporelle aux phénomènes à observer. Des procédures de traitement d'images adéquates ont été appliquées afin d'extraire de ces analyses tomographiques un maximum d'informations qualitatives et quantitatives pertinentes sur leur variation morphologique. De plus, cette technique a pu être couplée à la diffraction des rayons X afin de compléter la compréhension de ces phénomènes. Nous avons ainsi montré que l'utilisation d'un collecteur de courant 3D structurant en papier carbone permet d'atténuer les déformations morphologiques d'une anode de Si et d'augmenter leur réversibilité en comparaison avec un collecteur de courant conventionnel de géométrie plane en cuivre. Nous avons aussi montré que l'utilisation de nanoplaquettes de graphène comme additif conducteur en remplacement du noir de carbone permet de former un réseau conducteur plus à même de supporter les variations volumiques importantes du silicium. Enfin, la tomographie RX a permis d'étudier de façon dynamique et quantitative la fissuration et la délamination d'une électrode de Si déposée sur un collecteur de cuivre. Nous avons ainsi mis en évidence l'impact notable d'un procédé de "maturation" de l'électrode pour minimiser ces phénomènes délétères de fissuration-délamination de l'électrodeBecause of its theoretical specific capacity ten times higher than that of graphite currently used as active anode material for Li-ion batteries, silicon can play an important role in increasing the energy density of these systems. However, the alloying reaction set up during its lithiation results in a high volume expansion of silicon (~300% compared with only ~10% for graphite) leading to the structural degradation of the electrode, which is significantly affecting its cycling behavior. Understanding in detail these phenomena of degradation and developing strategies to limit their impact on the functioning of the electrode are of undeniable interest for the scientific community of the field. The objective of this thesis work was first to develop a characterization technique adapted to the observation of these degradation phenomena and to draw the necessary information to optimize the formulation of silicon-based anodes. In this context, we have used X-ray tomography which has the advantage of being a non-destructive analytical technique allowing in situ and 3D monitoring of the morphological variations occurring within the electrode during its operation. This technique has been adapted to the case study of silicon by adjusting the analyzed electrode volumes, the spatial resolution and the temporal resolution to the phenomena to be observed. Appropriate image processing procedures were applied to extract from these tomographic analyzes as much qualitative and quantitative information as possible on their morphological variation. In addition, this technique could be coupled to X-ray diffraction to complete the understanding of these phenomena. We have shown that the use of a carbon paper structuring 3D current collector makes it possible to attenuate the morphological deformations of an Si anode and to increase their reversibility in comparison with a conventional copper current collector of plane geometry. We have also shown that the use of graphene nanoplatelets as a conductive additive to replace carbon black can form a conductive network more able to withstand the large volume variations of silicon. Finally, the X-ray tomography allowed studying dynamically and quantitatively the cracking and delamination of an Si electrode deposited on a copper collector. We have thus demonstrated the significant impact of a process of "maturation" of the electrode to minimize these deleterious phenomena of cracking-delamination of the electrode
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Arif, Muhamad Fatikul. "Mécanismes d’endommagement du polyamide-66 renforcé par des fibres de verre courtes, soumis à un chargement monotone et en fatigue : Influence de l’humidité relative et de la microstructure induite par le moulage par injection." Thesis, Paris, ENSAM, 2014. http://www.theses.fr/2014ENAM0008/document.
Full textAbstract:
Le présent travail s'appuie sur une approche expérimentale étendue visant l'identification des mécanismes d'endommagement en chargement quasi-statique et en fatigue du PA66/GF30, en prenant notamment en compte l'influence de la teneur en eau et de la microstructure induite par le moulage par injection. Les essais et les observations in situ au MEB mettent en exergue le rôle déterminant de l'humidité relative sur l'initiation, le niveau et la chronologie de l'endommagement. Une analyse par micro-tomographie aux rayons X sur des échantillons ayant subi un chargement de fatigue montre que l'endommagement augmente continuellement et progressivement au cours de la fatigue, et plus significativement dans la deuxième moitié de sa durée de vie. Les résultats obtenus en quasi-statique et en fatigue révèlent des mécanismes d'endommagement similaires, notamment une décohésion des interfaces fibre/matrice. Une chronologie générale de l'endommagement est établie. Celui-ci s'initie en extrémités de fibres ou plus globalement là où les fibres sont relativement proches les unes des autres. Il s'ensuit des décohésions interfaciales se propageant le long des fibres. A une contrainte en flexion plus élevée, des microfissures de la matrice peuvent apparaître et se propager par coalescence, ce qui aboutira à la rupture. Ces résultats expérimentaux permettent d'alimenter une modélisation multi-échelles de l'endommagement à fort contenu physique. Celle-ci contribuera alors à une prédiction pertinente de l'endommagement dans les thermoplastiques renforcés pour application automobileThe current work focuses on extensive experimental approaches to identify quasi-static and fatigue damage behavior of PA66/GF30 considering various effects such as relative humidity and injection process induced microstructure. By using in situ SEM tests, it was observed that relative humidity conditions strongly impact the damage mechanisms in terms of their initiation, level and chronology. The X-ray micro-tomography analysis on fatigue loaded samples demonstrated that the damage continuously increases during fatigue loading, but the evolution occurs more significantly in the second half of the fatigue life. From the results of damage investigation under quasi-static and fatigue loading, it was established that both loading types exhibit the same damage mechanisms, with fiber/matrix interfacial debonding as the principal damage mechanisms. General damage chronologies were proposed as the damage initiates at fiber ends and more generally at locations where fibers are relatively close to each other due to the generation of local stress concentrations. Afterwards, interfacial decohesions further propagate along the fiber/matrix interface. At high relative flexural stress, matrix microcracks can develop and propagate, leading to the damage accumulation and then the final failure. The experimental findings are important to provide a physically based damage mechanisms scenarios that can be integrated into multiscale damage models. These models will contribute towards reliable predictions of damage in reinforced thermoplastics for lightweight automotive applications
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Pushkareva, Marina. "Study of Void Growth in Commercially Pure Titanium." Thesis, Université d'Ottawa / University of Ottawa, 2017. http://hdl.handle.net/10393/35667.
