Thèses : « Thermomechanical finite element »

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Kim, Chun-Sam. "Finite element method evaluation of thermomechanical responses of fluid-saturated porous media under finite deformation /." The Ohio State University, 1991. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1487687115926948.

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Pimenta, Paulo Vicente de Cassia Lima. "Thermomechanical simulation of continuous casting process using element based finite-volume method." Universidade Federal do CearÃ, 2014. http://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=13684.

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Résumé :

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior The continuous casting technique in the last four decades has been large used for to production of semi-finished steel. The heat transfer is major mechanism and it occurs in various steps during the continuous casting. The quality of steel is directly related to the way the heat transfer occur because the thermal variations produce mechanical loads as well as contact forces which are generated through the rollers and shake of the mold. Such factors may cause defects such as fractures or cracks in the final product if the resulting stresses and strains exceed critical values. The technique must be improved in order to reduce the appearance of defects and the production time. For this a good understanding of physical phenomena involved during the solidification process is critical. The focus of this work is to apply the EbFVM (Element based Finite-Volume Method) approach to study the effects of linear tensions unidirectionally coupled with the temperature applied to continuous casting of the steel 1013D (0,3% of carbon) In the simulations we adopted some simplifications such as the Plane Strain and isotropic material. We also neglected the body forces contact with the rollers the liquid pressure on the walls of the steel ingot (ferrostatic pressure) and the convective effect. However despite of the simplifications adopted this work provides quantitative informations on the linear tensions accumulation that point out to areas of possible of cracks formations A tÃcnica de lingotamento contÃnuo nas Ãltimas quatro dÃcadas Ã cada vez mais utilizada na produÃÃo de aÃo semiacabado. A transferÃncia de calor Ã o principal mecanismo dominante e ocorre em todas as etapas do processo. A qualidade do aÃo no lingotamento estÃ diretamente relacionada Ã forma que ocorrem as trocas de calor pois as variaÃÃes tÃrmicas produzem carregamentos mecÃnicos assim como as forÃas de contato as quais sÃo geradas por intermÃdio dos rolos e da oscilaÃÃo do molde. Tais fatores podem causar defeitos como fraturas ou trincas no produto final caso as tensÃes e deformaÃÃes resultantes excedam valores crÃticos. O aprimoramento da tÃcnica tem a finalidade de evitar o surgimento de defeitos e reduzir o tempo de produÃÃo. Para isso Ã fundamental uma boa compreensÃo dos fenÃmenos fÃsicos envolvidos ao longo do processo de solidificaÃÃo. O foco deste trabalho Ã aplicar a abordagem do EbFVM (Element based Finite-Volume Method) no estudo dos efeitos das tensÃes lineares acopladas unidirecionalmente com a temperatura aplicado ao lingotamento contÃnuo do aÃo 1013D (0,3% de carbono) Nas simulaÃÃes adotou-se algumas simplificaÃÃes com o estado plano de tensÃes e isotropia do material. Descartando-se as forÃas de corpo o contato com os rolos a pressÃo do aÃo lÃquido nas paredes do lingote (pressÃo ferrostÃtica) e o efeito convectivo. Contudo apesar das simplificaÃÃes adotadas este trabalho traz informaÃÃes quantitativas quanto a formaÃÃo do acÃmulo das tensÃes lineares que apontam para regiÃes de possÃveis formaÃÃes de trincas

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Chen, Kuo-Hsiang. "Probabilistic finite-element modeling of fluid-infiltrated porous media under thermomechanical loadings /." The Ohio State University, 1995. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1487929745333332.

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Delhelay, Davinder Singh. "Nonlinear finite element analysis of the coupled thermomechanical behaviour of turbine disc assemblies." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1999. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk1/tape8/PQDD_0001/MQ46072.pdf.

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Basaran, Cemalettin. "Finite element thermomechanical analysis of electronic packaging problems using disturbed state constitutive models." Diss., The University of Arizona, 1994. http://hdl.handle.net/10150/186961.

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Résumé :

In this dissertation a finite element procedure using the Disturbed State Concept constitutive models is proposed for the thermomechanical analysis of electronics packaging problems. First, microelectronics packaging types and the problems facing the electronics industry are discussed. Next, the literature in the field of constitutive models and the finite element procedures available for microelectronics packaging materials and interfaces is reviewed. The previous formulation of the Disturbed State Concept is modified so that different stresses and different strains are allowed in the intact and the fully adjusted parts of the material. Furthermore, the thermo elasto-viscoplastic with disturbance constitutive model is improved to handle the continuous temperature change and the hold time. These last features enhance the model so that it can be used in a finite element code to simulate the behavior of the microelectronics packaging materials and interfaces in temperature cycling. A new finite element procedure is developed to implement the improved Disturbed State Concept formulation. The finite element procedure includes a wide range of material models, starting from the linear elastic to thermo elasto-viscoplastic with disturbance. In order to eliminate the finite element mesh sensitivity encountered in strain-softening materials, a new procedure is proposed. The Disturbed State Average Strain method reduces or eliminates the finite element mesh sensitivity. This is proved through a number of example problems. The proposed finite element procedure is verified against a number of sets of experimental data obtained from the literature.

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Gennick, Kendall. "Finite element modeling and simulation of thermomechanical processing of particle reinforced metal matrix composites." Monterey, California. Naval Postgraduate School, 1997. http://hdl.handle.net/10945/8410.

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Résumé :

Approved for public release; distribution is unlimited During the consolidation phase, reinforcement particles of Metal Matrix Composites (MMC's) tend to be non uniformly distributed. The result is that the material properties of the composite materials are not as good as those originally desired. Through large amounts of straining, homogeneity can be achieved. Finite element models of MMC's undergoing different thermomechanical processes (TMP's) to true strains of approximately 1.2 were generated. The models consist of particle clusters within the particle-depleted matrix. The particle clusters were modeled by either a smeared model in which the particles refine the grains in the cluster, or a discrete model of the particles within clusters. The smeared and discrete models qualitatively agreed with each other. The results suggest that the best TMP to reach a state of reinforcement particle homogeneity was a hot worked, low strain rate TMP

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Barua, Ananda. "Mesoscale computational prediction and quantification of thermomechanical ignition behavior of polymer-bonded explosives (PBXs)." Diss., Georgia Institute of Technology, 2013. http://hdl.handle.net/1853/49028.

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This research aims at understanding the conditions that lead to reaction initiation of polymer-bonded explosives (PBXs) as they undergo mechanical and thermal processes subsequent to impact. To analyze this issue, a cohesive finite element method (CFEM) based finite deformation framework is developed and used to quantify the thermomechanical response of PBXs at the microstructure level. This framework incorporates the effects of large deformation, thermomechanical coupling, failure in the forms of micro-cracks in both bulk constituents and along grain/matrix interfaces, and frictional heating. A novel criterion for the ignition of heterogeneous energetic materials under impact loading is developed, which is used to quantify the critical impact velocity, critical time to ignition, and critical input work at ignition for non-shock conditions as functions of microstructure of granular HMX and PBX. A threshold relation between impact velocity and critical input energy at ignition for non-shock loading is developed, involving an energy cutoff and permitting the effects of microstructure and loading to be accounted for. Finally, a novel approach for computationally predicting and quantifying the stochasticity of the ignition process in energetic materials is developed, allowing prediction of the critical time to ignition and the critical impact velocity below which no ignition occurs based on basic material properties and microstructure attributes. Results are cast in the form of the Weibull distribution and used to establish microstructure-ignition behavior relations.

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Turner, Travis Lee. "Thermomechanical Response of Shape Memory Alloy Hybrid Composites." Diss., Virginia Tech, 2000. http://hdl.handle.net/10919/29771.

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Résumé :

This study examines the use of embedded shape memory alloy (SMA)actuators for adaptive control of the themomechanical response of composite structures. Control of static and dynamic responses are demonstrated including thermal buckling, thermal post-buckling, vibration, sonic fatigue, and acoustic transmission. A thermomechanical model is presented for analyzing such shape memory alloy hybrid composite (SMAHC) structures exposed to thermal and mechanical loads. Also presented are (1) fabrication procedures for SMAHC specimens, (2) characterization of the constituent materials for model quantification, (3) development of the test apparatus for conducting static and dynamic experiments on specimens with and without SMA, (4) discussion of the experimental results, and (5) validation of the analytical and numerical tools developed in the study. The constitutive model developed to describe the mechanics of a SMAHC lamina captures the material nonlinearity with temperature of the SMA and matrix material if necessary. It is in a form that is amenable to commercial finite element (FE) code implementation. The model is valid for constrained, restrained, or free recovery configurations with appropriate measurements of fundamental engineering properties. This constitutive model is used along with classical lamination theory and the FE method to formulate the equations of motion for panel-type structures subjected to steady-state thermal and dynamic mechanical loads. Mechanical loads that are considered include acoustic pressure, inertial (base acceleration), and concentrated forces. Four solution types are developed from the governing equations including thermal buckling, thermal post-buckling, dynamic response, and acoustic transmission/radiation. These solution procedures are compared with closed-form and/or other known solutions to benchmark the numerical tools developed in this study. Practical solutions for overcoming fabrication issues and obtaining repeatable specimens are demonstrated. Results from characterization of the SMA constituent are highlighted with regard to their impact on thermomechanical modeling. Results from static and dynamic tests on a SMAHC beam specimen are presented, which demonstrate the enormous control authority of the SMA actuators. Excellent agreement is achieved between the predicted and measured responses including thermal buckling, thermal post-buckling, and dynamic response due to inertial loading. The validated model and thermomechanical analysis tools are used to demonstrate a variety of static and dynamic response behaviors associated with SMAHC structures. Topics of discussion include the fundamental mechanics of SMAHC structures, control of static (thermal buckling and post-buckling) and dynamic responses (vibration, sonic fatigue, and acoustic transmission), and SMAHC design considerations for these applications. The dynamic response performance of a SMAHC panel specimen is compared to conventional response abatement approaches. SMAHCs are shown to have significant advantages for vibration, sonic fatigue, and noise control. Ph. D.

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Rolseth, Anton, and Anton Gustafsson. "Implementation of thermomechanical laser welding simulation : Predicting displacements of fusing A AISI304 T-JOINT." Thesis, Högskolan i Skövde, Institutionen för ingenjörsvetenskap, 2021. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:his:diva-19946.

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Laser welding is an advanced joining technique with the capability to form deep, narrow, and precise welds. Numerical models are used to simulate the process in attempts of predicting distortions and stresses in the material. This is done to reduce physical testing, optimize processes and enable integrated product- and process development. The Virtual Manufacturing Process research group at University of Skövde wishes to increase their knowledge on modeling options of thermomechanical simulations to grant local industries these benefits. A numerical model for the laser welding process was developed in ABAQUS. This was done by examining the macrograph structure of a simple weld and applied to a stainless-steel T-joint welding application. The macrograph data was used to calibrate a mathematical heat source model. User subroutine DFLUX was used to enable movement of the heat source and element activation was used to simulate the fusion of the two parts. A T-joint welding experiment was carried out to measure deflection and the result was compared to numerical simulations. Different combinations of heat source models, coupling type and element activation was compared in relation to predicting the deflection. Computational time and modeling complexity for the techniques was also considered.The results showed that a 3D Gaussian heat source model will imitate the keyhole weld achieved superior to the compared 2D model. The 3D model provides greater flexibility since it enables combinations of any geometrical bodies. It was shown that element activation has a significant contribution on part stiffness and thus resulting distortions. To implement element activation a fully coupled analysis is required. The deflection of the fully coupled 3D simulation with element activation showed a 9% deviance in deflection compared with experiments.

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Ismail, Dahman, and Alexis Andrei. "Thermomechanical stress analysis of the main insulation system of traction electrical machines." Thesis, Blekinge Tekniska Högskola, Institutionen för maskinteknik, 2020. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:bth-20305.

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Résumé :

More efficiency heavy-duty vehicles are developed with higher range, updated electronic and mechanical parts. The fuel efficiency and pollution of carbon dioxide need to be lower to achieve new EU regulations. The global population increases with an increased number of heavy-duty vehicles. This, in turn, increases the emission. By taking the electrical and mechanical parts to the next step, the global emission problems can be massively reduced. Electrical machines are the next step towards a cleaner future. The main goal of this study to investigate the electrical machine’s insulation system. Thermo-mechanical stresses due to thermal cycling affect the electrical machines and its sub-components. By using a FEM application with simplified models of the electrical machine, results are obtained and discussed. Specifically, if 2D-models are sufficient enough to represent a 3D-model. How good different 2D-models can represent the 3D-model is compared and discussed in this study. A physical experimental analysis is done to verify and calibrate the FE-models. Which one of the less frequent higher amplitude or more frequent, lower amplitude thermal cycling affects the insulation system most is determined. The simulations could be done with either, coupled-temperature displacement analysis or sequentially coupled analysis. Coupled-temperature displacement is the fastest method to use in the simulation models. A 3D-model is the best way to describe an object and is therefore implemented. Two additional 2D-models are developed for faster computation and to investigate if the models can represent the three-dimensional geometry. All the models have specific boundary conditions to make the models more simplified. Sensitivity studies have been done to determine which parameter affects the induced thermo-mechanical stresses the most. A physical experimental setup is also implemented to validate and calibrate the simulation model. The result of the 3D-model is most accurate when simulating a three-dimensional object. Simulation results have shown that epoxy, one of the main components in the insulation system, is most critical in terms of reaching breakdown first, followed by paper insulation and copper coating. This is a typical result of all three simulation models. Whereas it is concluded that some 2D-models can present the 3D-model, others can’t. The dependent factor is the different cross-section of the electrical machine. The physical experiment shows similar results between simulation in terms of strain at a lower temperature, and the deviation gets larger as the temperature increases. The 3D-model is the model that has the best representation of a real electrical machine as it accounts for all the normal and shear stress components in all directions, but also because it has better boundary conditions compared to the 2D-models. The 2D-model in XY-plane has shown similar results to the 3D-model. One of the main insulation system components, epoxy, is exposed to the highest stresses compared to its yield and ultimate strength, followed by the paper insulation and copper coating. The sensitivity study has concluded that the axial length of the stator does not affect the stress amplitudes. The most critical parameter that affects the thermo-mechanical stresses is the temperature amplitude, the materials CTE and the thickness of the jointed layer. All maximum stress amplitudes of all the components are located at the free end. Mer effektiva tunga fordon utvecklas med högre räckvidd, uppdaterade elektroniska och mekaniska delar. Bränsleeffektiviteten och föroreningen av koldioxid måste vara lägre för att uppnå nya EU-förordningar. Antalet tunga fordon ökar i takt med att den globala befolkningen ökar, detta leder i sin tur till ökad utsläpp av bland annat koldioxid. Genom att ta de elektriska och mekaniska delarna till nästa steg kan de globala utsläppsproblemen minskas massivt. Elektriska maskiner för framdrivning är nästa steg mot en renare framtid. Studiens huvudmål för att undersöka den elektriska maskinens isoleringssystem. Termomekaniska påfrestningar på grund av termisk cykling påverkar de elektriska maskinerna och dess delkomponenter. Genom att använda en FEM-applikation med förenklade modeller av den elektriska maskinen erhålls och diskuteras resultat. Specifikt om 2D-modeller är tillräckliga för att representera en 3D-modell. Hur tillräckligt de olika 2D-modeller kan representera 3D-modellen jämförs och diskuteras i denna studie. Ett fysiskt experiment utförs för att validera och kalibrera FEA-modellerna. Vilken av de mindre frekventa cykler med högre amplitud eller mer frekventa cyckler med lägre amplitud påverkar isoleringssystemet mest har undersökts. Simuleringarna kan göras med antingen, temperatur kopplad förskjutnings analys eller sekventiellt kopplad analys. Temperatur kopplad kopplad förskjutning är den snabbaste metoden att använda i simuleringsmodellerna. En 3D-modell är det bästa sättet att beskriva ett objekt och har därför implementerats. Ytterligare två, 2Dmodeller är framtagna i FEM-miljö för snabbare beräkning och för att undersöka om 2D-modellerna kan representera den tredimensionella geometrin. Samtliga tre modeller har specifika randvillkor för att förenkla modellerna. Känslighetsstudier görs för att bestämma vilken parameter som påverkar de inducerade termomekaniska spänningarna mest. Ett fysiskt experiment har utförsts för att validera och kalibrera simuleringsmodellerna. Resultatet visar att 3D-modellen representerar ett tre dimensonellt objekt bäst. Simuleringsresultat har visat att epoxy, som är en av huvudkomponenterna i isoleringssystemet, är mest kritisk när det gäller att först nå brott- och sträckgräns, följt av pappersisolering och koppar beläggningen. Detta är ett typiskt resultat av alla tre simuleringsmodeller. Slutsatsen visar att vissa 2D-modeller kan presentera 3D-modellen, andra kan inte. Den beroende faktorn beror på ur vilket tvärsnitt man tittar på den elektriska maskinen. Det fysiska experimentet visar liknande resultat jämfört med simuleringen när det gäller belastning vid en lägre temperatur, och avvikelsen blir större när temperaturen ökar. 3D-modellen, är den modell som har den bästa representationen av en riktig elektrisk maskin eftersom den inkluderar normal- och skjuvspänningskomponenter i alla riktningar. Anledningen är att den har bättre randvillkor jämfört med 2Dmodellerna. 2D-modellen i XY-planet har visat liknande resultat som 3D-modellen. En av huvudkomponenterna i isoleringssystemet, epoxy, utsätts för de högsta spänningarna jämfört med dess sträck- och den brottgräns, följt av pappersisolering och koppar beläggning. Känslighetsstudien har kommit fram till att statorns axiella längd inte påverkar spänningsamplituderna. Den mest kritiska parametern som påverkar de termomekaniska spänningarna är temperatur amplituden, materialens CTE och tjockleken på det skarvade skiktet. Alla maximala spänningsamplituder för samtliga tre komponenter är belägna i den fria änden.

