Academic literature on the topic 'Coke – Propriétés mécaniques – Modèles mathématiques'

Le Deep Soil Mixing est une technique d’amélioration de sols dont la part de marché devient non négligeable. Les progrès technologiques dans le domaine permettent aujourd’hui d’envisager la réalisation d’ouvrages permanents. L’utilisation structurelle du matériau sol-ciment n’est cependant pas encore réglementée comme le béton avec l’Eurocode 2, ni validée par un nombre suffisant d’études de durabilité. Ces problématiques ont donc fait l’objet d’un travail de recherche au sein du laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (L2MGC) avec le soutien de la Fédération Nationale des Travaux Publics (FNTP) et de l’entreprise « Spie Fondations ». Cet article présente de manière synthétique le résultat des travaux expérimentaux qui ont été conduits afin de mieux comprendre l’influence des paramètres de formulation et des conditions d’exposition sur le comportement du matériau. L’étude met tout d’abord en évidence le lien entre la conductivité hydraulique du matériau et le diamètre caractéristique des pores. Des relations mathématiques sont ensuite proposées afin d’estimer les propriétés mécaniques du matériau. Puis, les propriétés résiduelles du matériau sont analysées en situation de vieillissement accéléré et à haute température.

Les propriétés physiques, mécaniques et chimiques des matières premières ont un effet majeur sur la qualité des anodes en carbone pour le procédé de production d’aluminium. Ce travail tente d’étudier la faisabilité de l’application de simulation de la Méthode des Élément Discrets (DEM) à la technologie de production d’anodes. L’effet de la forme des particules et de la distribution de leurs tailles sur la densité apparente vibrée (VBD) d’échantillons de coke sec est étudié. Les particules de coke sont numérisées en utilisant des techniques d’imagerie à deux et trois dimensions. Ces images donnent les formes et les aspects réels des particules qui sont utilisées pour les modèles DEM pour les tests VBD pour le codage de flux de particules (PFC). Le coefficient de friction interne des particules de coke est estimé par la méthode de mesure d’angle au repos. Les résultats ont montrés comme attendu, que la VBD des échantillons de coke est affectée par la forme et la distribution de taille des particules. Les simulations à deux dimensions ont confirmé qu’en général, les échantillons formés de particules de tailles poly-dispersées ont une VBD plus haute que ceux dont la taille des particules est mono-dispersée. De plus, la VBD des échantillons augmente lorsque la fraction de grosses particules augmente. Cependant, la présence de 10 % massique de particules fines est nécessaire pour remplir les pores entre les grosses particules. De même pour la simulation 3D, le modèle suit la tendance des données expérimentales montrant que dans une éprouvette de 2,9 cm de diamètre, l’augmentation de la quantité de particules de - 4+6 mesh (de 3,36 à 4,76 mm) engendre une augmentation de la VBD. En conclusion, un modèle DEM approprié est capable de prédire le réarrangement des particules et l’évolution de la densité pendant le processus de vibration.
Physical, mechanical and chemical properties of raw materials have considerable effects on quality of carbon anodes for aluminium smelting process. The present work attempts to investigate the feasibility of application of Discrete Element Method (DEM) simulations in anode production technology. Effects of coke particles shape and size distribution on vibrated bulk density (VBD) of dry coke samples are studied. Coke particles are digitized using two-dimensional and three-dimensional imaging techniques and real-shape particles are used in DEM models of VBD test in Particle Flow Code (PFC). Internal friction coefficient of coke particles were estimated by means of angle of repose tests. Results showed that, as expected, VBD of coke samples is affected by shape and size distribution of the particles. Two-dimensional simulations confirmed that in general, mixed-sized samples have higher VBD than mono-sized cokes and as the fraction of coarse particles increases vibrated bulk density increases. However, existence of 10 wt.% of fine particles to fill the pores between coarse particles is essential. For 3D simulations also, the model follows the trend of experimental data showing that in the container of 2.9 mm diameter, as the content of -4+6 mesh (3.36-4.76 mm) particles increase, VBD increases. It can be concluded that a well-tailored DEM model is capable of predicting the particle rearrangement and density evolution during the vibration process.