Full textAbstract:
The ductile fracture process, which consists of the nucleation, growth and coalescence of microvoids, was extensively studied for materials deforming homogeneously. For materials with a non-homogeneous deformation behavior, such as those having hexagonal closed packed (HCP) crystal structure, experimental and numerical data is lacking. Therefore, the fracture properties of materials with such HCP structure, like titanium (used in aerospace and biomedical applications), zirconium (nuclear industry) and magnesium (manufacturing industry) are not well understood. The main research objective of this Ph.D. thesis is to better understand the mechanisms governing fracture in commercially pure (CP) titanium. In particular, the effect of grain orientation on void growth is investigated. The fracture process of CP titanium was visualized in model materials containing artificial holes. These model materials were fabricated using a femtosecond laser coupled with a diffusion bonding technique to obtain voids in the interior of titanium samples. Diffusion bonding was carried out either above or below the phase transformation temperature resulting in different microstructures. Changes in void dimensions during in-situ straining were recorded in three dimensions using x-ray computed tomography. Void growth obtained experimentally was compared with the Rice and Tracey model which predicted well the average void growth. However, a large scatter in void growth was observed experimentally and was explained in terms of differences in grain orientation which was confirmed by crystal plasticity simulations. It was also shown that grain orientation has a stronger effect on void growth than intervoid spacing and material strength. Intervoid spacing, however, appears to control whether the intervoid ligament failure is ductile or brittle. While this study showed a good agreement between experiments and simulations on average, there is no direct void growth comparison for particular grain orientations. In a follow-up study, an experimental approach was developed to directly relate the growth of a void to its underlying grain orientation. This is achieved by first annealing CP titanium samples below the α-β phase transformation temperature, then performing electron backscatter diffraction iii (EBSD) and finally diffusion bonding the samples together. Samples were then tested in x-ray tomography. This study showed the importance of the local state of strain on void growth. Crystal plasticity simulations that take into account the particular grain orientation and the local state of strain were found to predict well experimental void growth. Crystal plasticity simulations confirmed that the orientation of the voidcontaining grain is more important than the orientation of surrounding grains and more important than the volume fraction of voids, in order to determine void growth. This thesis on the growth and coalescence of voids is important to validate and improve the predictions of ductile fracture models and to design new materials with improved fracture properties.
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Larippe, Laure. "Étude du comportement en fatigue des câbles d'acier sous environnement et chargement variables." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPAST121.
Full textAbstract:
Les pneumatiques poids lourds sont renforcés par des câbles d'acier pour reprendre lestensions générées par la pression de gonflage et le poids du véhicule. Le câble est un assemblage de fils perlitiques tréfilés enroulés en hélice sur plusieurs couches. Le comportement mécanique d'un câble est fonction de son architecture ainsi que des possibilités matériaux-procédés existantes à l'échelle du fil. En service, le câble est soumis à une combinaison complexe de sollicitations cycliques de type mécanique et chimique conduisant à un endommagement en fatigue. Pour réduire l'impact environnemental, ces câbles sont visés par une stratégie d'allégement, viable uniquement à performances similaires ou supérieures. Une condition préalable à l'introduction de nouveaux matériaux dans un pneu est donc le développement de modèles fiables prédisant la durée de vie en fatigue des câbles, ce qui implique la compréhension des mécanismes de fatigue.Par simplification, l'étude s'est portée à l'échelle du fil unitaire (diamètre 180 µm). Différents types de fils ont été produits par l'industriel faisant varier des paramètres influents en fatigue. Un essai de fatigue en traction ondulée sous environnement contrôlé représentatif de la sollicitation en service a été mis au point. Les paramètres matériaux-procédé-environnement impliqués dans l'amorçage et la propagation des fissures sont identifiés par la construction de courbes de Wöhler. Des essais de suivi de propagation in-situ de fissures au sein du fil ont été réalisés en environnement contrôlé sous rayonnement synchrotron pour des rapports de charge positifs. Les lois de Paris et les paramètres impactant celles-ci ont été obtenus.L'ensemble des expériences a permis de dégager les mécanismes physiques impliqués et d'identifier les paramètres correspondants. Un modèle prédictif a été développé à l'échelle du fil. Basé sur la propagation d'une distribution de défauts de surface, il estime une durée de vie du fil pour une sollicitation mécanique et chimique donnéeHeavy duty tyres are reinforced with steel cords to take up the stresses generated by the inflation pressure and the weight of the vehicle. The cable is an assembly of drawn wires helically wound in several layers. The mechanical behaviour of a cable is a function of its architecture as well as the material-processing possibilities available at the wire scale. In service, the cable is subjected to a complex combination of cyclic mechanical and chemical stresses leading to fatigue damage. To reduce the environmental impact, these cables are targeted by a lightweighting strategy, viable only at similar or better performance. A prerequisite for the introduction of new materials in a tyre is therefore the development of reliable models predicting the fatigue life of the cords, which implies an understanding of the fatigue mechanisms. For simplicity, the study was carried out at the unit wire scale (180 µm diameter).Different types of wires were produced by the manufacturer, varying the parameters that have an influence on fatigue. A tensile-tensile fatigue test under a controlled environment representative of the stress in service was developed. The material-process-environment parameters involved in crack initiation and propagation are identified by constructing Wöhler curves. In-situ crack propagation monitoring tests within the wire were performed in a controlled environment under synchrotron radiation for positive load ratios. The Paris laws and the parameters impacting them were obtained.All the experiments made it possible to identify the physical mechanisms involved and the corresponding parameters. A predictive model was developed at the wire scale. Based on the propagation of a distribution of surface defects, it estimates the life of the wire for a given mechanical and chemical stress
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Sencu, Razvan. "Multiscale stochastic fracture mechanics of composites informed by in-situ X-ray CT tests." Thesis, University of Manchester, 2017. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/multiscale-stochastic-fracture-mechanics-of-composites-informed-by-insitu-xray-ct-tests(85a0be40-9e7a-4df3-a366-69ac6ce02e35).html.