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Liu, Deqi. "Thermomechanical modeling of the solidification process of an aqueous urea solution." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI029.

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Résumé :

De nombreux liquides subissent un changement de volume lorsqu'ils gèlent. Pour l'eau et certaines solutions aqueuses, l'expansion volumétrique au cours de la solidification peut entraîner une série de problèmes mécaniques. Dans l'industrie automobile, l'expansion de changement de phase (ECP) met en cause la sécurité des réservoirs des véhicules aux saisons froides. Une des questions les plus problématiques est l'expansion de la solution aqueuse d'urée (SAU) dans le réservoir du système SCR des véhicules diesels. Lorsque le liquide gèle, les composants intérieurs ainsi que le réservoir lui-même peuvent être endommagés dû à la pression apportée par la dilatation du liquide solidifié. Dans le centre , une méthode numérique est fortement attendue afin de prévoir la répartition de la température, des contraintes ainsi que de la déformation des composants lors d'un processus de solidification. Du fait que les informations sur la solution d'urée restent limitées, la structure de la glace cristalline ainsi que ses comportements mécaniques sont principalement passés en revue. La préférence d'orientation de croissance des grains de glace à l'interface de cristallisation met en évidence, l'hypothèse de l'ECP non-isotropique pour des problèmes de solidification. Une série de tests mécaniques a été réalisée afin d'obtenir les propriétés basiques de SAU à l'état solide à différentes températures. Une méthode « différence-volume » a été appliquée pour mesurer la variation de la densité de la SAU lors du processus de solidification. Pour la suite, des études analytiques thermiques et mécaniques sont effectuées. Pour l'aspect thermique, le problème classique de Stefan est passé en revue. Un schéma de différence-finie est proposé et il permet de calculer la position de l'interface et les profils de température pour un modèle sphérique. Pour l'aspect mécanique, un modèle sphérique similaire est établi à la base de l'ECP non-isotropique. Les solutions analytiques des contraintes et de la pression liquide sont présentées en fonction de la position de l'interface. Une méthode éléments-finis thermo-mécaniquement couplée est développée afin de simuler efficacement les contraintes thermiques, les déformations et la pression liquide dans un problème de solidification avec des relations constitutives de comportement non-linéaires. Les contraintes thermiques sont calculées en chaque point d'intégration en résolvant les équations elasto-viscoplastiques avec l'ECP non-isotropique. Le problème aux limites est résolu par la méthode de Newton-Raphson. Cette procédure est implémentée dans le package Abaqus via un UMAT. La méthode est validée d'abord pour les aspects algorithmiques par les solutions analytiques, puis pour les paramètres de comportement retenus par une série de tests expérimentaux. De plus, une étude de cas réaliste sur un réservoir de la SAU est introduite. Les avantages et les limitations de la méthode numérique lors d'une application sont évalués Many liquids involve a change in volume when they freeze. For water and some aqueous solutions, the volumetric expansion during solidification may invoke a series of mechanical issues. In automobile industries, the security of tanks installed in vehicles is challenged by the Phase-Change Expansion (PCE) of the freezing liquid in cold conditions. One of the most problematic issues is the expansion of Aqueous Urea Solution (AUS) in the SCR tank of diesel vehicles. As the liquid freezes, interior components may be deformed under the stress or pressure of the expanding AUS, potentially leading to failures of the storage tank. In the product center, a numerical method is of high demand to perform thermo-mechanical analysis to predict the temperature and stress distribution during a liquid solidification process in their tanks. In this work, a bibliographic study is carried out first on the basic knowledge of the ice and AUS. Due to the very limited information on urea solution in the literature, the structure and behaviors of freshwater ice are mainly reviewed. The grain orientation preference at the growth interface of polycrystalline ice provides the evidence of non-isotropic PCE for the solidification problem. A series of mechanical tests have been performed to characterize the basic properties of the solidified AUS at different temperatures. The density evolution is measured using a volume-difference method. Then, both thermal and mechanical analytical studies are performed. The classical thermal Stefan problem is reviewed and a finite-difference scheme is proposed to calculate the interface position and temperature profiles of a spherical solidification model. Mechanically, a similar spherical model is established based on the non-isotropic PCE phenomenon of ice growth. The solutions of stress distribution and liquid pressure evolution are given as a function of the solidification interface position. Finally, an efficient thermo-mechanical FEM is proposed to evaluate the thermal stress, strain, displacement and pressure in solidification problems with highly nonlinear relations. Three particular methods for treating the liquid phase with fixed-grid approaches are introduced. The thermal stress is computed at each integration point by integrating the elasto-viscoplastic constitutive equations with non-isotropic PCE. Then, the boundary value problem is solved using the full Newton-Raphson method. This procedure is implemented into the FE package Abaqus via a UMAT subroutine. The numerical model is validated first for the algorithmic aspect by the analytical solutions, and then for the parametric calibration by a series of benchmark tests. In the end, a realistic study case on a real-size AUS storage tank is introduced. Advantages and limitations of the numerical method in the application are evaluated

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Jia, Yabo. "Numerical simulation of steady states associated with thermomechanical processes." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEE007.

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Résumé :

De nombreux procédés de fabrication thermomécanique comme le laminage, le soudage ou encore l’usinage mettent en jeu soit des sollicitations mobiles par rapport à la matière fixe, soit de la matière mobile par rapport à des sollicitations fixes. Dans tous les cas, après un régime transitoire en général assez court, les champs thermiques, métallurgiques et mécaniques associés à ces procédés atteignent un état stationnaire. La recherche de ces états stationnaires à l’aide de la méthode des éléments finis classique nécessite de mettre en œuvre des modèles complexes et couteux où les sollicitations se déplacent par rapport à la matière (ou l’inverse). La recherche directe des états stationnaires a fait l’objet de nombreux travaux de recherche ces trente dernières années. Des méthodes sont aujourd’hui disponibles et pour certaines sont proposées dans des codes de calcul du commerce. Ainsi, une option de calcul dite repère mobile proposée par différents auteurs est disponible dans le logiciel SYSWELD. Cette méthode permet de calculer les états thermique, métallurgique et mécanique stationnaires associés à un procédé de soudage, en résolvant un problème de diffusion-convection en thermique et en intégrant, en mécanique, les équations constitutives du comportement du matériau le long des lignes de courant. Si cette méthode a été utilisée avec succès dans de nombreuses applications, elle présente néanmoins quelques limitations. Ainsi le maillage doit être structuré et la convergence des calculs est en général assez lente. Nous proposons dans cette thèse de résoudre le problème mécanique dans un repère lié aux sollicitations, en nous appuyant sur une méthode de calcul par éléments finis reposant sur l’intégration nodale et la technique SCNI (Stabilized Conforming Numerical Integration). Cette méthode permet l’utilisation de maillages en tétraèdres (ou triangles en 2D) sans rencontrer de problème de verrouillage volumique résultant de l’incompressibilité plastique associée au critère de plasticité de von Mises. Plutôt que de rechercher directement l’état stationnaire, l’idée générale est ici de construire l’état stationnaire à partir d’une analyse transitoire en faisant entrer pas à pas la matière par l’amont et en la faisant sortir par l’aval d’un maillage fixe par rapport aux sollicitations et de taille limitée. L’état stationnaire n’est donc atteint qu’au bout d’un certain temps d’analyse. Après une introduction générale (Chapitre 1) et un état de l’art sur les méthodes existantes (Chapitre 2), nous présentons une approche de simulation du mouvement de matière dans le cadre de la méthode des éléments finis classique sur un problème de soudage (Chapitre 3). Nous y proposons également des conditions aux limites thermiques pertinentes pour calculer directement la distribution de températures en régime stationnaire. La méthode des éléments finis reposant sur l’intégration nodale est ensuite décrite au Chapitre 4. Les avantages et inconvénients de la méthode sont discutés. La méthode est validée sur une application en grandes déformations élastoplastiques, un problème de flexion et une simulation thermomécanique de soudage. La méthode des éléments finis reposant sur l’intégration nodale est alors développée pour prendre en compte un mouvement de matière (Chapitre 5). Trois types de mouvement sont considérés : en translation, circulaire et en hélice. Différentes méthodes de transport de champ sont abordées et discutées ainsi que le couplage thermomécanique. Des perspectives à ce travail sont proposées au Chapitre 6. Les perspectives envisagées visent d’une part à améliorer la méthode proposée et d’autre part, à développer la méthode pour simuler d’autres procédés. Une première application de la méthode à la simulation de la coupe orthogonale y est présentée In the numerous thermomechanical manufacturing processes such as rolling, welding, or even machining involve either moving loads with respect to the fixed material or moving material with respect to fixed loads. In all cases, after a transient regime which is generally quite short, the thermal, metallurgical, and mechanical fields associated with these processes reach a steady state. The search for these stationary states using the classical finite element method requires the implementation of complex and expensive models where the loads move with respect to the material (or vice versa). The steady-state simulation in one increment has been the subject of much researches over the past thirty years. Methods are now available and some are integrated into calculation codes commercial. Thus, a so-called Moving Reference Frame method proposed by various authors is available in the SYSWELD software. This method makes it possible to calculate the steady-state of thermal, metallurgical, and mechanical states associated with a welding process, by solving a thermal diffusion-convection problem in thermal-metallurgy and by integrating, in mechanics, the constitutive equations of the material along the streamline. Moreover, this method has been used successfully in many applications, it nevertheless has some limitations. Thus the mesh must be structured and the convergence of computations is generally quite slow. In this thesis, we propose to solve the mechanical problem in a frame linked to the solicitations, by relying on a finite element calculation method based on nodal integration and the SCNI (Stabilized Conforming Numerical Integration) technique. This method allows the use of tetrahedron meshes (or 2D triangles) without encountering a locking problem resulting from the plastic incompressibility associated with the von Mises plasticity criterion. Rather than directly calculating the steady-state, the general idea here is to construct the steady-state from a transient analysis by bringing material step by step upstream and by making it exit downstream of a fixed mesh related to the solicitations and of the limited mesh size. The steady-state is therefore only achieved after certain steps of analysis. Apart from a general introduction (Chapter 1) and a state of the art on the existing methods (Chapter 2), we present an approach of simulation of the movement of material within the framework of the classical finite element method on a welding problem (Chapter 3). We also provide relevant thermal boundary conditions for directly calculating the steady-state of temperature distribution. The finite element method based on the nodal integration technique is then described in Chapter 4. The advantages and disadvantages of the method are discussed. The nodal-integration-based finite element is validated by comparing its simulation results with classical finite element methods in large elastoplastic strains, a bending problem, and a thermomechanical simulation of welding. The nodal-integration-based finite element is then developed and applied to simulate material motion (Chapter 5). Three types of movement are considered: translational, circular, and helical. Different methods of field transport are approached and discussed as well as thermomechanical coupling. Perspectives for this work are presented in Chapter 6. The envisaged perspectives aim, on the one hand, to improve the proposed method and on the other hand, to develop the method to simulate other processes. A first application of the material motion method to the simulation of the orthogonal cut is presented there

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Ek, David. "Material parameter study for aheavy-vehicle exhaust manifoldusing the finite element method : to increase component lifetime and decrease its environmental impact." Thesis, Linköpings universitet, Konstruktionsmaterial, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-165869.

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Résumé :

The thesis originates from a need to meet stricter environmental regulations for Scania, to reduce fuel consumption and emission from heavy-vehicles. Scania aims to fulfil these requirements by increasing combustion pressure and temperature. These conditions are tougher for the engine components and they shorten their lifetime. This thesis aims to improve Scania’s ability to increase the lifetime of a heavy-vehicle exhaust manifold, an engine component that collects exhaust from several engine cylinders into one pipe. This was done by conducting a material comparison and a parameter study, both used the FEM software Abaqus CAE. The material comparison consisted of three ferritic and austenitic ductile cast irons (SiMo51, SiMo1000 and Ni-resist) subjected to thermal stress. Their max stress was compared for two thermo-mechanical fatigue cases, out-of-phase and in-phase. A parameter study was also conducted to clarify the influence of thermal conductivity, thermalexpansion, Young’s modulus and yield strength on max stress for OP and IP in the exhaust manifold. The FEM simulation results from the parameter study were used to create functions that can be used to decide how to treat/process a material to minimise the stress in the exhaust manifold. They can also be used in material selection to choose a material that minimises stress. The research questions and their shortened answers can be seen below. 1. Which of SiMo51, SiMo1000 and Ni-resist produces the lowest tensile stresses? ForOP, SiMo1000 produced a slightly lower max principal stress than SiMo51. For IP, Ni-resistproduced the lowest max principal stress by a large margin. 2. How do different material properties affect the maximum stress during operation of thegiven component? Thermal conductivity has a decreasing relation to max stress. Thermalexpansion and Young’s modulus have a similar relation to max stress, stress increases forboth properties as they increase. A decreased yield strength decreases the max stress forstresses above the yield limit but has no effect on stress below it. 3. How should an objective function to minimise max stress in the component with regard to material properties be expressed? functions of OP and IP can be seen in the actual abstract.

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Al, Nahas Roula. "On the Use of a Spacetime Formalism for Thermomechanical Applications." Thesis, Troyes, 2021. http://www.theses.fr/2021TROY0001.