On étudie le comportement mécanique d'une craie blanche très poreuse et on en propose une modélisation. On se limite aux sollicitations statiques et quasi-monotones à pression hydrostatique moyenne et élevée. Les lois de comportement de la craie et les paramètres introduits dans le modèle sont déterminés à partir d'essais de compression isotrope et triaxiale de révolution jusqu'à des pressions de confinement de 50 MPa. Des essais de sollicitations proportionnelles et triaxiales d'extension latérale sont réalisés puis simulés à l'aide du modèle. On utilise un programme de calcul par la méthode des éléments finis pour étudier le comportement de la craie

L’avènement des Bétons Autoplacants a apporté d’importantes évolutions dans le secteur du Bâtiment et des Travaux Publics, notamment l’apparition de coffrages complexes destinés à recevoir les volumes importants de béton. Cependant, les outils de caractérisations expérimentales encore empiriques n’ont pas connu le même essor et se cherchent encore. Le travail réalisé est une contribution expérimentale permettant de caractériser le comportement des matériaux à matrice cimentaire à l’état frais notamment les BAP. L’objectif est de suivre l’évolution des contraintes de structuration et des paramètres intrinsèques (particulièrement le seuil de cisaillement) de ces matériaux avant, pendant et après la mise en œuvre. Des expérimentations de pressions interstitielles couplées à de la rhéologie ont été effectuées sur des pâtes de ciment et des bétons à température constante (20°C). Les mélanges étudiés ont été fabriqués avec le même ciment. L’approche consiste entre autre à croiser les résultats obtenus à l’aide d’une colonne coffrante, d’un rhéomètre de laboratoire pour mieux cerner le comportement des matériaux testés. Une première campagne d’essais a permis de s’intéresser aux problèmes de reprises des contraintes de cisaillement aux parois à l’aide de trois dispositifs pour déterminer les contraintes de structuration. Un essai sur colonne permettant de mesurer la pression interstitielle et la pression verticale est réalisé. De plus, une étude portant sur les contraintes aux interfaces a été menée en s’appuyant sur l’évolution de la masse apparente d’une plaque immergée dans les matériaux étudiés. Enfin, des essais de mesure de retrait endogène ont été menés en parallèle avec les essais sur la colonne. Dans un second temps, un rhéomètre rotatif, à géométrie Vane couplé à des capteurs de pressions interstitielles a été développé pour décrire les caractéristiques rhéologiques de ces matériaux. Le but est de suivre l’évolution de l’aptitude à l’écoulement du matériau. Dans ce contexte, l’évaluation des paramètres intrinsèques selon le modèle de Bingham a été réalisée. Les résultats montrent l’influence des paramètres de la composition sur les propriétés rhéologiques. Enfin, du fait de notre interrogation sur l’évolution des propriétés de transfert lorsque le matériau frais est au repos, une campagne expérimentale visant à caractériser la perméabilité d’une pâte de ciment fraîche par le biais d’essai œdomètrique et de filtration est présentée. Nous mesurons ainsi précisément les tassements du matériau sous charge en conditions drainantes ainsi que l’évolution des perméabilités lors de la maturation d’une pâte de ciment
The advent of the Self Compacting Concretes brought important evolutions in the sectors of building behaviour of materials with cementing matrix in a fresh state in particular self compacting concrete. The objective is to follow the evolution of the constraints of structuring and the intrinsic parameters (particularly the threshold of shearing) of these materials, before, during and after the implementation. Experiments of pore water pressures coupled with rheology were carried out on pastes cement and concretes at constant temperature 20° C. The studied mixtures were manufactured with same cement. The approach among other things consists in crossing the results obtained using a casing column, of a rheometer of laboratory for better determining the behaviour of materials tested. A first trial run made it possible to be interested in the problems of recoveries of shear stresses the walls using three devices to determine the constraints of structuring. A test on the column making it possible to measure the pore water pressure and the vertical pressure is carried out. Moreover, one study relating to the constraints with the interfaces was undertaken while being based on the evolution of the apparent mass of a plate immersed in studied materials. Lastly, the dimensional checks of endogenous withdrawal were carried out in parallel with the tests on the column. In the second time, a rotary rheometer, with Vane geometry coupled to interstitial pressure pick-ups was developed to describe the rheological characteristics of these materials. The aim is to follow the evolution of the flow property of material. In this context, the evaluation of the intrinsic parameters according to the model of Bingham was carried out. The results show the influence of the parameters of the composition on the rheological properties. Lastly, because of our interrogation on the evolution of the properties of transfer when the fresh material is at rest, an experimental campaign aiming at characterizing the permeability of a cement paste fresh by device of test oedometric and filtration is presented. We thus precisely measure compressing of material under load in conditions draining as well as the evolution of the permeabilities during the maturation of a cement paste