Full textAbstract:
This thesis presents the development of a new multiscale stochastic fracture mechanics modelling framework informed by in-situ X-ray Computed Tomography (X-ray CT) tests, which can be used to enhance the quality of new designs and prognosis practices for fibre reinforced composites. To reduce the empiricism and conservatism of existing methods, this PhD research systematically has tackled several challenging tasks including: (i) extension of the cohesive interface crack model to multi-phase composites in both 2D and 3D, (ii) development of a new in-house loading rig to support in-situ X-ray CT tests, (iii) reconstruction of low phase-contrast X-ray CT datasets of carbon fibre composites, (iv) integration of X-ray CT image-based models into detailed crack propagation FE modelling and (v) validation of a partially informed multiscale stochastic modelling method by direct comparison with in-situ X-ray CT tensile test results.
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Wang, Long. "Etude de l’influence de la microstructure sur les mécanismes d’endommagement dans des alliages Al-Si de fonderie par des analyses in-situ 2D et 3D." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2015. http://www.theses.fr/2015ECLI0004/document.
Full textAbstract:
Un protocole expérimental a été développé dans cette thèse pour étudier l'influence de la microstructure héritée du procédé de fonderie dit Procédé à Modèle Perdu sur le comportement en fatigue oligocyclique des alliages Al-Si à température ambiante. Dans un premier temps, la microstructure des alliages étudiés a été caractérisée à la fois en 2D et en 3D. Les éprouvettes les plus appropriées et les plus représentatives et les régions d’intérêt où le suivi in-situ est réalisé (ROIs) ont été sélectionnées par une caractérisation préliminaire en tomographie aux rayons X. Cette caractérisation 3D est également nécessaire pour comprendre les mécanismes d’endommagement après rupture de l’éprouvette. Les observations in-situ réalisées en surface en utilisant un microscope longue distance (Questar) et en volume avec la tomographie aux rayons X permettent de suivre l’amorçage et la propagation des fissures et ainsi d'identifier la relation entre les mécanismes d’endommagement et les microstructures moulées. Les champs de déplacement et de déformation en 2D/3D mesurés à l'aide de la Corrélation d'Images Numériques et la Corrélation d’Images Volumiques permettent d'analyser la relation entre les champs mesurés et les mécanismes d'endommagement. L'analyse post-mortem et la simulation éléments finis ont permis de compléter l’analyse des mécanismes d’endommagement. Les grands pores favorisent l'amorçage de fissures car ils augmentent fortement le niveau de contrainte locale. Les inclusions dures (phase Si, intermétalliques au fer et phases au cuivre) jouent un rôle important dans l’amorçage et la propagation des fissures en raison des localisations de déformation sur ces inclusionsAn experimental protocol was developed in this thesis in order to study the influence of casting microstructure on the fatigue behavior in Lost Foam Casting Al-Si alloys in tension and in Low Cycle Fatigue at room temperature. First of all, the microstructures of studied alloys were thoroughly characterized both in 2D and in 3D. The most suitable and representative specimens and Region of Interest (ROIs) where the in-situ monitoring was performed were selected through a preliminary characterization using X-ray tomography, which is also necessary to understand damage mechanisms after failure. In-situ observations performed on surface using Questar long distance microscope and in volume using X-ray tomography allow following cracks initiations and their propagations and thus allow identifying the relation between damage mechanisms and casting microstructure. 2D/3D displacement and strain fields measured using Digital Image Correlation and Digital Volume Correlation allows analyzing the relation between measured fields and damage mechanisms. Postmortem analysis and FEM simulation gave more information for the damage mechanisms. Large pores favor crack initiation as they strongly increase local stress level. Hard inclusions (Si phase, iron intermetallics and copper containing phases) also play an important role in crack initiation and propagation due to strain localizations at these inclusions
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Ihiawakrim, Dris. "Etude par les techniques avancées de microscopie électronique en transmission de matériaux fragiles." Thesis, Strasbourg, 2019. http://www.theses.fr/2019STRAE005/document.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce manuscrit a montré l’importance du développement méthodologique et technique pour identifier et débloquer les verrous empêchant l’analyse de matériaux hybrides et complexes qui se dégradent sous irradiation par un faisceau d’électrons. Nous avons mis en évidence que des dégâts sur l’échantillon produits par les électrons n’apparaissent qu’au-dessus d'un certain seuil de densité de courant électronique qui dépend de la nature du matériau et de ses caractéristiques morphologiques et structurales. Ces développements couplés à la Cryo-EM, nous ont permis de mettre en évidence l’architecture des matériaux hybrides à base de carbone, la variation de la distance lamellaire dans une pérovskite en fonction de la molécule insérée et le positionnement du métal, d’identifier les interactions à l’interface entre deux cristaux moléculaires et la quantification 3D de la fonctionnalisation d’un MOF. Dans la dernière partie, nous avons mis en évidence les processus de nucléation et de croissance d’oxyde de fer par MET in-situ en phase liquideThe present manuscript shows the importance of methodological and technical development to identify and to unblock locks preventing the analysis of hybrid and complex materials that undergo degradation under electron beam irradiation. We have shown that beam-induced damage to the sample only appears above some specific threshold of current density. Such a threshold depends on the nature of the material and on its morphological and structural characteristics. These developments in synergy with the use of Cryo-EM, allowed us to expose the architecture of carbon-based hybrid materials, measure the variation of the lamellar distance in a perovskite according to the molecular spacer and to the positioning of the metal, identify the interactions at the interface between two molecular crystals, and the 3D quantification of the functionalization within a MOF. Lastly, we brought to light the processes of nucleation and growth of iron oxide by in-situ liquid phase TEM
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Liu, Yuanyuan. "Inkjet printed drops and three-dimensional ceramic structures." Thesis, University of Manchester, 2017. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/inkjet-printed-drops-and-threedimensional-ceramic-structures(36785d3d-cca6-4903-8e5b-043fd2198e0f).html.