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La modélisation du comportement thermomécanique des grandes déformations est un sujet de recherche de grand intérêt. L'objectivité des modèles est mise en question. Cette étude évalue l'approche de modélisation en espace-temps comme un moyen de construire des modèles thermomécaniques respectant à la fois les principes de covariance et de causalité ainsi que les lois de la thermodynamique. Plusieurs modèles sont proposés dans le cadre de l'espace-temps et ensuite comparés aux modèles existants : la conduction thermique et le comportement thermo-hyperélastique des matériaux sont discutés. Des simulations numériques ont ensuite été réalisées. La comparaison des modèles relativistes avec les modèles Newtoniens classiques faite à la limite non relativiste montre la compatibilité de leurs résultats. Des applications dans le but de la modélisation de la conduction thermique dans les ailettes de refroidissement, l'auto-échauffement survenant lors des essais de fatigue et le comportement d'un bilame montrent que l'utilisation de l'approche relativiste permet de prédire les comportements des matériaux. Nous suggérons également l'utilisation de cette approche pour modéliser le processus de flexion des tubes, des résultats préliminaires sont donnés en annexe. Étant donné que cette approche s'avère avantageuse pour les applications proposées, il serait intéressant que des recherches supplémentaires couvrent différents comportements des matériaux, comme la plasticité à titre d'exemple In order to optimize the forming processes, modeling the thermomecanical behavior for large deformations is particularly interesting. Objectivity of the models is questioned. This study investigates the spacetime approach as a mean to build thermomechanical models respecting the covariance and causality principles as well as the laws of thermodynamics. Several models are proposed in the spacetime framework and next compared to existing models: heat conduction and the thermo-hyperelastic behavior are discussed. The spacetime numerical resolution is also tested: the variational forms corresponding to thermal and thermomechanical problems were developed. The study of material behavior is possible using these forms written in the proper frame. Numerical simulations implementing these forms in the software FEniCS project were then conducted in order to validate test cases of the spacetime models. Comparison of the spacetime models with the classical Newtonian models at the non-relativistic limit shows the compatibility of their results. Applications aiming to model the heat conduction in cooling fins, the self-heating occurring during fatigue tests and the behavior of a bimetallic element show that the use of the spacetime approach enable predicting material behaviors while guaranteeing objectivity of the models. We also suggest the use of this approach to model the tube bending process, preliminary results requiring more investigation are given in the appendix

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Gonçalves, Giancarlo de Gusmão. "Estudo paramétrico da influência da temperatura na análise termomecânica durante a escavação em rochas salinas." Universidade Federal de Alagoas, 2011. http://repositorio.ufal.br/handle/riufal/403.

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This work provides a parametric study to evaluate the effect of temperature in salt rock well drilling problems. These rocks show a slow and continuous strain when subjected to constant stress, a phenomenon known as creep. With recent oil discoveries in deep water, for example, in the pre-salt, where temperatures are high, the study of the influence of temperature becomes relevant, since it contributes to the increase of the creep phenomenon. The aim of this study is to perform numerical simulations by Finite Element Method, using non-linear viscoelastic models and weak thermo-mechanical coupling to evaluate, through parametric analysis, the effect of temperature during salt rock well drilling. Numerical examples are performed to validate the studies. More specifically, it is considered the problem of well drilling for oil exploration below these salt layers. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Este trabalho apresenta um estudo paramétrico para avaliar o efeito da temperatura em problemas de perfuração em rochas salinas. Essas rochas possuem deformação lenta e contínua quando submetidas a tensões constantes, fenômeno conhecido como fluência. Com as recentes descobertas de petróleo em grandes profundidades como, por exemplo, no pré-sal, onde as temperaturas são elevadas, o estudo da influência da temperatura se torna relevante, uma vez que contribui para o aumento do fenômeno de fluência. O objetivo desse estudo é a realização de simulações numéricas, através do Método dos Elementos Finitos, utilizando modelos viscoelásticos não lineares e um fraco acoplamento termomecânico para avaliar, através de análises paramétricas, o efeito da temperatura durante a perfuração das rochas salinas. Exemplos numéricos são realizados para validação dos estudos. Mais especificamente, considera-se o problema de escavação de poços para exploração de petróleo abaixo dessas camadas salinas.

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Luo, Haoming. "High frequency thermomechanical study of heterogeneous materials with interfaces." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI130.

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Le transfert de chaleur est intimement lié à la propagation du son (transfert acoustique) dans les matériaux, par exemple dans les isolants et les semi-conducteurs, les principaux vecteurs d’énergie sont des phonons acoustiques. Le concept de présence d’interfaces a été largement exploité pour manipuler efficacement les phonons des longueurs d’onde macroscopiques aux longueurs d’onde nanométriques. Les derniers correspondent aux fréquences en régime THz, qui sont responsables du transport thermique à température ambiante. Dans cette thèse, la méthode des éléments finis est utilisée pour effectuer des analyses transitoires de la propagation des paquets d’ondes dans différents milieux à 2D. Elle est commencée par une étude paramétrique de l’atténuation des paquets d’ondes dans un système élastique semi-infini avec des interfaces circulaires périodiques. Trois paramètres clés sont étudiés, notamment le contraste de rigidité, la densité d’interface et la longueur d’onde des phonons. Différents régimes de transfert (propagatif, diffusif et localisé) sont identifiés, qui permettent d’identifier la contribution des phonons à la conductivité thermique. Outre les interfaces circulaires, la réponse mécanique et l’atténuation acoustique pour différents types d’interfaces sont également étudiées, telles que l’inclusion de forme dendritique, l’inclusion d’Eshelby, et les matériaux poreux avec des pores ordonnés / désordonnés. Afin d’étendre l’étude aux matériaux amorphes, j’ai également considéré un milieu hétérogène avec des rigidités aléatoires réparties dans l’espace selon une distribution gaussienne basée sur la théorie de l’élasticité de cisaillement hétérogène des verres. Enfin et surtout, deux versions de lois de comportement viscoélastiques sont proposées pour prendre en compte l’atténuation intrinsèque des phonons dépendant de la fréquence dans les verres, dans le but qu’un milieu visqueux homogène puisse reproduire cette atténuation intrinsèque. La simulation par éléments finis confirme qu’un modèle continu peut suivre strictement l’atténuation atomistique (G) avec une loi de comportement viscoélastique linéaire macroscopique bien calibrée. Par rapport aux données expérimentales de a-SiO2, notre deuxième loi de comportement reproduit qualitativement et quantitativement les trois régimes d’atténuation acoustique en fonction de la fréquence : successivement Γ ∝ ω^2,ω^4,ω^2 Heat transfer is actually intimately related to the sound propagation (acoustic transfer) in materials, as in insulators and semi-conductors the main heat carriers are acoustic phonons. The concept of the presence of interfaces has been largely exploited for efficiently manipulating phonons from long-wavelength to nanometric wavelengths, i.e., frequencies in THz regime, responsible for thermal transport at room temperature. In this thesis, the finite element method is used to perform transient analysis of wavepacket propagation in different mediums. I started with a parametric study of attenuation of acoustic wave-packets in a 2D semi-infinite elastic system with periodic circular interfaces. Three key parameters are investigated, including rigidity contrast, interface density and phonon wavelength. Different energy transfer regimes (propagative, diffusive, and localized) are identified allowing to understand the phonon contribution to thermal transport. Besides the circular interfaces, mechanical response and acoustic attenuation for different types of interfaces are also investigated, such as Eshelby’s inclusion, dendritic shape inclusion and porous materials with ordered/disordered holes. In order to extend the study to amorphous materials, I also considered a heterogeneous medium with random rigidities distributed in space according to a Gaussian distribution based on the theory of heterogeneous shear elasticity of glasses. Finally yet importantly, viscoelastic constitutive laws are proposed to take into account the frequency-dependent intrinsic phonon attenuation in glasses, with the aim of reproducing such intrinsic attenuation using a homogeneous viscous medium. Finite element simulation confirms that a continuum model may strictly follow the atomistic attenuation (G) for a well-calibrated macroscopic linear viscoelastic constitutive law. Compared with the experimental data in a-SiO2, our second constitutive law reproduces qualitatively and quantitatively the three regimes of acoustic attenuation versus frequency : successively Γ∝ω^2,ω^4,ω^2

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Choi, Joonho. "Concurrent fire dynamic models and thermomechanical analysis of steel and concrete structures." Diss., Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2008. http://hdl.handle.net/1853/26679.

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Rangasamy, Mahendren Sharan Raj. "Thermomechanical behaviour of multi-cracked brittle media taking into account unilateral effects : theoretical and numerical approaches." Thesis, Toulouse, INPT, 2020. http://www.theses.fr/2020INPT0070.

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Dans ces travaux de thèse, des approches micromécaniques et numériques sont utilisées pour prédire les propriétés thermiques et thermoélastiques effectives d’un milieu microfissuré. Les développements sont effectués pour les cas bidimensionnel et tridimensionnel. Une attention particulière est portée à l’anisotropie induite par l’orientation des fissures et à l’effet unilatéralassocié à leur ouverture/fermeture. Plus précisément, les fissures sont modélisées comme des inclusions ellipsoïdales, sans rigidité et thermiquement isolantes dans le cas des fissures ouverteset constituées d’un matériau isotrope fictif dans le cas des fissures fermées. L’approche théorique tire profit de différents schémas et bornes obtenues par homogénéisation pour déterminer lesexpressions analytiques des propriétés effectives. Sur le plan numérique, le travail s’appuie sur la modélisation par éléments finis et se base sur les mêmes géométrie et propriétés des fissures quecelles retenues pour la démarche micromécanique. La comparaison des résultats permet de montrer la cohérence entre ces deux approches Micromechanical and numerical methods are explored to predict the effective thermal and thermoelastic properties of a microcracked media. The effective properties are given in 2D and3D. In this thesis, special attention is paid to the anisotropy, induced by the orientation of the cracks and the unilateral effect related to the opening and closing of the cracks. The cracks aremodelled as ellipsoidal inclusions. The open cracks are considered to have no stiffness and to be thermally insulating, whereas the closed cracks are represented by a fictitious isotropic material.The theoretical approach takes advantage of various homogenization schemes and bounds to derive closed-form expressions of effective properties. The numerical approach considers finiteelement modelling and is based on the same geometry and properties of cracks as in the theory. Finally, results are compared to demonstrate the consistency between the two approaches

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Johnson, Janine. "Thermomechanical modeling of porous ceramic-metal composites accounting for the stochastic nature of their microstructure." Diss., Georgia Institute of Technology, 2009. http://hdl.handle.net/1853/33857.

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Porous ceramic-metal composites, or cermets, such as nickel zirconia (Ni-YSZ), are widely used as the anode material in solid oxide fuel cells (SOFC). These materials need to enable electrochemical reactions and provide the mechanical support for the layered cell structure. Thus, for the anode supported planar cells, the thermomechanical behavior of the porous cermet directly affects the reliability of the cell. Porous cermets can be viewed as three-phase composites with a random heterogeneous microstructure. While random in nature, the effective properties and overall behavior of such composites can still be linked to specific stochastic functions that describe the microstructure. The main objective of this research was to develop the relationship between the thermomechanical behavior of porous cermets and their random microstructure. The research consists of three components. First, a stochastic reconstruction scheme was developed for the three-phase composite. From this multiple realizations with identical statistical descriptors were constructed for analysis. Secondly, a finite element model was implemented to obtain the effective properties of interest including thermal expansion coefficient, thermal conductivity, and elastic modulus. Lastly, nonlinear material behaviors were investigated, such as damage, plasticity, and creep behavior. It was shown that the computational model linked the statistical features of the microstructure to its overall properties and behavior. Such a predictive computational tool will enable the design of SOFCs with higher reliability and lower costs.

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Moreno, Navarro Pablo. "Multiphysics formulation and multiscale finite element discretizations of thermo-electro-magneto-mechanic coupling for smart materials design." Thesis, Compiègne, 2019. http://www.theses.fr/2019COMP2525.

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Les algorithmes numériques basés sur la méthode des éléments finis seront spécialisés dans l’analyse, la conception et l’optimisation de capteurs et d’actionneurs (S-A), ainsi que dans leur application aux structures intelligentes. Les S-A basés sur des actifs tangibles peuvent coupler plusieurs domaines, tels que les domaines mécanique, électrique, magnétique et thermique. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications, notamment dans les structures intelligentes, la surveillance des dommages ou l’aérodynamique. Malgré l’expérience considérable de ces études, les étapes abordées consistent d’abord à développer une formulation thermodynamiquement cohérente à l’échelle macro pour introduire des modèles de plasticité; deuxièmement, fournir les outils permettant de prendre en compte les hétérogénéités des modèles multi-échelles pour les matériaux intelligents. L’objectif principal est la mise au point d’un code informatique de recherche permettant de simuler et d’étudier les performances, non seulement des S-A eux-mêmes, mais également des structures intelligentes dans lesquelles ces S-A seront montés Numerical algorithms based on the Finite Element Method will be specialized for Analysis, Design, and Optimization of Sensors and Actuators (S-A) and their Application to Smart Structures. The S-A based on tangible assets can couple several fields, such as mechanical, electrical, magnetic, and thermal. They are used in many applications, particularly in smart structures, damage monitoring, or aerodynamics. Despite the considerable experience in these studies, the steps addressed are first to develop a thermodynamically consistent formulation for macro-scale to introduce plasticity models; second, to provide the tools to take into account the heterogeneities of multi-scale models for smart materials. The main objective is the development of a research computer code to simulate and study the performance, not only of the S-A themselves but also of the smart structures in which these S-A will be mounted

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Al-Sibahy, Adnan Flayih Hassan. "Thermo-mechanical behaviour of a novel lightweight concrete and its application in masonry walls." Thesis, University of Manchester, 2012. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/thermomechanical-behaviour-of-a-novel-lightweight-concrete-and-its-applicationin-masonry-walls(a803fcb4-a33c-4594-8622-87e565a7ceb4).html.

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Résumé :

The development of lightweight concretes has made a contribution to advances in structural design. It would be useful to further improve the mechanical properties of lightweight concrete formulations whilst enhancing their resistance to fire degradation and reduced thermal conductivity. Improving the sustainability of any new proposed lightweight concrete formulation is desirable, for example by the inclusion of waste stream components into the formulation.This thesis describes an investigation of the mechanical, thermal and fire resistance properties of a new type of expanded clay lightweight concrete formulation in which varying quantities of sand are replaced by crushed glass aggregate, in conjunction with the addition of metakaolin (which may be available as a waste component from the manufacture of paper) as a partial replacement for the cement. The investigation involved short and long-term laboratory testing of a range of mechanical and thermal properties of individual concrete formulations and small scale structural elements consisting of masonry blocks made from these formulations (so called wallettes). An extensive programme of Finite Element Analysis using Abaqus was also performed.The results obtained show that it is possible to produce a structural expanded clay lightweight concrete that possesses good thermal properties by incorporating of ground glass and metakaolin. Compressive and splitting tensile strengths, as well as the modulus of elasticity, increased with an increase in the metakaolin content, while concrete density decreased. Reductions in thermal conductivity and improvements in fire resistance criteria were also observed in comparison with conventional lightweight concrete mixtures. For example, measured thermal conductivity values ranged from 0.092 W/m.K to 0.177 W/m.K, and the insulation criterion (an indicator of resistance to fire) reached up to 110 minutes for a concrete member with a thickness of 29 mm. The highest resistance to the effects of high temperatures was observed for concrete mixes containing either 15% or 30% recycled glass with 10% metakaolin.The maximum axial loads at failure were 474 kN and 558 kN for reference and modified wallettes respectively, implying corresponding bearing capacities of 7.1 MPa and 8.3 MPa. The critical path of the failure mode was similar for all of the wallettes tested and normally began underneath the load point, then passed through the concrete blocks and head joint to reach the toe of the wallette. The masonry wallettes formulated using reference lightweight concrete blocks exhibited failure due to explosive spalling at 400 oC with no applied mechanical load, whereas the second type of masonry wallettes (the modified wallettes) did not show such behaviour.The results of Finite Element Analysis showed that the coefficient of thermal convection had the most influence upon the insulation criterion. From a structural perspective, the key parameters were the value of penalty stiffness and imperfections in wallette construction. In general, a close agreement between the measured and simulated results was observed for both the thermal and structural finite element models at ambient and high temperatures.