La manutention et la mise en œuvre des matériaux granulaires libèrent de fines particules de poussière qui, dans un contexte professionnel, peuvent gravement affecter la santé et la sécurité des travailleurs, ainsi que le fonctionnement global de l'installation. L’émission de poussières et la capacité d'un matériau à libérer des particules de poussière, dépendent de plusieurs paramètres relatifs au matériau mais aussi au procédé. Ces émissions sont généralement mesurées par des tests d'empoussièrement à l'échelle du laboratoire. Ces tests reposent principalement sur des études expérimentales et manquent de capacité prédictive fiable en raison d'une compréhension limitée des mécanismes mis en jeu et des interactions complexes entre particules, paroi et fluide, survenant simultanément pendant la génération de poussières. Dans le cadre du projet EU ITN T-MAPPP, cette thèse utilise des approches expérimentales et statistiques pour comprendre les mécanismes de génération de poussières en étudiant: a) les effets des caractéristiques des particules et poudres en vrac sur l’émission de poussières; b) la nature et l'ampleur des interactions entre particules, entre particules et parois, et entre particules et fluides; c) l'évolution de l'empoussièrement et des mécanismes de génération pour des applications de poudre de longue durée. Les résultats indiquent que les mécanismes de génération de poussière diffèrent en fonction de la taille des particules et de la distribution de taille de la poudre. Pour les échantillons d'essai et les conditions expérimentales donnés, les différences dans les modèles initiaux de libération de poussière peuvent être caractérisées par trois groupes différents de poudres : - des poudres contenant des particules cohésives fines, - des poudres bimodales (constituées de fines et de grosses particules), - et enfin des poudres constituées de grosses particules. Tandis que la cohésion globale, surtout celle due aux forces de van der Waals (mesurée à l'aide de testeurs de cisaillement) détermine le niveau de poussières pour les poudres fines, de telle sorte qu'une cohésion globale plus élevée conduit à moins de poussière, la fraction de particules fines et la cohésion déterminent toutes deux l'empoussièrement provenant des poudres bi-modales. Les grosses particules peuvent émettre de la poussière uniquement par usure des particules primaires en particules fines aérosolisables plus petites. L'analyse d'un mouvement de particules tracées à l'intérieur d'un tube cylindrique agité par un testeur d'empoussiérage à vortex montre une nature cyclique du mouvement des particules. Le mouvement des particules (position et vitesse) est symétrique et isotrope dans le plan horizontal, les vitesses radiales les plus basses et les plus élevées étant proches du centre du tube et de la paroi, respectivement. Les particules ont tendance à s'élever lentement au milieu du tube tout en descendant rapidement près de la paroi. Les valeurs les plus élevées de la vitesse se trouvent aux hauteurs les plus élevées et près de la paroi interne du tube à essai, où les densités de population sont les plus faibles. Les valeurs plus élevées de la vitesse pourraient provenir d’une diminution du nombre de chocs due à des densités de population plus faibles. L'augmentation de la taille des particules et des vitesses de rotation des tourbillons tend à augmenter la vitesse des particules tandis que l'augmentation de la masse de poudre conduit à une diminution de la vitesse des particules pour des vitesses de rotation allant jusqu'à 1500 tr / min. Pour les échantillons donnés (carbure de silicium, alumine et coke d'acétylène) et les conditions expérimentales, l'empoussièrement initial est déterminé par la fraction de fines particules respirables présentes dans la poudre, mais les modèles et les niveaux de génération de poussière à long terme sont influencés par le comportement d’attrition matérielle
Handling and processing of granular material release fine solid dust particles, which in an occupational setting, can severely affect worker health & safety and the overall plant operation. Dustiness or the ability of a material to release dust particles depends on several material and process parameters and is usually measured by lab-scale dustiness testers. Dustiness tests remain mostly experimental studies and lack reliable predictive ability due to limited understanding of the dust generation mechanisms and the complex interactions between the particles, wall and fluid, occurring simultaneously during dust generation. In the framework of EU ITN project T-MAPPP, this thesis uses an experimental approach to understand the dust generation mechanisms by studying: a) the effects of key bulk and particle properties on powder dustiness; b) the nature and magnitude of inter-particle, particle-wall and particle-fluid interactions; c) the evolution of dustiness and generation mechanisms for long duration powder applications. The results indicate that the dust generation mechanisms differ based on particle size and size distribution of the powder. For the given test samples and experimental conditions, the differences in powder dustiness and dust emission patterns can be characterized by three different groups of powders; powders containing fine cohesive particles, bi-modal (consisting of fine and large particles) powders and lastly, powders consisting of only large particles. While bulk cohesion, especially that stemming from van der Waals forces (measured using shear testers) determines the level of dustiness for the fine powders (in such a way that higher bulk cohesion leads to lower dustiness), both the fraction of fine particles and cohesion determine the dustiness of bi-modal powders. The large particles can emit dust only through attrition of the primary particles into smaller aerosolizable fine particles. Analysis of a traced particle motion inside a cylindrical tube agitated by a vortex shaker dustiness tester shows the cyclic nature of the particle motion. The motion (position and velocity) is symmetric and isotropic in the horizontal plane with lowest radial velocities close to the tube centre and highest at the boundary wall of the test tube. The particles tend to rise up slowly in the middle of the tube while descending rapidly close to the wall. The highest values of the velocity are found at the highest heights and close to the wall of the test tube, where the population densities are lowest. Increasing particle size and vortex rotation speeds tends to increase particle velocity whereas increase in powder mass leads to a decrease in particle velocity for rotation speeds up to 1500 rpm. For the given samples (silicon carbide, alumina and acetylene coke) and the experimental conditions, the initial dustiness is determined by the fraction of fine respirable particles present in the powder but the long-term dust generation patterns and levels are influenced by the material attrition behaviour. Dust is generated by the fragmentation and/or abrasion of primary particles, which may lead to the production and emission of fine daughter particles as dust. The samples with large irregularly shaped particles are likely to show high dustiness by shedding angular corners through inter-particle and particle-wall collisions, thus becoming more spherical in shape. On the contrary, the smaller particles are more resistant to abrasion and generate relatively less dust. While the vortex shaker dustiness tests show similar trends as an attrition tester, our study using alumina and acetylene coke indicate that the results are not interchangeable. Results from this thesis help understand the influence of powder and process parameters which may be manipulated to reduce dust generation. Furthermore, experimental results can be used to develop and validate numerical models to predict dustiness