Full textAbstract:
Inkjet printing is a versatile manufacturing method with applications beyond its traditional application in graphics and text printing, particularly in structural and functional materials. This thesis aims to enhance the understanding of DOD inkjet printing processes by investigating the behaviour of solvent mixtures and nanoparticle suspensions to identify the key parameters affecting drop ejection, drying and stacking processes. Drop ejection and flight were investigated with two modes of inkjet printheads, using a range of fluids formulated from solvent mixtures and characterised by the dimensionless Z number. The printable range was found to be 1.17 smaller or equal to Z smaller or equal to 36.76 for a 10 pl (21.5 micro metre diameter) shear-mode Dimatix printhead. However, with an 80 micro metre diameter squeeze-mode MicroFab printhead, the range was found to be narrower with 4.02 smaller or equal to Z smaller or equal to 16.2. However, both printheads were found to show a printable range of Weber number with 0.4 <We <20. Weber number is determined by the drop velocity and hence the actuating pulse. When designing inks for future printing work, not only the fluid properties, but also the pulse voltages need to be considered. The drop stacking and solidification processes of drops containing nano ZrO2 particles were investigated to enhance the understanding of drop drying and drop/drop interactions. In-situ synchrotron X-ray radiography provides a promising method to track the time-evolved solid segregation within printed drops during drying. Both the initial contact angle and substrate temperature during printing strongly influence the drying process and the final dried deposit shape. The drops were first pinned and then there was a slight sliding of the three-phase contact line. Drops were deformed by the stacking of overprinted drops when printed on Kapton tapes and silicon wafer surfaces, but not on glass slides due to the small contact angle of water on glass slides. Crack-like defects were found at the edge of the final dried stacking structures. The coffee stain effects within a single inkjet printed droplet and the 3D structures before and after sintering were investigated to find out the influence of ink properties, printing parameters and substrate temperature on inkjet printed structures. It was found coffee staining was more obvious at high substrate temperatures. When adding 25 vol% ethylene glycol (EG) or 5 wt% polyethylene glycol (PEG), the coffee stain effect is reduced or eliminated under room temperature drying. X-ray tomography has been demonstrated as a valuable tool for the characterization of 3D printed objects and defects that form during their manufacture. Defects were characterised as microvoids or large-scale crack-like defects. The majority of the microvoids revealed are associated with mechanisms and processes within a single drop, e.g. segregation during dryings such as the formation of coffee stains or coffee rings. The size or distribution of microvoids can be controlled by changing the ink formulation, with higher PEG content inks showing lower concentrations of microvoids.
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Petit, Anélia. "Processus physico-chimiques et impacts des fuites de CO₂ sur les hydrosystèmes proches surface lors d’un stockage géologique : approches expérimentales in-situ et en laboratoire." Thesis, Bordeaux 3, 2020. http://www.theses.fr/2020BOR30032.
Full textAbstract:
Le CO₂ est l’un des principaux gaz à effet de serre qui participe activement au réchauffement du système climatique. La capture et le stockage géologique du carbone permettent de limiter les impacts des augmentations de concentration en CO₂ dans l’atmosphère. La principale qualité d’un site de stockage est de présenter une probabilité de fuite minimale. Il est donc essentiel de développer des outils de surveillance afin d’évaluer leur importance et de prévoir des actions correctives. Ce travail de thèse a pour objectif d’étudier les processus physicochimiques et les impacts d’une fuite de CO₂ sur les hydrosystèmes proches surface (zone vadose (ZV) et nappe) dans un système carbonaté réservoir d’âge Oligocène situé au sein du bassin aquitain. Cette étude a suivi : i) une approche expérimentale sur le site pilote de Saint-Emilion (Gironde, France) où une injection de CO₂ a eu lieu dans l’aquifère à partir d’un puits de forage ; ii) une approche en laboratoire à l’échelle de la carotte afin d’étudier les interactions du système CO₂-H₂O-CaCO₃. Ce travail apporte une démarche expérimentale nouvelle en couplant des méthodes géochimiques et géophysiques sur les deux échelles d’investigation. La ligne de base, réalisée à travers la ZV l’année précédant l’expérience d’injection, a étudié l’évolution naturelle du CO₂ lors d’un cycle hydrogéologique. Après l’injection dans la nappe et au regard de nos résultats, la conductivité électrique (σ), le pH, les concentrations en Ca²⁺, HCO₃- et CO₂ se sont avérés être de bons indicateurs, suffisamment sensibles et réactifs, pouvant être utilisés sur un site de stockage de CO₂ afin de suivre toutes perturbations physicochimiques. Des simulations numériques ont permis de mieux appréhender les processus de réaction et de transport. Les expériences à l’échelle de la carotte ont quantifié l’influence des effets du CO₂ sur le comportement électrique de la roche carbonatée. Une meilleure définition de la relation entre les concentrations en CO₂, la σ et le pH permet de passer de l’échelle de la carotte à l’échelle du site pilote et vice versa. L’ensemble des résultats de ce travail de thèse met en avant l’importance de la caractérisation de l’hétérogénéité pétrophysique du réservoir. Il est également essentiel d’établir une ligne de base, permettant de distinguer les variations naturelles en CO₂ de celles induites par une fuite. Le couplage des observations sur le terrain et des démonstrations en laboratoire permet d’augmenter les chances de détection d’une fuite de CO₂ sur un site de stockage géologiqueCO₂ is one of the main greenhouse gases that actively contributes to the global warming. The carbon capture and geological storage can limit the impacts of increases in CO₂ concentration in the atmosphere. The main quality of a storage site is to present a minimum probability of leakage. Therefore, it is essential to develop monitoring tools in order to assess their importance and plan