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Bencheikh, Issam. "Simulation multi-étapes de l’usure des outils de coupe revêtus par une modélisation XFEM/Level-set." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0094/document.

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Lors de l'opération d’usinage à grande vitesse, la résistance à l'usure des outils de coupe est améliorée par l’utilisation des revêtements mono ou multicouches sur les faces actives de l’outil. Cependant, le chargement thermomécanique généré à l'interface outil-pièce affecte considérablement les zones de contact. Par cet effet, plusieurs modes d'usure tels que la fissuration, l’abrasion, l’adhésion et le délaminage du revêtement peuvent se manifester. L'étude du comportement des revêtements et de leurs différents modes de dégradation permet de mieux comprendre leur impact sur la durée de vie de l'outil et ainsi optimiser le procédé d'usinage. Dans ce travail de thèse, une approche numérique multi-étapes a été proposée pour prédire l'usure des outils de coupe revêtus. Cette approche est composée par trois principales étapes. La première consiste à effectuer une simulation éléments finis de l’usinage pour une courte durée (jusqu’à la stabilisation du chargement à l’interface outil/pièce). La deuxième étape consiste à récupérer ce chargement et de l’utiliser comme une entrée du modèle XFEM/Level-set. Ce dernier permet d’analyser le comportement des couches de revêtement sans recours à un maillage conforme aux interfaces. Par conséquence, la distorsion du maillage est évitée lorsque le profil d'outil usé est mis à jour, ainsi que le temps de calcul CPU est drastiquement réduit. La dernière étape de cette approche consiste à calculer le taux d’usure et ainsi prédire le déplacement des nœuds de l’outil de coupe affectés par l’usure. Les essais expérimentaux ont permis d’une part d’identifier les paramètres de contact outil/pièce, et d’autre part de valider l’approche proposée In high speed machining, wear resistance of the cutting tools is improved by depositing single or multilayered coatings on their surface. However, the thermomechanical loading generated at the tool-workpiece interface greatly affects the contact zones. For this purpose, several wear modes such as cracking, abrasion, adhesion and delamination of the coating can be occurred. The study of the coatings behavior and their different degradation modes lead to better understanding of their impact on the tool life and machining process under optimal conditions. In this PhD thesis work, a multi-step numerical approach has been proposed to predict wear of the coated cutting tools. This approach involves three main steps. The first is to perform a finite element simulation of the orthogonal cutting for a short time (until the loading stabilization at the tool/workpiece interface). The second step is to recover this loading and use it as an input for the XFEM/Level-set model. The latter allow to take into account the coating layers presence without any need of mesh conforming to the interfaces. As a result, the mesh distortion is avoided when the worn tool profile is updated, as well as the CPU calculation time is drastically reduced. The final step of this approach is to convert the wear rate equation into a nodal displacement, thus representing the cutting tool wear. Based on the experimental tests, a procedure for identifying tool/workpiece contact parameters, and for calibrating the wear equation for each coating layer has been proposed. Experimental trials have been also used to validate the proposed approach

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Capron, Adélie. "Towards the predictive FE analysis of a metal/composite booster casing’s thermomechanical integrity." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2020. https://dipot.ulb.ac.be/dspace/bitstream/2013/314767/5/contratAC.pdf.

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In response to serious environmental and economic concerns, the design and production of aircrafts have been changing profoundly over the past decades with the nose-to-tail switch from metallic materials to lightweight composite materials such as carbon fibre reinforced plastic (CFRP). In this context, the present doctoral research work aimed to contribute to the development of a CFRP booster casing, a real innovation in the field initiated and conducted by Safran Aero Boosters. More specifically, this thesis addresses the matter of joining metal/CFRP hybrid structures, which are prone to possibly detrimental residual stresses.The issue is treated with an approach combining experimental characterisation and finite element (FE) simulations. The multi-layered system’s state of damage was systematically examined on hundreds of micrographs, and the outcome of this study is presented under the form of a statistical analysis. Further, the defects’ 3D morphology is investigated by incremental polishing. A number of thermal and mechanical properties are measured by diverse physical tests on part of the constituent materials, i.e. the aerospace grade RTM6 epoxy resin, the structural Redux 322 epoxy film adhesive, and AISI 316L stainless steel. They are used as input data in a FE model of the multilayer that is developed and progressively refined to obtain detailed residual stress fields after thermal loading. These results are compared to experimental data acquired by X-ray diffraction stress analysis and with the curvature-based Stoney formula. Cohesive elements are placed at specific locations within the FE model to allow simulating progressive damage. Peel tests, mode I, mode II and mixed mode I/II fracture tests are thus performed in view of measuring the joint toughness. The results of these tests are discussed and the presence of residual stress in the fracture specimens is highlighted. Key information for the calibration of the cohesive law is finally identified via inverse FE analysis of the mode I test, this being a significant step in the process of building a damage predictive FE model of the multi-layered system. Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Bendaou, Omar. "Caractérisation thermomécanique, modélisation et optimisation fiabiliste des packages électroniques." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMIR20/document.

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Lors du fonctionnement des packages électroniques, ceux ci sont exposés à diverses sollicitations d'ordres thermiques et mécaniques. De même, la combinaison de ces sources de contraintes constitue l'origine de la quasi majorité des défaillances des packages électroniques. Pour s'assurer de la bonne résistance des packages électroniques, les fabricants pratiquent des tests de fiabilité et des analyses de défaillance avant toute commercialisation. Toutefois, les essais expérimentaux, lors de la phase de conception et de l'élaboration des prototypes, s'avèrent contraignants en termes de temps et de ressources matérielles. En revanche, la simulation numérique à l'aide de la méthode des éléments finis constitue une option alternative en termes de temps et de ressources. Les objectifs dévolus aux travaux de recherche visent à élaborer quatre modèles éléments finis en 3D, validés/calibrés par des essais expérimentaux, intégrant les recommandations JEDEC (1) en vue de : - Procéder à la caractérisation thermique et thermomécanique des packages électroniques ; - Et prédire la durée de vie en fatigue thermique des joints de brasures et ce, en lieu et place de la caractérisation expérimentale normalisée. Or, la mise en œuvre des modèles éléments finis présente certains inconvénients liés aux incertitudes au niveau de la géométrie, des propriétés matériaux, les conditions aux limites ou les charges. Ceux ci ont une influence sur le comportement thermique et thermomécanique des systèmes électroniques. D'où la nécessité de formuler le problème en termes probabilistes et ce, dans le but de mener une étude de fiabilité et d’optimisation des packages électroniques. Pour remédier au temps de calcul énorme généré par les méthodes d’analyse de fiabilité classiques, nous avons développé des méthodologies spécifiques à cette problématique, via des méthodes d’approximation basées sur le krigeage avancé,qui nous ont permis de bâtir un modèle de substitution, qui rallie efficacité et précision. Par conséquent, une analyse de fiabilité a été menée avec exactitude et dans un temps extrêmement court, via les méthodes de simulation Monte Carlo et FORM/SORM, couplées avec le modèle de krigeage avancé. Ensuite, l’analyse de fiabilité a été associée dans le processus d’optimisation, en vue d’améliorer la performance et la fiabilité de la conception structurelle des packages électroniques. A la fin, nous avons procédé à l’applicabilité des dites méthodologies d’analyse de fiabilité aux quatre modèles éléments finis ainsi développés. Il résulte que les analyses de fiabilité menées se sont avérées très utiles pour prédire les effets des incertitudes liées aux propriétés matériaux. De même, l’analyse d’optimisation de fiabilité ainsi réalisée nous a permis d’améliorer la performance et la fiabilité de la conception structurelle des packages électroniques. (1) JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) est un organisme de normalisation des semi-conducteurs During operation, electronic packages are exposed to various thermal and mechanical solicitations. These solicitations combined are the source for most of electronic package failures. To ensure electronic packages robustness, manufacturers perform reliability testing and failure analysis prior to any commercialization. However, experimental tests, during design phase and prototypes development, are known to be constraining in terms of time and material resources. This research aims to develop four finite element models in 3D, validated/calibrated by experimental tests, integrating JEDEC recommendations to : - Perform electronic packages thermal and thermomechanical characterization ; - Predict the thermal fatigue life of solder joints in place of the standardized experimental characterization.However, implementation of the finite element model has some disadvantages related to uncertainties at the geometry, material properties, boundary conditions or loads. These uncertainties influence thermal and electronic systems thermomechanical behavior. Hence the need to formulate the problem in probabilistic terms, in order to conduct a reliability study and a electronic packages reliability based design optimization.To remedy the enormous computation time generated by classical reliability analysis methods, we developed methodologies specific to this problem, using approximation methods based on advanced kriging, which allowed us to build a substitution model, combining efficiency and precision. Therefore reliability analysis can be performed accurately and in a very short time with Monte Carlo simulation (MCS) and FORM / SORM methods coupled with the advanced model of kriging. Reliability analysis was associated in the optimization process, to improve the performance and electronic packages structural design reliability. In the end, we applied the reliability analysis methodologies to the four finite element models developed. As a result, reliability analysis proved to be very useful in predicting uncertainties effects related to material properties. Similarly, reliability optimization analysis performed out has enabled us to improve the electronic packages structural design performance and reliability. In the end, we applied the reliability analysis methodologies to the four finite element models developed. As a result, reliability analysis proved to be very useful in predicting uncertainties effects related to material properties. Similarly, reliability optimization analysis performed out has enabled us to improve the electronic packages structural design performance and reliability

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Luňáček, Erik. "Modelování vlastností mikroelektronických struktur." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2009. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-217901.

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This work is focused on thermomechanical and electric analyses of microelectronic structures in the ANSYS program. Firstly an analysed model was formed in the program Solidworks. Then structures with components SOT23, SMD 1206, FlipChip and chip with wire bonding interconnection were analyzed. The analyses were performed for the temperatures 50, 100, 150 °C and various materials. The simulations outputs are presented as pictures in colours with models deformations and calculated values. The results will be utilised in education and presented on the web. The Flash, ActionScript and XML technologies were used for application to present results of the research.

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Gomes, Romeu. "Compréhension des mécanismes de dégradation des outils de découpage à chaud de tôles d'acier trempant au bore-manganèse." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2018. http://www.theses.fr/2018EMAC0018/document.

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Résumé :

Les constructeurs automobiles utilisent des aciers auto-trempant à haute résistance au bore manganèse (22MnB5) pour des questions de sécurité et environnementale. La mise en forme à chaud de tôles constituées de cet acier impose aux outillages des contraintes mécaniques sévères et un échauffement intense. L'intégration d'une fonction de cisaillage sous presse à suivre permet de répondre à des problématiques rentabilité de production, mais les lames sont confrontées à des problèmes similaires de durabilité. L'objectif de cette thèse est de comprendre la dégradation des outils de cisaillage à chaud afin de proposer des guides de choix de matériaux d'outil (X38CrMoV5-3 ou X70CrMoV5-2) et de paramètres du procédé. Cela requiert l'estimation des sollicitations mécaniques et thermiques dans la partie active de l'outil. La méthodologie développée passe par quatre étapes : une recherche bibliographique, des essais de cisaillage à chaud sur un module spécifique du pilote MEFISTO de l'ICA, le développement d'un modèle thermomécanique éléments finis de l'opération et des analyses des microstructures. Un état de l'art portant sur la définition de l'opération de découpage de tôles, sur les propriétés physiques et mécaniques du matériau de tôle et des lames, le comportement à l'interface tôle/outil et sur les techniques permettant de simuler le découpage a été proposé. Des essais sur le module de découpage ont permis d'accéder à des résultats d'effort et des observations des endommagements des lames de cisaillage. Ces informations sont utilisées pour valider le modèle de calcul éléments finis. Ce modèle montre que les contraintes mécaniques sont locales, intenses et se déplacent dans l'arête de coupe. De plus, l'échauffement de l'outil engendre une température de surface proche des températures de revenu des matériaux d'outil. La comparaison des résultats de simulation numérique et de l'étude expérimentale permettent de comprendre le lien entre les dégradations observées et les sollicitations thermomécaniques Car manufacturers are building using a self-hardening high strength boron steel (22MnB5) for safety and environmental concerns. But the shaping of sheets made of these kind of steel imposes on tools severe mechanical stresses and strong thermal transfer. The integration of a blanking function in transfer presses is a response to reach high profitability, but blades are subjected to the same durability problems. The aim of this thesis is to understand how hot blanking tools are wearing in order to give to manufacturers tool material guidelines (X38CrMoV5-3 or X70CrMoV5-2) and process parameters guidelines. To do so, an estimation of mechanical stresses and thermal solicitation is required. The methodology is based on four steps: literature search, hot blanking trials on a specific module of ICA laboratory industrial pilot MEFISTO, finite element simulations of the operation, and microstructural analysis. The state of art is focused on the description of the operation, the physical and mechanical properties of the blank material and tools materials, the blank/tool interface behavior, and the techniques used simulate the hot blanking process. Trials on the hot blanking module provided blanking force and observations of worn blades. These informations are needed to validate the finite element model. This model shows that mechanical stresses are local, intense and slides in the blade cutting edge. Moreover, the blade heating generates a surface temperature close to tool steel tempering temperature. Experimental results compared to numerical ones allow to understand the link between thermo-mechanical stresses and how the damage occurs

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Sardo, Lucas. "Modélisation et simulation numérique de la thermomécanique des écoulements dans les co-malaxeurs." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM044/document.

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Résumé :

L’objectif de ce travail a été de modéliser les écoulements de polymères dans les co-malaxeurs de type BUSS. Le co-malaxeur est une extrudeuse particulière utilisée comme une boite noire depuis des dizaines d’années par des industriels. Sur le fourreau sont fixés des doigts de malaxage et la vis principale dispose d’interruptions de filets et oscille pour permettre le passage des doigts de malaxage dans les différents chenaux. Cet outil est utilisé pour gélifier du PVC ou disperser des charges dans des matrices polymères. Ce travail de thèse répond donc à un besoin industriel puisque, actuellement, mettre au point un produit nécessite de nombreuses heures d’essais coûteux.Un modèle thermomécanique instationnaire en deux dimensions fondé sur les approximations d’Hele-Shaw a été développé. La discrétisation du domaine du co-malaxeur a été faite par éléments finis. La résolution numérique s’effectue par éléments finis et éléments finis stabilisés par SUPG. La modélisation nous permet d’obtenir en tout point du domaine de calcul la pression, les vecteurs débits, les vitesses de cisaillement, la viscosité et la température.Les résultats issus des simulations nous permettent d’obtenir des ordres de grandeur de pressions et températures et des indices de mélange pour différentes conditions procédés. Une comparaison entre les résultats issus de la modélisation et des essais expérimentaux montre que, dans les zones remplies, le modèle donne des résultats satisfaisants The aim of this study was to model molten polymers flow in BUSS type co-kneaders. The BUSS co-kneader is a particular single-screw extruder. It is composed of a rotating screw like standard single screw extruders, but with interrupted flights and mixing pins fixed to the barrel. The screw has also an axial reciprocal movement. It has been used for decades in industry for its mixing capacities, specifically for PVC gelification or polymer compounding with fibres, additives or carbon black. This work is therefore answering to nowadays industrial needs, as developing new products is expensive and time consuming.A 2D time-dependent thermomechanical model based on Hele Shaw approximations was developed and the co-kneader domain was discretized by finite elements. The numerical problem was solved by finite elements and SUPG stabilized finite elements. This model provides, at every point of the calculation domain, the pressure, throughput vectors, shear rates, viscosity as well as temperature.Simulation results provide pressure and temperature orders of magnitude, as well as information on polymer mixing depending on process parameters. A comparison between the model and experimental trials shows a satisfactory agreement in the filled zones

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Angeloni, Mauricio. "Fatigue life evaluation of A356 aluminum alloy used for engine cylinder head." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00661622.