corrective actions. The objective of this thesis is to study the physicochemical processes and the impacts of a CO₂ leak on near-surface hydrosystems (vadose zone (VZ) and aquifer) in a carbonate reservoir system of Oligocene age located within the Aquitaine basin. This study followed: i) an experimental approach at the Saint-Emilion pilot site (Gironde, France) where CO₂ injection took place into the aquifer from a borehole; ii) a core-scale laboratory approach to study the interactions of the CO₂-H₂O-CaCO₃ system. This work brings a new experimental approach by coupling geochemical and geophysical methods on the two scales of investigation. The baseline, carried out through the VZ the year before the injection experiment, studied the natural evolution of CO₂ during a hydrogeological cycle. After injection into the aquifer and according to our results, the electrical conductivity (σ), the pH, the concentrations of Ca²⁺, HCO₃- and CO₂ turned out to be good indicators, sufficiently sensitive and reactive, which can be used on a CO₂ storage site to monitor any physicochemical disturbances. Numerical simulations have made it possible to better understand the reaction and transport processes. Core-scale experiments quantified the influence of CO₂ effects on the electrical behavior of carbonate rock. Better definition of the relationship between the concentrations of CO₂, σ and pH makes it possible to pass from the core scale to the pilot site scale and vice versa. All the results of this thesis work highlight the importance of characterizing the petrophysical heterogeneity of the reservoir. It is also essential to establish a baseline, making it possible to distinguish natural variations in CO₂ from those induced by a leak. Coupling field observations and laboratory demonstrations increases the chances of detecting a CO₂ leak at a geological storage site
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Andersen, Ingrid Marie. "2D and 3D quantitative TEM mapping of CoNi nanowires." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30205.
Full textAbstract:
Les nanofils magnétiques constituent un domaine de recherche en plein essor. De section cylindrique, ils permettent la propagation des parois de domaines magnétiques à très grandes vitesses et des interactions fortes avec les ondes de spin, ce qui les rend particulièrement intéressants pour le développement de futurs composants de la spintronique. L'objectif de ce travail de thèse est de fournir une analyse quantitative et qualitative complète de la configuration magnétique locale dans des nanofils magnétiques cylindriques d'alliage CoNi à anisotropie magnétocristalline perpendiculaire en utilisant les techniques d'imagerie magnétique avancées de la microscopie électronique à transmission (MET), principalement axées sur l'holographie électronique (HE). Une étude corrélative entre les propriétés structurales, les variations locales de composition et les configurations magnétiques de ces nanofils a été réalisée. De plus, les configurations tridimensionnelles (3D) complexes des domaines et des parois magnétiques ont été analysées par tomographie holographique de champ vectoriel (THCV) afin d'obtenir les trois composantes de l'induction magnétique. Enfin, un protocole a été développé pour étudier in situ par microscopie de Lorentz la configuration magnétique de ces nanofils lors de l'injection d'impulsions de courant. La première partie de ce travail est focalisée sur la corrélation des configurations magnétiques de nanofils individuels de CoNi avec les propriétés structurales et chimiques locales. L'orientation de la phase cristalline a été cartographiée en diffraction électronique par précession et combinée à des mesures de composition par spectroscopie de perte d'énergie des électrons. Les résultats révèlent une coexistence de grains de phase cfc et de phase hcp, cette dernière présente sa direction cristallographique c orientée presque perpendiculairement à l'axe du nanofil. Cette coexistence de phases cristallographiques est à l'origine de variations localisées et abruptes de la configuration magnétique. Deux nanofil configurations principales ont été observées : une chaîne d'états transversaux par rapport à l'axe du, de type vortex, et un état longitudinal. Nous avons observé que les états transversaux sont liés à la phase hcp possédant une forte anisotropie magnétocristalline perpendiculaire, ce que confirment les simulations micromagnétiques. Une autre partie de ce travail concerne l'étude de la structure magnétique 3D des domaines et des parois de domaines dans la phase hcp. Cette étude a été menée pour des états rémanents différents en fonction de l'application d'un champ de saturation perpendiculaire et parallèle à l'axe du nanofil. Les mesures ont été réalisées par la méthode THCV afin d'extraire les trois composantes de l'induction magnétique et reconstruire en 3D la configuration magnétique locale du nanofil. Les résultats montrent une stabilisation d'une chaîne de vortex dans le cas d'une saturation perpendiculaire, et des états d'enroulement longitudinaux séparés par des parois de domaine transversales après l'application d'un champ externe parallèle à l'axe du fils. La dernière partie du manuscrit présente les résultats obtenus en microscopie de Lorentz in situ démontrant la possibilité de manipuler les parois des domaines magnétiques d'un nanofil de CoNi par injection d'impulsions électriques. Cette preuve de concept est considérée comme le précurseur des observations in situ de la dynamique des parois de domaines en EH. Un protocole précis, axé sur les étapes cruciales de préparation des échantillons et les développements à poursuivre pour réaliser ces expériences délicates, est détailléCylindrical magnetic nanowires (NWs) are currently subjects of high interest due to fast domain wall velocities and interaction with spin-waves, which are considered interesting qualities for developing future spintronic devices. This thesis aims to provide a wholesome quantitative and qualitative analysis of the local magnetic configuration in cylindrical Co-rich CoNi NWs with perpendicular magnetocrystalline anisotropy using state-of-the-art transmission electron microscopy (TEM) magnetic imaging techniques, mainly focused on two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) electron holography (EH). A correlative study between the NW's texture, modulation in composition, and magnetic configuration has been conducted. Further, the complex 3D nature of the domain and domain wall configurations have been analyzed using holographic vector field electron tomography (VFET) to retrieve all three components of the magnetic induction. Finally, I have successfully manipulated the magnetic configuration observed by Lorentz microscopy in Fresnel mode by the in situ injection of a current pulse. A TEM study comparing the magnetic configuration to the local NW structure was performed on single NWs. The crystal phase analysis was done by precession electron diffraction assisted automated crystal orientation mapping in the TEM combined with compositional analysis by scanning-TEM (STEM) electron energy loss spectroscopy (EELS) for a detailed correlation with the sample's magnetic configuration. The results reveal a coexistence of fcc grains and hcp phase with its c-axis oriented close to perpendicular to the wire axis in the same NW, which is identified as the origin of drastic local changes in the magnetic configuration. Two main configurations are observed in the NW region: a chain of transversal vortex-like states and a longitudinal curling state. The chain or vortices are linked to the hcp grain with the perpendicular magnetocrystalline anisotropy, as confirmed by micromagnetic simulations. The 3D magnetic structure of the domains and domain walls observed in the hcp grain of the NWs has been studied for two different remnant states: after the application of a saturation field perpendicular (i) and parallel (ii) to the NW axis. The measurements were done using state-of-the-art holographic VFET to extract all three components of the magnetic induction in the sample, as well as a 3D reconstruction of the volume from the measured electric potentials, giving insight into the local morphology of the NW. The results show a stabilization of a vortex chain in the case of perpendicular saturation, but longitudinal curling states separated by transversal domain walls after applying a parallel external field. Finally, preliminary Lorentz microscopy results are presented, documenting the manipulation of magnetic domain walls by the in situ injection of electrical pulses on a single cylindrical CoNi nanowire contacted by focused ion beam induced deposition. This is believed to be the forerunner for quantitative electrical measurements and in situ observations of domain wall dynamics using EH at the CEMES. A detailed protocol focusing on the crucial steps and challenges ahead for such a delicate experiment is presented, together with suggestions for future work to continue the developments
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Devillard, Julie. "Lien entre microstructure et résistance à la compression du gypse moussé." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI043.
Full textAbstract:
La présente étude porte sur la caractérisation microstructurale et mécanique du gypse moussé, matériau de cœur des plaques de plâtre allégées, présentant une forte porosité (75%) multi-échelle. L'objectif de ce travail est de déterminer l'influence de la microstructure du gypse moussé sur la dureté mesurée en indentation sphérique et d'analyser les mécanismes d'endommagement pour différentes microstructures. Des essais d’indentation sphérique ont été conduits sur des échantillons présentant des variations des différentes caractéristiques microstructurales du gypse moussé. Ces essais montrent que la masse a une influence du premier ordre sur la dureté et que la dispersion des mesures de dureté en indentation sphérique peut être reliée à l’hétérogénéité de la macroporosité. Des essais d'indentation in situ ont également été effectués, avec un suivi en tomographie aux rayons X et une analyse par corrélation d’images volumiques, afin d’étudier avec précision les mécanismes d'endommagement. Deux modes d'endommagement différents ont été déterminés selon les densités considérées (fraction de macropores variable). Les résultats de ces essais ont été utilisés pour alimenter un modèle analytique, basé sur un critère énergétique qui relie la force d'indentation à la zone endommagée sous l’indenteur. Cela permet de prédire la courbe force-déplacement d'indentation propre à une microstructure avec comme seule donnée d'entrée un scan de la microstructure initiale. Une modélisation numérique a également été effectuée grâce à la méthode des éléments finis avec la prise en compte de la microstructure réelle, à deux échelles. L’utilisation de différents modèles de comportement, basés sur des critères de plasticité, a permis de prévoir les régions impactées par la densificationThis study focuses on the microstructural and mechanical characterization of foamed gypsum, the core material of lightweight gypsum boards, with a high (75%) multi-scale porosity. The objective of this work is to determine the influence of the microstructure of foamed gypsum on the hardness measured in spherical indentation and to analyze the damage mechanisms for different microstructures. Spherical indentation tests were conducted on samples showing variations in microstructural features of foamed gypsum. The results of these tests show that density has a first-order influence on hardness and that the dispersion of hardness measurements in spherical indentation can be related to heterogeneity in macroporosity. In situ indentation tests were also carried out, with X-ray tomography and digital volume correlation (DVC) analysis, in order to accurately study the damage mechanisms. Two different modes of damage were determined according to the densities considered (variable macropore fraction). The results of these tests were used to feed an analytical model, based on an energy criterion that links the indentation force to the damaged area under the indenter. This provides the prediction of the indentation force-displacement curve specific to a microstructure with a scan of the initial microstructure as the only input data. Numerical modelling was also carried out using the finite element method with consideration of the actual microstructure, at two scales. The densified areas were properly predicted by different behaviour models based on plasticity criteria
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Fosso, Philippe. "Etude in-situ de l'endommagement des matériaux composites à matrice organique par tomographie à rayons X." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1992. http://www.theses.fr/1992ECAP0250.