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The studied material is an A356 Al alloy, used to produce engine cylinder heads for the automotive industry by die casting process. The material displays a quite coarse dendritic microstructure in a eutectic matrix, with a mean grains size of 25 microns, intemetallic precipitates and porosities. The tensile properties are strongly affected by testing temperature, with a quite sensitive drop of the Young's modulus, the Yield stress as the temperature was raised. The isothermal fatigue life dropped of markedly (approximately 10 times) when the testing temperature is raised from 120 to 280 °C, under strain control. From the themomechanical in-phase cyclic tests, with temperature varying from (120 to 280 oC), it was possible to observe that life is quite similar to the isothermal fatigue test at 280 oC. In this case, the more sensitive damage caused the in-phase mechanical and thermal cycle take place at the highest temperature. Relaxation tests indicated two distinct behaviors, with the temperature of 240°C being a threshold. At lower temperatures, the material hardens cyclically whereas it softens cyclically at higher temperatures. From the fatigue crack growth results, it was observed that temperature and wave shape has a strong influence on the crack growth rate as well as on the stress intensity threshold. Considering sinusoidal wave shape (10 Hz), as the temperature increased the DKth decreased and the crack propagation rate increased. However, the rate as da/dN change with temperature is quite similar, as an indicative that the micromechanism of crack growth has not changed due to the high frequency used, and it was due only to loss of mechanical strength. An elastic-visco-plastic non-isothermal constitutive law was identified for the material. For the cast material studied in this work, the mechanical behavior parameters are statistically distributed. However, it was shown that the model was able to reproduce, with a reasonable approximation, the stress - strain relationship at different temperatures, for the isothermal and anisothermal cases.

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McCaslin, Luke. "Methodology for predicting microelectronic substrate warpage incorporating copper trace pattern characteristics." Thesis, Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2008. http://hdl.handle.net/1853/24641.

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Mostallino, Roberto. "Développement de diodes laser émettant à 975nm de très forte puissance, rendement à la prise élevé et stabilisées en longueur d’onde pour pompage de fibres dopées et réalisation de lasers à fibre." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0132/document.

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Résumé :

Cette thèse CIFRE adresse le développement de diodes laser, émettant à 975nm, de très forte puissance, rendement à la prise élevé, et stabilisées en longueur d’onde pour pompage de fibres dopées Er/Yb et réalisation de lasers à fibre. La thèse a été développée dans le cadre d’un partenariat étroit entre le Laboratoire IMS, le GIE III-V Lab, principal fondeur français de composants à semiconducteurs III-V pour des applications électroniques et photoniques, et THALES Research & Technology à Palaiseau en région parisienne. Un travail en profondeur de caractérisation et d’analyse a porté sur les aspects thermiques qui contribuent, en particulier,à limiter les niveaux de puissance optique de sortie. Dans ce cadre, nous avons réalisé un ensemble de caractérisations complémentaires au GIE III-V lab et à l’IMS nous permettant d’envisager des solutions correctives d’optimisation technologique portant en particulier sur la profondeur de gravure définissant la largeur de la zone d’émission et la nature du substrat dissipateur. Ces solutions ont été proposées à partir de modélisations physiques mises en oeuvre avec un simulateur dédié, propriété de III-V Lab et de simulations par éléments finis thermiques et thermomécaniques (approche multiphysique) de la structure microassemblée définitive. Ces travaux se sont prolongés par la fabrication et la caractérisation électro-optique et thermique de plusieurs structures verticales : LOC (Large Optical Cavity), SLOC (Super Large OpticalCavity) et AOC (Asymetrical Optical Cavity). Les diodes laser de type LOC et SLOC sont stabilisées en longueur d’onde en intégrant un réseau de Bragg (DFB). Une puissance optique de 8W avec une efficacité de 60% a été obtenue ; ce qui permet de situer ces travaux à l’état de l’art international notamment vis-à-vis de ceux publiés par l’Institut Ferdinand-Braun.L’originalité des travaux menés dans cette thèse nous a permis d’avoir accès à une bourse du Cluster européen « Laserlab » (The Integrated Initiative of European Laser Research Infrastructures), pour conduire des campagnes d’expérimentation à l’Institut Max Born à Berlin dans le groupe du Dr J.W. Tomm. Les travaux ont porté sur la caractérisation thermique de ces diodes laser de forte puissance émettant à 975nm, à double hétérostructure symétrique et asymétrique (SLOC et AOC), en utilisant des techniques complémentaires (microphotoluminescence,photoluminescence résolue en temps, spectroscopie de photocourant et mesures L-I pulsées) et permettant d’évaluer le type de contraintes résiduelles apportées par les étapes de report de la diode Laser ainsi que la cinétique de dégradation catastrophique de type COD This PhD addresses the development of high-power laser diodes emitting at 975nm withhigh efficiency and wavelength stabilized using a Bragg grating. This thesis was conducted in the framework of a close partnership between IMS Laboratory, the GIE III-V lab, who is themain French founder of III-V semiconductor devices for electronic and photonic applications,and THALES Research & Technology in Palaiseau. An in-depth characterization and analysiswork has addressed thermal aspects that contribute, in particular, to limit the optical outputpower of a laser diode. In such a context, we have carried out a set of complementary characterizations both at III-V lab and IMS allowing us to provide some corrective solutionsfor technological optimization concerning the etching depth of the grooves that defines the emitting stripe of the laser diode and the nature of the submount acting as a thermocompensator.These solutions have been proposed from optical modelling implemented with a dedicated simulator, property of III-V lab, and thermal and thermomechanical (multiphysics approach) finite element simulations of the overall microassembled structure. All this work has resulted in the fabrication as well as electro-optical and thermal characterizations of three vertical structures namely LOC (Large Optical Cavity), SLOC (Super Large Optical Cavity)and AOC (Asymmetrical Optical Cavity). The LOC and SLOC vertical structures have been processed with a Fabry-Perot cavity and also including a Bragg grating (DFB architecture) while the AOC one was only fabricated with a Fabry-Perot cavity. State-of-the-art results aredemonstrated since in particular an optical power of 8W with an efficiency of 60% has been obtained that can be compared to those recently published by the Ferdinand-Braun Institute.The originality of the work carried out in this PhD has allowed us to receive a grant from the European Laserlab Cluster (The Integrated Initiative of the European Laser Research Infrastructures), to conduct dedicated experiments at the Max-Born Institute (Berlin) in thegroup of Dr. J.W. Tomm. The work aimed to characterize mechanical strain of the laser diode induced by the soldering process. Two vertical structures (SLOC and AOC) were investigated using complementary techniques (microphotoluminescence, time-resolved photoluminescence,photocurrent spectroscopy and pulsed L-I measurements), allowing to quantify the level of residual stress provided by the laser diode mounting process as well as the kinetics of the catastrophic degradation process (COD)

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Avevor, Yao Venunye. "Effets thermomécaniques en usinage à sec : une modélisation analytique-numérique." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0112/document.

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Lors d'une opération d'usinage, l'intégrité de la surface usinée et l’optimisation du procédé sont conditionnées par les paramètres de coupe (vitesses de coupe et d’avance, géométrie et matériau de l'outil...). Certaines conditions de coupe peuvent induire des effets indésirables tels que des vibrations importantes, des efforts de coupe excessifs et une usure prématurée de l'outil, conduisant à des qualités de surfaces médiocres. Dans l’industrie, l’utilisation d'approches empiriques pour opérer ce choix se révèle couteux et difficilement exploitable. Le développement d’outils de simulation basés sur des modèles prédictifs s’avère nécessaire. Ces modèles permettent de maitriser et de comprendre les phénomènes thermomécaniques aux interfaces outil-copeau et outil-pièce qui conditionnent l'intégrité de la surface usinée ainsi que la durée de vie de l'outil de coupe. L'objectif de la thèse est la modélisation des effets thermomécaniques en usinage avec des approches hybrides 'Analytique-c. Ceci permet d'analyser l'interaction entre les conditions de coupe du procédé d'usinage, le comportement du matériau et les conditions tribologiques aux interfaces outil-copeau et outil-pièce (contact collant-glissant, partage de la source de chaleur due au frottement). Le travail comporte également une validation expérimentale pour la coupe orthogonale à sec. Le modèle proposé est basé sur les développements suivants: (i) mise en place d'une 'Approche 1D par Tranche' pour la prise en compte de l'écoulement de la matière dans la zone primaire de cisaillement du copeau, (ii) modélisation du problème thermique transitoire non linéaire dans le système 'copeau-outil-pièce' en couplant une formulation EF de type Petrov-Galerkin avec la méthode de Newton-Raphson et une intégration implicite dans le temps, (iii) une nouvelle formulation de la distribution de pression le long de la face de coupe de l'outil, (iv) une nouvelle approche pour gérer le partage de la source de chaleur par friction à l'interface outil-copeau. La démarche proposée permet de mettre en place une modélisation thermomécanique de l'interaction outil-matière applicable aux procédés industriels comme le perçage très utilisé dans le domaine aéronautique. Comparée aux simulations basées sur la méthode des Éléments Finis, l'approche développée requiert un temps de calcul de l'ordre de quelques minutes avec une précision comparable In dry machining, the thermomechanical process of chip formation, the tool wear and the surface integrity depend strongly on the tribological conditions along the tool rake face. Besides, the friction conditions at the tool-chip interface and along the round cutting edge are very complex. It should be noted that to understand the friction effects in machining, we have to analyse the inherent relationship among, the cutting conditions (cutting and feed velocities, tool geometry), the workpiece material behaviour, the thermomechanical characteristics of the tool material, the frictional heat partition in the sliding zone and the friction conditions at the tool-chip and tool-workpiece interfaces. Due to the problem complexity, it appears that despite many works on machining, the understanding of the effect of friction conditions requires further investigations. In the present work, to identify the interaction between the thermomechanical phenomena at the tool-chip interface and the material flow in the primary shear zone; an analytical model has been coupled with a finite element approach. For the tool rake face, a new pressure model was developed. The transient nonlinear thermal problem in the workpiece-tool-chip system has been solved by using a FE model based on the Petrov-Galerkin formulation. The coupling between the primary shear zone (PSZ) (chip formation), the secondary shear zone (SSZ) (sticking zone) and the frictional heat at the sliding zone has been taking into account. The model allows to determine in a fast and simple way several significant machining parameters as: (i) the cutting forces, (ii) the temperature distribution in the tool-chip-workpiece system, (iii) the heat flux from the PSZ to the workpiece, (iv) the tool-chip contact length, (v) the frictional heat partition and (vi) the apparent friction coefficient. The proposed model allows to analyze different industrial machining processes such as drilling and milling

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Zhang, Yang. "Etude des conséquences mécaniques de la transformation de phase dans les réfractaires électrofondus à très haute teneur en zircone." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM035/document.

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Les réfractaires électrofondus, qui constituent l’objet de ce travail, appartiennent au système alumine-zircone-silice. Ils sont obtenus par coulée dans des moules à des températures supérieures à 2000°C, rendant très difficile toute instrumentation. De nombreux phénomènes intrinsèques au matériau interviennent lors du refroidissement qui suit la coulée. Parmi ces derniers, cette recherche a essentiellement porté sur la transformation de phase (de tétragonale à monoclinique) de la zircone et aux phénomènes associés (gonflement, plasticité,…).A partir d’essais mécaniques à haute température réalisés en laboratoire, les lois de comportements thermiques et mécaniques ont été caractérisées et modélisées en cours de transformation de la zircone. La plasticité à très bas seuil de contrainte observée a, en particulier, été décrite par une vitesse de déformation dérivée du modèle de Leblond, une fonction de rendement de type Cam-clay sans consolidation et une fonction de rendement définissant l’avancement de la transformation en fonction de la température. Après implémentation dans un code de calcul par éléments finis et validation par confrontation avec des résultats d’essais sous contraintes multiaxiales, ce modèle a été assemblé aux autres composantes du comportement mécanique (fluage, élasticité,…), pour décrire l’ensemble des phénomènes thermomécaniques observés lors du refroidissement.Parallèlement, des coulées de blocs en laboratoire, instrumentées par des thermocouples et des capteurs d’émission acoustique, ont permis de reconstruire par simulation numérique l’évolution du champ de température à l’intérieur de la dalle au cours du refroidissement. L’enthalpie de solidification et celle associée à la transformation de phase, préalablement quantifiée par ATD, ont été prises en compte. L’application du modèle mécanique complet, associant toutes les composantes du comportement, a permis de calculer l’évolution du champ de contraintes généré par les gradients thermiques en fonction du temps et, en particulier, de mettre en évidence le rôle essentiel joué par la transformation de phase sur la relaxation des contraintes Fused-cast refractories, which are concerned by this work, belong to the alumina-zirconia-silica system. They are obtained by casting in molds at temperatures higher than 2000°C, that make very difficult any instrumentation. Many phenomena intrinsic to the material occur during cooling-down after casting. Among these latter, this research essentially focused on the phase transformation (from tetragonal to monoclinic) of zirconia and the associated phenomena (swelling, plasticity,...).From high temperature mechanical tests performed in laboratory, the thermal and mechanical behavior laws were characterized and modeled during the zirconia transformation. Plasticity at very low stress threshold was observed. A Leblond type model has been extended by introducing a Cam-clay yield function without consolidation. In this model, the progress of the transformation is controlled by the evolution of the temperature. This model was complemented by other components of the mechanical behavior (creep, elasticity, ...). It has been validated by experimental tests under multiaxial loadings that replicate the main thermomechanical phenomena observed during cooling.In parallel, blocks casted in laboratory conditions, instrumented with thermocouples and acoustic emission sensors, allowed a numerical simulation of the change in temperature field within the block during cooling-down. This simulation took into account the solidification enthalpy and the enthalpy associated to the phase transformation, previously quantified by DTA. The implementation of the complete mechanical model integrating all the behavior components led to a calculation of the stress field changes generated by thermal gradients as a function of time and, in particular, to highlight the essential role played by the phase transformation on stress relaxation

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Goupil, Anne-Charlotte. "Contribution à l'étude numérique du comportement au feu d'un panneau composite pour l'industrie navale." Thesis, Le Mans, 2016. http://www.theses.fr/2016LEMA1003/document.

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Résumé :

Pour être commercialisés et installés à bord des navires, les panneaux structuraux tels que les cloisons et les pontsdoivent passer avec succès un essai normalisé de résistance au feu de type ISO 834. De tels essais sont longs et coûteux,les constructeurs de panneaux souhaitent par conséquent maximiser les chances de succès lors du passage de leur produitau test en particulier pour les designs alternatifs que constituent les sandwichs composite.La simulation par éléments finis est un outil pour modéliser le comportement thermomécanique de telles structures.Les codes industriels comme SAMCEF qui a été utilisé dans ce travail sont capables de réaliser des analyses thermiquesavec dégradation et des analyses mécaniques mettant en jeu la gestion du contact, la dégradation des propriétésmécaniques et la perte des structures par ruine.L’enjeu de cette étude est d’abord identifier les spécificités de telles structures particulières par leur taille, leurconception, de déterminer quelles sont les données thermiques et mécaniques nécessaires pour alimenter le modèlenumérique et le cas échéant de les construire à partir des résultats de la réaction au feu des matériaux. Des modèlesnumériques que l’on souhaite robustes et utilisables dans un contexte industriel, sont développés pour déterminer lecomportement thermomécanique de tels panneaux. Ils prennent en compte l’évolution des propriétés thermiques etmécaniques des matériaux en cours de dégradation. Ces modèles doivent permettre par la suite l’estimation desperformances de nouveaux designs lors d’un essai de certification ISO 834 Structural panels used in naval industry such as bulkheads and decks must succeed in standard certification testssuch as ISO 834 to be commercialized and settled on board. As these tests are long and expensive, panel manufacturerswish to maximize chances of success for their panels when submitted to certification tests especially when it comes toalternative designs such as composite sandwich panels.Finite elements analyses are used to model thermo-mechanical behavior. Industrial software such as SAMCEF,which was used to conduct this work, are able to solve thermal analyses with degradation and mechanical analyses involvingcontact conditions, degradation of mechanical properties and loss of structures due to failure.The objective in this study is to first identify characteristics of these structures. They are special due to their size andtheir manufacturing. This study aims also to determine thermal and mechanical data required for numerical modeling.When necessary some data can be computed from results coming from the results of the materials’ reaction to fire.Numerical models are developed to determine thermo-mechanical behavior and are designed to be robust and used inindustrial context. They include the evolution of thermal and mechanical properties during the degradation process. Thesemodels must enable to estimate the performances of innovative designs during an ISO 834 certification test

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De, Freitas Alves Talita. "Thermomechanical behaviour of bituminous lavers containing rigid inserts for eRoads." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2022. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03920982.

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En général, quatre facteurs doivent être pris en compte avec précision et simplicité lors de la conception des chaussées souples : le trafic et la charge, les conditions environnementales, les propriétés des matériaux et les critères de défaillance (HUANG, 2004). L'inclusion de technologies de charge de véhicules en mouvement à l'intérieur des infrastructures routières modifie non seulement la disposition commune des couches, mais également la réponse globale de la structure aux sollicitations thermiques et mécaniques. Afin de quantifier l'impact de ces inclusions sur les performances des chaussées, cette étude propose des méthodologies à la fois numériques et expérimentales pour mesurer les évolutions de température, de contraintes et de déformations au sein des routes électrifiées (eRoads). Au moyen de simulations thermo-viscoélastiques transitoires en 2D en utilisant la Méthode des Éléments Finis (MEF), des profils routiers traditionnels et électrifiés ont été soumis aux fluctuations de température quotidiennes et au trafic.L'eRoad étudiée contient des rails électrifiés encastrés dans la couche de roulement bitumineuse, un cas particulièrement intéressant en raison de son exposition directe au trafic et au climat. La réponse des structures a été analysée et comparée à des valeurs admissibles couramment évaluées pour prédire l’endommagement. En laboratoire, un test thermique a été proposé pour évaluer les échantillons eRoad subissant des cycles chauds et froids au moyen de la technique de Corrélation d'Images Numériques (CIN). Les champs de déformation mesurés numériquement et expérimentalement conduisent à la même conclusion : les inserts rigides génèrent des contraintes supplémentaires le long de l'interface de l'unité de chargement et de la couche bitumineuse dues uniquement aux fluctuations quotidiennes de température. Le modèle thermo-viscoélastique proposé et le montage expérimental ont un grand potentiel pour évaluer des profils de chaussée innovants (eRoads inductives et conductrices) In general, four factors need to be accurately and simply accounted for on the design of flexible pavements: traffic and loading, environmental conditions, materials properties and failure criteria (HUANG, 2004). The inclusion of charge-while-drive technologies inside road infrastructures modifies not only the common disposal of layers, but also the overall response of the structure to thermal and mechanical loadings. In order to quantify the impact of these inclusions on the performance of flexible pavements, this study proposes both numerical and experimental methodologies to measure temperature, stress and strain evolutions within electrified roads (eRoads). By means of transient 2-D FEM thermo-viscoelastic simulations, traditional and electrified road profiles were subjected to daily temperature fluctuations and to traffic.The eRoad studied contains electrified rails embedded in the bituminous wearing course, a case of particular interest due to its direct exposure to traffic and climate. The response of the structures was analysed and compared to admissible values commonly assessed to predict distresses. In laboratory, a thermal test was proposed to evaluate eRoad specimens undergoing warm and cold cycles by means of Digital Image Correlation (DIC) technique. The strain fields measured numerically and experimentally lead to the same conclusion: the rigid inserts generate additional strain along the interface of the charging unit and the bituminous layer solely due to daily temperature fluctuations. The thermos-viscoelastic model proposed and the experimental set-up have a great potential to assess innovative pavement profiles (inductive and conductive eRoads)

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Bardel, Didier. "Rôle de la microstructure d'un alliage à durcissement structural sur son comportement et sa tenue mécanique sous sollicitations cycliques après un transitoire thermique." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0045/document.

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Pour fabriquer le caisson-coeur du futur réacteur expérimental Jules Horowitz (RJH), un assemblage de viroles est effectué à l'aide d'un procédé haute énergie : le soudage par faisceau d'électrons (FE). L'aluminium 6061-T6 qui a été choisi pour la fabrication de ces viroles est un alliage à durcissement structural, ce qui signifie que ses propriétés mécaniques sont très fortement dépendantes de son état de précipitation. Lors du soudage des viroles, l'état microstructural du matériau est affecté : on assiste notamment à une dégradation de l'état fin de précipitation (T6). Les conséquences de cette dégradation microstructurale sont diverses. Notamment, l'évolution de l'état de précipitation au cours du soudage engendre une variation du comportement mécanique et impactera donc la distribution des contraintes résiduelles. De plus, les propriétés mécaniques en service à proximité du joint soudé seront grandement modifiées, on assiste par exemple à une chute de la limite d'élasticité. Dans ce travail, des essais cycliques ont été effectués après des chargements thermiques représentatifs d'une opération de soudage mais aussi pendant des essais isothermes. L'analyse de ces résultats et la confrontation à des mesures de Diffusion de Neutrons aux Petits Angles (DNPA) et de Microscopie Electronique en Transmission (MET) permettent de comprendre les effets de la précipitation sur la loi de comportement de l'alliage. Afin de prédire les évolutions microstructurales et mécaniques dans l'alliage 6061, un logiciel de précipitation a été implémenté et couplé à un modèle élastoplastique à base physique. Les résultats obtenus permettent de représenter la grande variété de comportement observé lors de la campagne expérimentale. Un couplage entre simulation éléments finis thermique et précipitation a été effectué et permet d'ouvrir des perspectives de simulations plus physiques pour ce type d'alliage In order to assemble the pressure vessel of experimental Reactor Jules Horowitz (RJH) of France in the future, the electron beam welding process will be used. Several ferrules in a 6061-T6 age hardening aluminum alloy are used for manufacturing this vessel. The fine precipitation state (T6) is affected significantly by the electron beam welding process. Consequently, this microstructural degradation leads to an evolution of the mechanical behaviour and thus will affect the distribution of residual stresses. Moreover, the mechanical properties of the weld joint at ambiant temperature can be modified, such as the yield stress that may drop from 280 MPa to 55 MPa. In this work, cyclic tensile tests have been performed after anisothermal histories representative of welding and during isothermal treatments. The analysis of these results is compared with Small Angles Neutrons Scattering (SANS) and Transmission Electron Microscopy (TEM) characterizations that allow to understand the effect of the precipitation on the material behaviour. To predict the microstructural evolutions in the 6061 structure, a precipitation model has been developped. The precipitation software "PreciSo" coupled with a Finite Element thermal simulations and elastoplastic models allows to open new prospectives in the physical-based simulations domain

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Dia, Mouhamadou. "Hexahedral and prismatic solid-shell for nonlinear analysis of thin and medium-thick structures." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI040.

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Résumé :

Les structures à faibles ou moyennes épaisseurs sont naturellement présentes dans la plupart des installations de production d'énergie : bâtiment réacteur, tuyauteries sous pression, réservoirs métalliques ou bâches, cuve de réacteur, liners métalliques des enceintes de confinement pour ne citer que ceux‐là. Un besoin actuellement exprimé par les unités d'ingénierie d’EDF est la modélisation des phénomènes de cloquage de liners métalliques des bâtiments réacteur. Un liner est une structures de type tôle métallique assurant la fonction d’étanchéité des centrales nucléaires. Sa modélisation nécessite la prise en compte d’un phénomène de contact-frottement engendrant du pincement sur la coque, de la plasticité sous l’effet de cloquage et de la non linéarité géométrique (instabilité de type flambement). Pour modéliser le comportement thermomécanique d’une structure pareille, les éléments finis de plaques et coques actuellement disponible ne semblent pas être à la hauteur. Le premier verrou attribuable à ces éléments est l’hypothèse des contraintes planes qui empêche la prise en compte de certaines lois de comportement nativement tridimensionnelles. En deuxième lieu, du fait de leur formulation avec des degrés de liberté de rotations ces éléments n’offrent pas une facilité d’utilisation lorsqu’il s’agit de résoudre des problèmes prenant en compte les effets non-linéaires telles que les grande transformations géométriques, le contact-frottement bi-facial, le flambement et les pressions suiveuses. Une alternative serait d’utiliser des éléments volumiques standards. Cependant le coût de calcul prohibitif des ces derniers est difficilement accessible pour de nombreuses applications industrielles. Le but de ces travaux est de proposer une solution à cette problématique. Nous avons proposé une formulation élément fini de type solide-coque enrichie en pincement et capable de reproduire les comportements des structures minces avec une précision satisfaisante. Ce nouvel éléments fini fonctionnent avec tout type de loi de comportement tridimensionnelle sans restriction sur les champs de contraintes. On peut également l’utiliser pour tous les types de problèmes mécaniques : linéaire et non linéaire, contact frottement, grande transformation, flambement, pression suiveuse etc. Les simulations numériques réalisées montrent des performances satisfaisantes Thin or medium-thick structures are naturally present in most power generation facilities: reactor building, pressurized pipelines, metal tanks or tarpaulins, reactor vessel, metal liners of containment chambers, to name but a few. A need currently expressed by EDF's engineering units is the modeling of the blistering phenomena of metal liners in reactor facilities. A liner is a metal sheet type structure that provides the impermeability function of nuclear power plants. Its modeling requires taking into account a contact-friction phenomenon causing pinching on the shell, plasticity under the effect of blistering and geometric nonlinearity (buckling type instability). To model the thermo-mechanical behavior of such a structure, the finite elements of plates and shells currently available do not seem to be up to the task. The first limitation attributable to these elements is the assumption of plane stresses which prevents the consideration of some natively three-dimensional constitutive laws. Secondly, due to their formulation with rotational degrees of freedom these elements do not offer facility of use when solving problems that take into account non-linear effects such as large geometric transformations, bi-facial friction-contact, buckling and following pressures. An alternative would be to use standard volume elements. However, the prohibitive computing cost of the latter is difficult to access for many industrial applications. The aim of this work is to propose a solution to this problem. We have proposed a solid-shell finite element formulation enriched in their pinching stress and strain and capable of reproducing accurately the behaviour of thin structures. This new finite element works with any type of three-dimensional behaviour law without restriction on stress fields. It can also be used for all types of mechanical problems: linear and nonlinear, frictional contact, large transformation, buckling, displacement-dependent pressure, etc. The numerical simulations carried out show satisfactory performances

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Quint, Karsten [Verfasser]. "Thermomechanically coupled processes for functionally graded materials : experiments, modelling, and finite element analysis using high-order DIRK-methods / Karsten Quint." Clausthal-Zellerfeld : Universitätsbibliothek Clausthal, 2012. http://d-nb.info/1024717844/34.

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Buteri, Aurélien. "Etude de l'endommagement en fatigue d'alliages d'aluminium brasés pour échangeurs thermiques automobiles." Thesis, Lyon, INSA, 2012. http://www.theses.fr/2012ISAL0077/document.

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Résumé :

L'automobile nécessite l'utilisation d'échangeurs thermiques permettant d'assurer au moteur des conditions de fonctionnement en température acceptables (autour de 90°C). La fiabilité de ces échangeurs ne peut être négligée car ils peuvent être à l'origine de complications mécaniques importantes en cas de dysfonctionnement. La maîtrise des divers modes d'endommagement des échangeurs thermiques liés aux conditions d’utilisation devient dès lors un enjeu incontestable pour les industriels en charge de leur production, tant du point de vue matériaux, que du comportement général de la structure en service (influence du procédé d'assemblage, design,...). Les échangeurs thermiques présentent aujourd’hui une sensibilité accrue aux sollicitations thermomécaniques cycliques induites en service, du fait, essentiellement, d’une constante diminution des épaisseurs des composants. Celle-ci est responsable d’une augmentation significative des contraintes internes pour des conditions en service identiques, pouvant avoir pour conséquence directe et irréversible la rupture d’un tube, témoin d’une incompatibilité matière/design/process. Deux configurations matières industrielles ont ici été étudiées. Il s’agit de structures tri-couches colaminées de type tube, constituées respectivement de deux et trois alliages d’aluminium distincts (4xxx/3xxx/4xxx ou 4xxx/3xxx/7xxx), pour une épaisseur totale de 270µm. Ces dernières ont été développées pour permettre l’utilisation du procédé de brasage comme procédé d’assemblage (alliage 4xxx). Toutefois, une telle architecture, combinée à un procédé thermique d’assemblage sévère (600°C), est responsable d’une modification profonde de la microstructure avec l’apparition de structures de solidification, responsables entre autres de nombreuses irrégularités de surface (appelées Gouttes de Placage Résiduelles - GPR) ainsi que d’importants gradients de propriétés mécaniques dans l’épaisseur. Ces travaux de recherche s’appuient sur une approche expérimentale et numérique développée pour étudier les mécanismes d'endommagement en fatigue relatifs à de telles structures fines hétérogènes. Associant diverses techniques expérimentales telles que la corrélation d’images numériques (2D-3D) ou la tomographie à rayons X (de laboratoire ou à l’ESRF), elle permet une analyse précise des mécanismes d’amorçage et de propagation des fissures de fatigue (sur éprouvette de fatigue classique ou de type échangeur thermique). Le rôle des différents placages dans chacune des phases de l’endommagement a ainsi été mis en évidence (4xxx : amorçage, 7xxx : propagation des fissures). Des simulations par la méthode des éléments finis nous ont permis de compléter ces observations en proposant une quantification précise de l’influence de l’état de surface (GPR) sur la tenue en fatigue des éprouvettes testées. Enfin, des essais de fatigue réalisés directement sur échangeurs thermiques ont permis de corroborer les résultats obtenus sur éprouvettes modèles The automotive industry, like many other industrial fields, requires the use of heat thermal exchangers to allow optimal thermal service conditions of the engine (around 90°C for a car engine). The exchangers’ reliability has to be guaranteed to avoid a decrease of the engine efficiency or detrimental mechanical damage resulting from too high service temperatures. It is therefore necessary to control the different damage modes of such thermal heat exchangers according to the conditions of use. Thanks to their good thermal, corrosion and mechanical properties, aluminium alloys have steadily replaced copper alloys and brass for manufacturing heat exchangers in cars or trucks. Such components have been constantly optimized in terms of exchange surface area and, nowadays, this has led to Al components in heat exchangers with a typical thickness of the order of 0.2 to 1.5 mm. With such small thicknesses, the load levels experienced by heat exchangers components has drastically increased leading to an important research effort in order to improve the resistance to damage development during service life. Two industrial materials made of 3 co-rolled aluminium alloys (total thickness 0.27 mm) have been studied. In spite of their small thickness, the materials exhibit a composite structure comprising a core material (3xxx alloy) and 2 clads (4xxx and/or 7xxx alloys according to material configuration: 4xxx/3xxx/4xxx or 4xxx/3xxx/7xxx). The lower melting point 4xxx alloy is used for producing the heat exchanger assembly during a brazing process while the 7xxx alloy improves internal corrosion resistance. Such complex architecture, combined to the severe brazing thermal treatment, leads to important microstructural modifications, mainly characterized by the formation of brazing joints or Clad Solidification Drops (CSD) on the surface. Both of them are responsible for significant gradients of the mechanical properties on the thickness. The present study is based on an original experimental and numerical approach developed to characterise the different fatigue damage mechanisms operating in such thin heterogeneous structures. Digital image correlation (2D-3D) and X-rays tomography (at different resolutions) have been used to analyze the crack initiation and propagation mechanisms, highlighting the impact of each clad on each damage step. While the 4xxx clad corresponds to preferential crack initiation zones, the 7xxx clad seems to affect significantly the crack propagation phase. Finite Elements simulations have been carried out to complete these experimental observations, putting forward an accurate quantification of the surface state influence (through the CSD). All the different results and observations made on fatigue samples with a simplified geometry have been finally confirmed by fatigue tests on thermal exchanger configurations

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Havlásek, Radim. "Statistické plánování experimentů pro účely optimalizace kvality." Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2009. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-217910.