Full textAbstract:
La première partie de l'étude a consisté à équiper un scanner ND8000 de machines d'essais mécaniques permettant de procéder à des observations in-situ de l'endommagement. Pour ce faire, des micro-machines de traction, de compression, et de délaminage mode I ont été conçues et construites. Elles fonctionnent à l'intérieur de l'orifice du scanner et sont capables d'appliquer des sollicitations monotones. Leur fonctionnement est compatible avec celui du scanner. Ainsi leur influence sur l'atténuation aux rayons X qui permettent de caractériser les matériaux étudiés est très faible. La seconde partie de l'étude a consisté à étudier l'influence de l'état de contraintes mécaniques sur l'endommagement des élastomères et des matériaux composites à fibre de verre et matrice organique. Cette étude est traduite par une analyse des modifications de structure, de la création du dommage, de sa composition et de son évolution au cours des différentes phases du chargement mécanique, à travers l'analyse des profils d'atténuation acquis a ces différentes phases et par la technique d'analyse d'images. Ces deux points constituent l'originalité de ce travail. Une étude comparative de l'état d'endommagement en mesures in-situ, sous contrainte et hors contraintes, est menée et permet de mettre en évidence l'influence de l'état de contraintes mécaniques sur la composition de la zone endommagée et sur la densité tomographique, qui est lie à la microstructure de la zone endommagée. Pour compléter et approfondir les analyses, des études sont menées avec les techniques de contrôle non destructifs telles que la radiographie classique, la transparence, la micrographie et la fractographie. L’utilisation conjointe de la tomographie, de la radiographie et de la transparence permettent de montrer que la zone endommagée en compression a une forme elliptique tridimensionnelle qui est conservée pendant les différentes phases d'évolution de l'état de contrainte mécanique. Ce caractère tridimensionnel de la zone endommagée impose l'utilisation d'une expression du taux de restitution d'énergie par unité de volume endommagée et non celle du taux de restitution pour décrire le comportement du composite. La forme du front de délaminage dans les matériaux composites verre/époxy est parabolique. La taille et la forme de la parabole sont fonction du niveau de chargement et du matériau. Les résultats obtenus sont confrontes a un modèle analytique trouve dans la littérature.
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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.
Full textAbstract:
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 conduiteThis 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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Navon, Maxime. "Hétérogénéité sédimentaire et micro-habitats benthiques : approches in situ et expérimentale." Caen, 2016. https://hal-normandie-univ.archives-ouvertes.fr/tel-01922479.
Full textAbstract:
La sédimentologie de l’estuaire de la baie de Seine orientale se caractérise par une complexité de structures sédimentaires favorisant les hétérogénéités spatiales et verticales. Ce système fortement variable implique des relations macrofaune benthique - sédiments complexes qui n’ont cependant pas été précisément définies. Une nouvelle approche pour l’étude de ces relations a combiné prélèvements in situ et expérimentations en mésocosmes à l’échelle réduite de l’individu. La dimension tridimensionnelle du sédiment a été prise en compte afin de caractériser la distribution verticale de la macrofaune en présence de sédiments hétérométriques. Couplées à des analyses de volumes de vie par CAT-Scan, 98 % de la macrofaune étudiée se situe dans les dix premiers centimètres de sédiment avec la présence de deux pics d’abondance, en surface entre 0 et 2 cm de profondeur et entre 5 et 7 cm de profondeur. Cette forte abondance entre 5 et 7 cm concerne principalement deux espèces, le bivalve Kurtiella bidentata et les polychètes Chaetozone spp. Représentant 80 % de l’abondance à cette profondeur. Cette forte abondance entre 5 et 7 cm n’a toutefois pas pu être expliquée. L’approche expérimentale a mis en évidence le potentiel de remaniement sédimentaire du polychète Lagis koreni et sa grande capacité à déstructurer une colonne sédimentaire, pouvant être reliée aux observations des prélèvements in situ. Ce travail préliminaire a montré le potentiel des méthodologies employées et les résultats suggèrent l’approfondissement de la méthodologieThe eastern Bay of Seine is characterized by complex sediment structures with high spatial and vertical heterogeneities. Its variability involves complexes animal-sediment relationships still unclear. A new approach based on the individual scale combines in situ sampling with experiments. The macrofauna vertical distribution and quantification of biogenics structures have shown the main concentration of the fauna in the first 10 cm depth, such as 98 % of the total abundance. Two abundance pics have been observed, the first close to the surface between 0 and 2 cm depth and the other one between 5 to 7 cm depth, mainly due to two species, Kurtiella bidentata and Chaetozone spp. , which represent almost 80 % of the abundance from 5 to 7cm. Their presence within this depth is still unknown. Experiments have shown the great sediment reworking skill of the worm Lagis koreni and its ability to destroy the sediment structure, which can be linked to the in situ samples. This preliminary work has shown the interest of the technics used and makes us going further
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Latrive, Anne. "Tomographie de cohérence optique plein champ pour l'endoscopie : microscopie in situ et in vivo des tissus biologiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00782552.
Full textAbstract:
L'imagerie optique biomédicale est confrontée aux phénomènes d'absorption et de diffusion de la lumière par les tissus qui atténuent et brouillent le signal au cours de sa propagation. La Tomographie de Cohérence Optique (OCT) filtre les photons balistiques par interférométrie en lumière temporellement incohérente. En particulier, l'approche Plein Champ atteint une résolution de 1 µm, mais sa profondeur de pénétration ne dépasse pas 1 mm. Il est donc impossible d'imager les organes internes in vivo et in situ : il faut pour cela disposer d'un instrument doté d'un endoscope, ce qui n'avait pas été réalisé à ce jour. Nous proposons un système d'OCT Plein Champ avec endoscope flexible qui repose sur le couplage de deux interféromètres, l'un extérieur à la sonde et l'autre situé à l'extrémité de la sonde en contact avec le tissu. Ainsi la sonde est entièrement passive et le signal interférométrique qui la traverse n'est pas perturbé par l'environnement. Sa flexibilité lui permettrait d'imager des organes internes comme le colon. Cependant l'utilisation d'un faisceau de plusieurs milliers de fibres optiques fait apparaître un signal d'interférence parasite dû aux phénomènes de couplage inter-coeurs et inter-modes. Des solutions sont proposées pour s'en affranchir et permettre l'imagerie d'échantillons de tissus. En imagerie par endoscopie rigide deux systèmes sont comparés, avec un ou deux interféromètres, et une sonde composée de lentilles à gradient d'indice. Cette sonde peut imager directement au contact des zones comme la peau, ou en pénétrant l'organe à la manière d'une aiguille, par exemple dans le sein. Elle est assez performante pour être utilisée in vivo sur la peau.
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Chouinard, Julie. "Suivi in situ de cultures tridimensionnelles en bioréacteur à perfusion grâce à la tomographie d'émission par positrons." Thèse, Université de Sherbrooke, 2012. http://hdl.handle.net/11143/6642.