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Résumé :

This thesis is aimed to Design of Experiments methodology. Main purpose of this thesis is to create detailed materials for lessons of Design of Experiments in Quality Control courses. Thesis contains case studies which are applicable for education purposes. Design of Experiments has been applied for solder joints quality evaluation. Solder joints have been modeled in software ANSYS and finite element method has been applied for thermomechanical stress evaluation.

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Hamdani, Hamid. "Métamodèles pour l’étude fiabiliste des systèmes mécatroniques Métamodélisation pour une conception robuste des systèmes mécatroniques Reliability analysis of tape based chip-scale packages based metamodel Optimization of solder joints in embedded mechatronic systemsvia Kriging-assisted CMA-ES algorithm Metamodel assisted evolution strategies for global optimization of solder joints reliability in embedded mechatronic devices." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMIR12.

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Résumé :

Les défaillances des systèmes mécatroniques sont souvent causées par la rupture par fatigue des joints de brasure de ses composants électroniques. Avec la miniaturisation croissante des boîtiers électroniques, la sollicitation des joints de brasure, qui assurent la liaison entre les sorties du composant et la carte, peut devenir problématique. En effet, les joints de brasures peuvent accepter des taux de déformation importants, mais une accumulation des sollicitations répétées provoquent leur vieillissement prématuré pouvant conduire à la rupture de joints brasés (phénomène de fatigue thermomécanique). Ainsi, les études basées sur la simulation par les méthodes des éléments finis sont menées pour étudier numériquement la durée de vie des boîtiers montés sur circuit imprimé (fiabilité de deuxième niveau). Le coût de calcul élevé de la résolution de ce type de problèmes peut rendre la procédure d’optimisation et d’évaluation de la fiabilité irréalisable en raison de la grande consommation de temps de calcul de la simulation multiphysique par la méthode des éléments finis. Cette thèse propose d’une part, une adaptation de la méthode CMA-ES Assisté par le métamodèle de krigeage pour l’optimisation globale d’un problème. La mise en œuvre de cet algorithme proposé a été réalisée dans l’optimisation globale des joints de brasure d’un boîtier de type PQFP. Les résultats des études numériques montrent que l’algorithme KA-CMA-ES proposé est plus efficace et plus performant que l’algorithme CMA-ES standard. D’autre part, une méthodologie générale pour l’analyse de la fiabilité en fatigue est proposée dans ce manuscrit. Elle s’appuie sur la modélisation des incertitudes (chargement, propriétés du matériau, géométrie) et vise à quantifier le niveau de fiabilité du système étudié pour un scénario de défaillance en fatigue. Une méthode basée sur les techniques de métamodélisation est précisément proposée pour remédier à la complexité des systèmes mécatroniques dans la résolution du problème de fiabilité. Le métamodèle est utilisé pour imiter le comportement du modèle mécanique tout en satisfaisant en même temps l’efficacité et la précision de ce dernier. La mise en œuvre de cette méthodologie est appliquée pour l’analyse de fiabilité d’un boîtier de type T-CSP Mechatronic system failures are often caused by fatigue failure of the solder joints of its electronic devices. With the increasing miniaturization of electronic devices, the stress on solder joints, which provide the connection between the component outputs and the PCB, has become a major challenge. Indeed, solder joints can accept high deformation rates, but an accumulation of repeated stresses causes their premature ageing which can lead to the rupture of solder joints (thermomechanical fatigue phenomenon). Thus, the studies based on finite element simulation methods are performed to numerically investigate the lifetime of PCB-mounted devices (secondlevel reliability). The high computational costs required to solve such problems may make the optimization and reliability assessment procedure impracticable due to the high computation time of multi-physics finite element simulation. This thesis proposes on the one side, an adaptation of the CMA-ES method Assisted by the kriging metamodel for the global optimization of a given problem. The implementation of this proposed algorithm was performed in the global optimization of the solder joints in a PQFP package. The results of the numerical studies show that the proposed KA-CMA-ES algorithm is more efficient and more efficient than the standard CMA-ES algorithm. On the other side, a general methodology for reliability analysis in fatigue is proposed in this manuscript. It is based on the uncertainty modeling (loading, material properties, geometry) and aims to quantify the reliability level of the system studied for a fatigue failure scenario. A method based on metamodelling techniques is precisely proposed to address the complexity of mechatronic systems in solving the reliability problem. The metamodel is used to emulate the mechanical model behaviour while satisfying both the its efficiency and accuracy. The implementation of the proposed methodology is applied for the reliability analysis of a T-CSP package

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Abondance, Didier. "Modélisation thermomécanique d'un procédé de mise en forme aux cotes de pièces complexes par compression isostatique à chaud de poudre de TA6V." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1996. http://www.theses.fr/1996GRE10026.

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La compression isostatique a chaud (cic) aux cotes de poudre de ta6v peut etre une solution economique pour fabriquer des composants complexes de moteurs aeronautiques et spatiaux. L'objectif de cette etude etait de developper les outils de prediction de la geometrie finale et de la densite finale de telles pieces. Dans un premier temps, les lois de comportement viscoplastiques des materiaux de moule (304l, xc18) et du ta6v puis les fonctions rheologiques de la poudre ont ete determinees experimentalement a l'aide d'essais de c. I. C. Interrompus et de compression uniaxiale. Un ensemble coherent de donnees materiaux a ete ainsi obtenu dans une gamme de vitesse de deformation (10#-#5 a 10#-#3 s#-#1) typique du procede de c. I. C. Mais intermediaire entre celle du fluage et du forgeage. Nous avons ensuite fabrique trois pieces de validation, deux axisymetriques et une tridimensionnelle. Des mesures de densites relative et de dimensions de ces trois pieces ont ete realisees. En parallele des simulations numeriques ont ete effectuees en utilisant un code aux elements finis bidimensionnel, compact2, et les lois de comportement determinees precedemment. Les differences entre les geometries mesurees et modelisees sont en general faibles et valident l'utilisation de la loi d'abouaf pour representer le comportement de la poudre dans le cas des pieces industrielles considerees

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Alam, Khurshid. "Experimental and numerical analysis of conventional and ultrasonically-assisted cutting of bone." Thesis, Loughborough University, 2009. https://dspace.lboro.ac.uk/2134/5870.

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Résumé :

Bone cutting is widely used in orthopaedic, dental and neuro surgeries and is a technically demanding surgical procedure. Novel surgical methods are continually introduced in orthopaedic, neuro and dental surgeries and are aimed at minimising the invasiveness of the operation and allowing more precise cuts. One such method that utilises cutting with superimposed ultrasonic vibration is known as ultrasonically- assisted cutting (UAC). The main concern in bone cutting is the mechanical and thermal damage to the bone tissue induced by high-speed power tools. Recent technological improvements are concerned with the efforts to decrease the force required by the surgeon when cutting the bone as well as increases in surgery speed. A programme of experiments was conducted to characterise properties of a bone and get a basic understanding of the mechanics of bone cutting. The experiments included: (a) nanonindentation and tension tests to obtain the properties for the finite element (FE) bone cutting model, (b) high-speed filming to observe the chip formation process, which influences thermomechanics of the cutting process in conventional drilling (CD) and ultrasonically-assisted drilling (UAD) and, (c) plane cutting and drilling experiments to measure the levels of force and temperature rise in the bone tissue. Novel two-dimensional finite element (FE) models of cortical bone cutting were developed for conventional and ultrasonically-assisted modes with the MSC.MARC general FE code that provided thorough numerical analysis of thermomechanics of the cutting process. Mechanical properties such as the elastic modulus and strain-rate sensitivity of the bone material were determined experimentally and incorporated into the FE models. The influence of cutting parameters on the levels of stress, penetration force and temperature in the bone material was studied using conventional cutting (CC) and ultrasonically-assisted cutting (UAC). The temperature rise in the bone material near the cutting edge was calculated and the effect of cutting parameters on the level of thermal necrosis was analysed. The necrosis depth in bone was calculated as a distance from the cut surface to the point where the thermal threshold level was attained. Comparative studies were performed for the developed FE models of CC and UAC of bone and the results validated by conducting experiments and using data from scientific publications. The main outcome of the thesis is an in-depth understanding of the bone cutting process, and of its possible application in orthopaedics. Recommendations on further research developments are also suggested.

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Dib, Johan. "Contribution à l'élaboration d'un logiciel métier par éléments finis pour l'analyse thermomécanique globale d'échangeurs de chaleur à plaques et ondes." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2007. http://www.theses.fr/2007INPL025N/document.

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Résumé :

Ce travail consiste à développer un logiciel métier basé sur la modélisation thermomécanique linéaire de l'échangeur tout en intégrant les techniques d'homogénéisation. Une méthodologie de modélisation de l'échangeur constitué par un empilement de différentes ondes et tôles brasées, est donc adoptée. Cette méthodologie suppose que le comportement global de chaque couche d'ondes et tôles, est encadré par deux comportements limites déterminés par des approches mécanique périodique (HMP) et cinématique périodique (HCP). Ces deux approches sont mises en œuvre pour l’application numérique tout en étudiant le chargement interne global dû à la température et à la pression. Un outil d'homogénéisation (HomPass) est ensuite développé afin de déterminer automatiquement les comportements équivalents à chaque onde et tôle brasées. Cela contribue au développement de l'outil métier final (SiTEME) dédié à l'étude thermomécanique globale de l'échangeur This work consists of developing a software tool based on the linear thermomechanical modeling of the heat exchanger using homogenization techniques. A methodology for modeling the heat exchanger constituted by stacking of different brazed fins and sheets is adopted. This methodology assumes that the global behavior of every layer of fins and sheets is found between two behavior limits determined by periodic mechanical approach (HMP) and periodic kinematical approach (HCP). These techniques are implemented for numerical application while studying global loading due to the temperature and pressure internal loads. A homogenization tool (HomPass) is then developed in order to calculate automatically equivalent behaviors to each layer of brazed fins and sheets. That contributes to the development of the final software tool (SiTEME) dedicated to the global thermomechanical study of the heat exchanger

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Bernard, Chrystelle. "Intégration dans un code éléments finis d'un modèle de comportement en grandes déformations pour les polymères amorphes : applications à une large gamme de vitesses de déformation et à la mise en forme." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAD018/document.

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Résumé :

De nos jours, de nombreuses pièces mécaniques sont fabriquées en polymères. Ces matériaux présentent un comportement complexe très sensible à la vitesse de déformation et à la température. De nombreux modèles de comportement mécanique, tenant compte de cette double sensibilité, ont été développés au cours des dernières années dans le but de décrire le comportement élasto-viscoplastique des polymères en grandes déformations sur de larges plages de vitesses de déformation et de températures. Afin de prévoir la tenue de pièces mécaniques en polymère soumises à un ensemble de sollicitations complexes, l'utilisation de méthodes numériques, telles que la méthode des Éléments Finis (EF), s'avèrent incontournables. Cependant, la qualité de la prévision numérique est fortement dépendante de la loi de comportement utilisée. Ainsi, nous proposons d'étudier deux modèles de comportement qui ont été introduits dans deux codes de calcul par EF : un modèle phénoménologique simple, introduit dans CAST3M, et un modèle micromécanique, introduit dans ABAQUS/Explicit. Le modèle phénoménologique permet de modéliser le comportement mécanique des polymères vitreux en petites déformations sur une plage de vitesses de déformation et de températures réduite. Un essai de compression reproduisant le dispositif des barres d'Hopkinson a été simulé pour plusieurs vitesses de déformation et températures. Une bonne corrélation a été trouvée entre résultats expérimentaux et les prévisions numériques. De plus, de rapides estimations du coefficient de Taylor-Quinney et de la contrainte à l'interface, liée au frottement entre l'échantillon et les barres de compression, ont pu être trouvées. Le modèle micromécanique décrit le comportement des polymères amorphes en grandes déformations sur de larges gammes de vitesses de déformation et de températures. Il a été développé au sein de notre équipe de recherche par Richeton et al. [Int. J. Solids Struct. 44 (2007) 7938] et propose une dépendance à la vitesse de déformation et à la température de différentes propriétés matériau (module élastique, contrainte seuil, durcissement structural). Afin de modéliser le comportement de structures polymères soumises à des chargements dynamiques ou à de la mise en forme, un sous-programme VUMAT est écrit. Après validation de l'intégration numérique du sous-programme sur des essais de compression/traction simple, deux applications ont été simulées. La première application a consisté en la modélisation d'un essai d'impact d'une plaque polymère par un projectile hémisphérique. La seconde application est un essai de forgeage à froid. Dans les deux cas, les prévisions numériques sont en accord avec les résultats expérimentaux issus de la littérature Nowadays, numerous structural parts are made in polymeric materials. These materials exhibit a complex behavior strongly sensitive to strain rate and temperature. Numerous constitutive equations have been developed during the last decades in order to describe the elastic-viscoplastic behavior of polymers in finite strain for a wide range of strain rates and temperature. To provide for the holding of mechanical parts polymer subject to a complex set of loads, the use of numerical methods, such as Finite Element (FE) method, is unavoidable. However, the quality of the numerical prediction is strongly dependent to the used constitutive equations. Thus, we proposed to study two models of mechanical behavior implemented in two FE softwares: a simple phenomenological model, introduced in CAST3M, and a micromechanical model, introduced in ABAQUS/Explicit. The phenomenological model allows simulating the mechanical behavior of glassy polymers in small strains over a reduced range of strain rates and temperatures. A compressive test reproducing the Split Hopkinson Pressure Bar device is simulated for several strain rates and temperatures. A good correlation is found between experimental results and numerical predictions. Moreover, an estimation of Taylor-Quinney coefficient and the interfacial stress, due to the friction between the polymer sample and the compressive bars, have been found. The micromechanical model describes the mechanical behavior of amorphous polymers in finite strain over a wide range of strain rates and temperatures. It has been developed in our research team by Richeton et al. [Int. J. Solids Struct. 44 (2007) 7938] and proposes to take into account the strain rate and temperature dependence of various material properties (elastic modulus, yield stress, orientational hardening). In order to simulate the mechanical behaviour of polymeric structures under dynamic loadings or during forming processes, a VUMAT subroutine is written. After validation of the numerical implementation of the VUMAT subroutine for simple compressive/tensile tests, two applications were simulated. The first application is a normal impact test of a polymeric plate by a hemispherical projectile. The second application is a cold forging test. In both cases, numerical predictions are in agreement with the experimental results from the literature

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Soyarslan, Celal. "Modelling Damage For Elastoplasticity." Phd thesis, METU, 2009. http://etd.lib.metu.edu.tr/upload/12610300/index.pdf.

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A local isotropic damage coupled hyperelastic-plastic framework is formulated in principal axes where thermo-mechanical extensions are also addressed. It is shown that, in a functional setting, treatment of many damage growth models, including ones originated from phenomenological models (with formal thermodynamical derivations), micro-mechanical models or fracture criteria, proposed in the literature, is possible. Quasi-unilateral damage evolutionary forms are given with special emphasis on the feasibility of formulations in principal axes. Local integration procedures are summarized starting from a full set of seven equations which are simplified step by step initially to two and finally to one where different operator split methodologies such as elastic predictor-plastic/damage corrector (simultaneous plastic-damage solution scheme) and elastic predictor-plastic corrector-damage deteriorator (staggered plasticdamage solution scheme) are given. For regularization of the post peak response with softening due to damage and temperature, Perzyna type viscosity is devised. Analytical forms accompanied with algorithmic expressions including the consistent material tangents are derived and the models are implemented as UMAT and UMATHT subroutines for ABAQUS/Standard, VUMAT subroutines for ABAQUS/Explicit and UFINITE subroutines for MSC.Marc. The subroutines are used in certain application problems including numerical modeling of discrete internal cracks, namely chevron cracks, in direct forward extrusion process where comparison with the experimental facts show the predicting capability of the model, isoerror map production for accuracy assessment of the local integration methods, and development two novel necking triggering methods in the context of a damage coupled environment.

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Chevalier, Damien. "Contribution à la compréhension du couplage thermomécanique en laminage à chaud sur l’évolution des défauts de coulée." Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0078/document.

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Le laminage est un procédé de mise en forme à chaud permettant d’obtenir des barres de différents diamètres en partant de blooms issus de la coulée continue. Dans les bruts de coulée se répartissent des inclusions qui sont de natures, de formes et de tailles différentes. Le laminage va permettre de réduire le diamètre de la barre et d’agir sur la microstructure du matériau, notamment, en fragmentant et dispersant les inclusions. L’objectif des travaux de thèse est de contribuer à la compréhension des effets du chargement thermomécanique sur l’évolution des défauts de coulée en laminage. Vu la dimension des installations, les investigations expérimentales directes sur les moyens industriels ne sont pas envisageables. L’idée développée dans les travaux de thèse concerne la mise en place et la validation d’un essai de caractérisation à échelle réduite reproduisant le chemin thermomécanique subi par la matière au cours du laminage. Pour ce faire la ligne de laminage industrielle est modélisé afin d’obtenir le chargement thermomécanique de la barre au cours du laminage. Seules les sollicitations ayant un rôle majeur sur le comportement des défauts sont reproduites. Un essai dit de « forgeage libre » a ainsi été conçu, réalisé, mis en place sur les moyens de mise en forme de la plateforme VULCAIN de l’ENSAM. L’essai a été utilisé avec des défauts artificiels présentant des similarités comme la malléabilité avec les défauts réels. Une campagne expérimentale paramétrique a été menée sur les différents types de défauts. Les échantillons forgés ont été analysés par des méthodes non destructives comme les ultrasons, la radiographie et la tomographie X. Ces analyses ont permis de suivre le comportement du défaut et d’observer certains phénomènes mis en évidence dans la littérature comme l’apparition de cavité à l’interface défaut-matrice Rolling is a hot forming process dedicated to manufacture bars with different diameters. The initial product is a bloom from the continuous casting. The bloom contains inclusions which have different forms, sizes and distributions. The rolling reduces the diameter of the bar and acts on the material microstructure by fragmenting and dispersing the inclusions. The aim of the thesis work is to understand the behavior of the inclusions with the rolling thermo mechanical loading effects. The direct investigations on the rolling mill are not possible because of the size of the installations. To address this problem, the solution is to develop and validate a small scale characterization test reproducing the thermo mechanical loading of the rolled bar. To achieve this, the rolling mill is modeled. Only the solicitations which have a major role on the behavior of the defects are reproduced. An open-die forging test is designed, manufactured and implemented on the VULCAIN installation of the ENSAM. The artificial defects which have a similar malleability to the real defects are integrated into the sample. A parametric experimental campaign has been conducted on the different defects. The forged samples have been analyzed with non-destructive methods such as ultrasound, radiography and tomography. These analyses allowed to follow the behavior of the defects and to observe certain phenomena illustrated in the literature such as the emergence of a cavity on the defect-matrix interface

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Orgéas, Laurent. "Étude expérimentale et numérique du comportement thermomécanique d'un alliage à mémoire de forme industriel NiTi." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1997. http://www.theses.fr/1997GRE10256.

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Le present document est une contribution a l'etude experimentale, theorique et numerique du comportement thermomecanique d'un alliage a memoire de forme industriel niti. Le travail est constitue principalement de trois parties : validation des hypotheses de base utilisees dans les lois de comportement, realisation d'essais mecaniques pour caracteriser les comportements ferroelastique et superelastique du materiau, et modelisation tridimensionnelle appliquee au calcul de structures. L'objectif d'un tel travail est de fournir a l'ingenieur de bureau d'etudes un outil numerique capable de dimensionner des pieces de structures en alliages a memoire de forme. Les lois de comportement sont etablies a partir d'hypotheses physiques, en particulier concernant l'origine de l'hysteresis tant thermique que mecanique. Celles-ci sont validees a partir d'experiences realisees en cisaillement simple en ferroelasticite et en superelasticite, sur des polycristaux de niti, mais aussi sur des monocristaux de cuznal. De plus, les predictions quantitatives du modele sont alors satisfaisantes. Une campagne d'essais homogenes de caracterisation (traction, compression et cisaillement) est effectuee a differentes temperatures. Ces essais ont ete realises sur des toles ayant ete soumises au meme traitement thermomecanique prealable. Ils mettent en evidence la complexite des phenomenes physiques a modeliser : comportement fortement non lineaire a hysteresis, dependance des proprietes caracteristiques avec la temperature, dissymetrie de comportement entre traction et compression. Le schema constitutif sous sa forme tridimensionnelle est alors identifie a ces essais, et modelise correctement la majorite des comportements observes. Ce schema est implante dans un code de calculs elements finis ecrits en grandes transformations, qui utilise la notion de coordonnees materielles entrainees. Finalement, la demarche de modelisation est validee : les predictions des simulations numeriques sont comparees avec des experiences mettant en evidence des sollicitations heterogenes, soit de localisation observee lors de traction de tole, soit de flexion de poutre.

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Sahli, Mehdi. "Simulation and modelling of thermal and mechanical behaviour of silicon photovoltaic panels under nominal and real-time conditions." Thesis, Strasbourg, 2019. http://www.theses.fr/2019STRAD036.

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Résumé :

Le travail présenté dans cette thèse porte sur le développement d’un modèle multi-physique numérique, destiné à étudier le comportement optique, électrique et thermique d’un module photovoltaïque. Le comportement optique a été évalué en utilisant des chaines de Markov. Le comportement électrique est obtenu pour les panneaux en Silicium à l’aide d’une méthode d’optimisation numérique. Le comportement thermique est développé en 1D sur l’épaisseur du module, et le modèle multi-physique a été faiblement couplé sous MATLAB. Le comportement sous des conditions nominales d’opération a été validé en utilisant les données déclarées par les constructeurs. Ce modèle a été utilisé pour effectuer une étude paramétrique sur l’effet des irradiances solaires en régime permanent. Le modèle a été validé pour des conditions d’utilisations réelles en comparant avec des mesures expérimentales de température et de puissance électrique. Une étude thermomécanique en 2D sous ABAQUS/CAE et se basant sur le modèle multi-physique a été effectué en conditions nominales d’opération, ainsi qu’en cycle de fatigue selon la norme 61215 pour prédire les contraintes qui sont imposées sur le panneau dans les deux cas mentionnés précédemment The work presented in this thesis deals with the development of a numerical multi-physics model, designed to study the optical, electrical and thermal behaviour of a photovoltaic module. The optical behaviour was evaluated using stochastic modelling based on Markov chains, whereas the electrical behaviour was drawn specifically for Silicon based photovoltaic panels using numerical optimization methods. The thermal behaviour was developed in 1D over the thickness of the module, and the multi-physics module was weakly coupled in MATLAB. The behaviour of commercial panels under nominal operation conditions was validated using data declared by the manufacturers. This model was used to perform a parametric study on the effect of solar irradiances in steady state. It was also validated for real use conditions by comparing it to experimental temperature and electrical power output. A thermomechanical study in 2D in ABAQUS/CAE based in the multi-physics model was carried out in nominal operating conditions, as well as in fatigue thermal cycling according to the IEC 61215 Standard to predict the stresses that are imposed on the panel

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Bargaoui, Hiba. "Simulation de la déformation des noyaux de fonderie durant la coulée." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM004/document.

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Résumé :

Les cavités intérieures des culasses d'aluminium sont réalisées à l'aide de noyaux de sable, qui sont constitués d'un mélange de silice et d'une résine Polyuréthane. Ils sont placés dans le moule métallique juste avant la coulée. Durant celle-ci, ils subissent la pression métallo-statique et sont soumis à des températures élevées. Sous ces conditions extrêmes, avec l'apparition de parois de plus en plus fines et de formes plus complexes, les noyaux peuvent présenter des déformations qui induisent des défauts dimensionnels sur les pièces finales.Pour contrôler la déformation des noyaux, il faut d'abord disposer d'une caractérisation robuste de leur propriétés thermiques et mécaniques, qui puisse être utilisée dans des calculs de structures simulant le flux de métal liquide, la solidification et les champs thermiques. Cette approche n'est pas encore pratiquée de façon complète dans l'industrie. Une revue de la littérature confirme que cette connaissance n'est que très parcellaire pour le moment.Le travail a donc d'abord été concentré sur la caractérisation expérimentale du comportement thermomécanique et des propriétés thermophysiques des noyaux de fonderie et du liant résine.Ensuite, un modèle de comportement capable de prendre en compte la viscosité du matériau, son endommagement, et surtout son évolution en fonction du temps et de la température en raison de la dégradation thermique du liant résine a été développé.Une éprouvette technologique a finalement été conçue et un protocole expérimental a été mis en place pour mesurer la déformation d'un noyau durant la coulée et de valider numériquement le modèle de comportement sous des chargements thermiques et mécaniques complexes The inner cavities of aluminum cylinder heads are made using sand cores, which are made of silica sand and of a polyurethane resin binder. The cores are placed in the metallic mold just before casting. During this stage, the cores are submitted to the metallo-static pressure and high temperatures. Under these extreme loading conditions, with the development of thinner and thinner walls with complex designs, the cores exhibit significant deformation causing dimensional defects in the final cast.To control the deformation of the sand core, it is necessary to possess a robust characterization of their thermal and mechanical properties, that could be introduced in structural computations simulating the flow of the liquid metal, the solidification and the thermal fields. This approach is still not fully in use in the industry. A review of the literature confirms that this knowledge is incomplete for the moment.The work was therefore concentrated on the experimental characterization of the thermomechanical behavior and the thermophysical properties of the foundry cores and Polyurethane resin binder.Then, a behavior model capable of taking into account the viscosity of the material, damage development, and especially its evolution as a function of time and temperature because of the thermal degradation of the binder resin was developed.A technological specimen was finally designed and an experimental protocol has been established to measure the deformation of a core during casting and numerically validate the constitutive equations under complex thermal and mechanical loadings

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Biglione, Jordan. "Simulation et optimisation du procédé d'injection soufflage cycle chaud." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0079/document.

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Résumé :

Le procédé d'injection soufflage est rendu accessible aux presses d'injection standard à travers le procédé d'injection soufflage cycle chaud, sans stockage puis réchauffe de la préforme. Le but étant de rendre accessible la production de petites séries de pièces creuses à des entreprises possédant un parc machine de presse à injecter. Les pièces sont réalisées en polypropylène et sont soufflées juste après avoir été injectées. Ce processus implique que la préforme se doit d'être suffisamment malléable pour être soufflée mais suffisamment visqueuse pour éviter de se rompre durant la phase de soufflage. Ces contraintes conduisent à une fenêtre de mise en oeuvre réduite, comprise entre la température de fusion du polymère et la température de cristallisation, soit le domaine ou le polypropylène est à l'état amorphe et suffisamment froid pour avoir une viscosité conséquente sans cristalliser. Ce procédé cycle chaud implique des gradients de température, de grands taux d'étirages et d'importantes cinétiques de refroidissement. Des mesures de rhéométrie à l'état fondu sont réalisées pour identifier le comportement de la matière dans la plage de température du procédé, de même que des tests de calorimétrie différentielle. L'observation du procédé et l'étude de la cristallisation du matériau permettent de supposer que ce dernier reste à l'état fondu durant la phase de soufflage. Un modèle rhéologique de Cross est utilisé, avec la dépendance thermique prise en compte par une loi d'Arrhénius. Le procédé est simulé à l'aide d'un logiciel de calcul par éléments finis dédié aux écoulements de fluides complexes (POLYFLOW) dans l'espace de travail ANSYS Workbench. La géométrie autorise une approche axisymétrique, facilitant ainsi la modélisation. Le calcul transitoire est lancé sous conditions anisothermes et l'auto-échauffement est considéré. Des études de sensibilité sont réalisées et révèlent l'influence de paramètres procédé tels que le comportement du matériau, la pression de soufflage et le champ de température initial. Des mesures d'épaisseurs sont réalisées en utilisant une méthode de traitement d'image permettant l'analyse des images numérisées de pièces découpées et des images issues de tomographie X des pièces. Les résultats simulés sont comparés aux mesures expérimentales. Le modèle présente les mêmes tendances que les mesures. L'existence de déformations élongationnelles, mais aussi par cisaillement lors du soufflage après contact avec le moule, est discutée. Une boucle d'optimisation est mise en place afin de déterminer numériquement la géométrie optimale de préforme. Des points de contrôle sont placés le long de la préforme et l'algorithme d'optimisation modifie les épaisseurs à ces points Single stage injection blow molding process, without preform storage and reheat, could be run on a standard injection molding machine, with the aim of producing short series of specific hollow parts. The polypropylene bottles are blown right after being injected. The preform has to remain sufficiently malleable to be blown while being viscous enough to avoid being pierced during the blow molding stage. These constraints lead to a small processing window, and so the process takes place between the melting temperature and the crystallization temperature, where the polypropylene is in his molten state but cool enough to enhance its viscosity without crystallizing. This single stage process introduces temperature gradients, molecular orientation, high stretch rate and high cooling rate. Melt rheometry tests were performed to characterize the polymer behavior in the temperature range of the process, as well as Differential Scanning Calorimetry. A viscous Cross model is used with the thermal dependence assumed by an Arrhenius law. The process is simulated through a finite element code (POLYFLOW) in the Ansys Workbench framework. The geometry allows an axisymmetric approach. The transient simulation is run under anisothermal conditions and viscous heating is taken into account. Thickness measurements using image analysis are done and the simulation results are compared to the experimental ones. The experimental measurements are done by analizing tomography datas. The simulation shows good agreements with the experimental results. The existence of elongational strain as well as shear strain during the blowing after contact with the mold is discussed. An optimization loop is run to determine an optimal initial thickness repartition by the use of a Predictor/Corrector method to minimize a given objective function. Design points are defined along the preform and the optimization modifies the thickness at these locations. This method is compared to the Downhill Simplex Method and shows better efficiency

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Thèses sur le sujet « Thermomechanical finite element »

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