Full textAbstract:
Le suivi continu des substituts tissulaires en développement est crucial afin de comprendre leur évolution au fil du temps. Par contre, la tâche représente tout un défi quand vient le temps d'évaluer des échantillons de grande taille avec les techniques de microscopie. De plus, les méthodes de caractérisation les plus courantes sont fastidieuses et entraînent le sacrifice des cultures. Le développement d'approches de suivi in situ en temps réel, non invasives et non destructives, adaptées aux échantillons non transparents et de grandes tailles, est essentiel dans le domaine du génie tissulaire. Les techniques d'imagerie médicale peuvent répondre à ces besoins sans perturber ni interrompre les cultures en cours. L'hypoThèse de travail de cette Thèse était de démontrer la possibilité d'établir des méthodes d'imagerie in situ, non invasives, non destructives et en temps réel pour le suivi de la viabilité et du métabolisme de cultures tridimensionnelles (3D) de cellules endothéliales dans un gel de fibrine perfusé. Afin d'y arriver, une chambre de culture à perfusion munie de fibres creuses pour la croissance de cellules endothéliales à l'intérieur d'un gel de fibrine a d'abord été conçue. Ensuite, un bioréacteur pulsatif à perfusion apte à assurer la survie et la croissance de cultures 3D in vitro pour le génie tissulaire a été développé et validé. Dans un second temps, les protocoles d'imagerie par tomographie d'émission par positrons (TEP) n'étant pas adaptés aux systèmes de bioréacteurs, il a fallu en développer et valider un en utilisant un radiotraceur bien connu : le [indice supérieur 18]F-fluorodésoxyglucose ([indice supérieur 18]FDG) qui est un marqueur capable de détecter le métabolisme cellulaire. L'imagerie au [indice supérieur 18]FDG d'un bioréacteur permet d'évaluer la perfusion de la culture, de contrôler sa viabilité ainsi que d'estimer la densité cellulaire et le positionnement des structures tissulaires émergentes. Ainsi, les conditions optimales favorisant sa capture par les cellules ont été déterminées au préalable sur des monocouches afin d'optimiser le signal TEP correspondant. Enfin, les paramètres actifs identifiés précédemment ont été mis en application pour le suivi de cultures 3D où les densités cellulaires ont pu être estimées après seulement 12 heures de culture et des structures émergentes décelées dans les gels de fibrine au bout d'une à deux semaines. L'imagerie TEP au FDG est une approche très prometteuse pour effectuer le suivi non destructif de cultures tridimensionnelles en génie tissulaire et pour comprendre l'évolution des tissus en croissance in vitro.
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Zaragoci, Jean-François. "Simulation numérique directe multiphasique de la déformation d’un alliage Al-Cu à l’état pâteux – Comparaison avec des observations par tomographie aux rayons X in situ en temps réel." Thesis, Paris, ENMP, 2012. http://www.theses.fr/2012ENMP0088/document.
Full textAbstract:
La fissuration à chaud est un défaut majeur rencontré en solidification des alliages d'aluminium. Elle est liée à l'incapacité du liquide de s'écouler dans les zones où des porosités sont présentes, ne permettant pas de les refermer avant qu'elles gagnent en volume. Pour comprendre la fissuration à chaud, il est crucial de développer nos connaissances du comportement mécanique de la zone pâteuse. Pour cela, il est très utile d'effectuer des expériences de microtomographie aux rayons X et des simulations mécaniques sur des volumes élémentaires représentatifs. Dans cette thèse, nous proposons de coupler les deux approches en initialisant une simulation par éléments finis grâce à des données de microtomographie issues d'un test de traction isotherme d'un alliage d'aluminium-cuivre à l'état pâteux. Cette approche originale nous donne directement accès à la réalité expérimentale et permet des comparaisons des évolutions numérique et expérimentale de l'éprouvette. Nous expliquons dans un premier temps comment obtenir la représentation numérique à l'aide de l'algorithme des marching cubes et de la méthode d'immersion de volume. Nous présentons ensuite notre modèle numérique qui s'appuie sur une résolution monolithique des équations de Stokes. Une fois le champ de vitesse obtenu dans l'ensemble des phases solide, liquide et gazeuse, nous utilisons une méthode level set dans un formalisme eulérien afin de faire évoluer la morphologie de notre échantillon numérique. Malgré la simplicité du modèle, les résultats expérimentaux et numériques montrent un accord raisonnable en ce qui concerne la propagation de l'air à l'intérieur de l'échantillonHot tearing is a major defect arising during solidification of aluminium alloys. This defect is associated with the inability of liquid to feed areas where voids have started to appear, not allowing to heal small defects before they grow bigger. To understand hot tearing, it is mandatory to develop a good knowledge of the semi-solid mechanical behaviour. It is thus very useful to carry out X-ray microtomographies experiments and mechanical simulations on representative elementary volumes. In this work, we couple the both approaches by initialising a finite element simulation with the help of microtomography data obtained during an isothermal tensile testing of an aluminium-copper alloy in the mushy state. This innovative approach gives a direct access to the experimental reality and allows comparisons of numerical and experimental evolutions of the sample. We explain in a first time how to get the numerical representation thanks to a marching cubes algorithm and the immersed volume method. Then, we present our numerical model for which we solve the Stokes equations in a monolithic way. Once the velocity computed in all the solid, liquid and gaseous phases, we use a level set method in a Eulerian formalism to obtain the morphological evolution of our numerical sample. Despite the model simplicity, numerical and experimental results show a reasonable agreement concerning the air propagation inside the sample
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Arai, Shigeo, Shunsuke Muto, Takayoshi Tanji, Katuhiro Sasaki, Yahachi Saito, Michiko Kusunoki, Jiro Usukura, and Nobuo Tanaka. "Development of an environmental high-voltage electron microscope for reaction science." Oxford University Press, 2013. http://hdl.handle.net/2237/20833.
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