La modélisation de l’endommagement passe, pour de nombreux matériaux composites, par la caractérisation du comportement mécanique sous sollicitation cyclique et notamment par l’étude viscoélasticimétrique du matériau endommagé. La construction d’un cadre approprié pour une interprétation rhéologique cohérente du comportement cyclique d’un modèle élastoviscoplastique nous a permis à la fois de confirmer certains phénomènes expérimentaux, et de développer une technique permettant d’atteindre directement le régime stabilisé. Ce cadre permettra ensuite l’analyse des paramètres rhéologiques à travers l’évolution de l’angle de perte et du module complexe. Pour aller plus loin, et ainsi mieux comprendre le comportement des matériaux élastoviscoplastiques lorsqu’ils sont soumis à des sollicitations cycliques, il convient d’entreprendre l’étude de divers modèles non linéaires et d’analyser l’extension des notions de module complexe et d’angle de perte au-delà du cadre linéaire pour lequel une sollicitation harmonique entraine une réponse harmonique. Ceci pose en fait le problème beaucoup plus large de la viscoélasticimétrie non linéaire. L’ensemble des modèles étudiés sera présenté en deux sous ensembles, autour de la structure de Prager d’abord, et de celle de Zener ensuite. Ces différents modèles sont étudiés sous sollicitation cyclique à contrainte sinusoïdale imposée, et une formulation analytique sera présentée. Nous montrerons l’influence de la structure sur la caractérisation viscoélasticimétrique. Nous vous intéresserons ensuite au cas de la déformation harmonique imposée, puis nous analyserons enfin l’éventuelle influence de la forme du signal imposé sur la caractérisation du comportement. Le frottement interne comme la viscoélasticimétrie sont des techniques de caractérisation parfaitement bien assises en viscoélasticité linéaire, toutefois leur champ d’application réel s’étend bien au-delà de ce domaine. Par exemple, le frottement intérieur est à juste titre utilisé dans le cadre des matériaux microhétérogènes comme outil d’investigation en microplasticité pour l’étude des dislocations et de leur mobilité, ce qui correspond à un comportement viscoplastique. Nous vous proposons dans une dernière partie d’appliquer la méthodologie développée précédemment pour caractériser des phénomènes expérimentaux observés sur certains matériaux composites granulaires à matrice métallique. Les techniques de mesure du frottement intérieur sont utilisées de façon originale pour caractériser la microplasticité et de l’amortissement du matériau à travers une vitesse de refroidissement, sous l’effet de contraintes internes induites par différentiel thermique entre les particules et la matrice. Une interprétation rhéologique sera présentée.

Les élastomères renforcés et les thermoplastiques d’élastomères sont des matériaux hétérogènes. Ils présentent des propriétés mécaniques considérables, cependant leur comportement mécanique est plus complexe que celui des élastomères non renforcés. Pour comprendre le comportement macroscopique de ces matériaux, il est indispensable de chercher les raisons de l’accroissement des propriétés à l’échelle de la microstructure du matériau. Ainsi, des modèles plus adéquats peuvent être élaborés pour mieux expliquer le comportement macroscopique de ces matériaux. Il est question dans ce travail d’étudier la modélisation et la simulation du comportement mécanique des élastomères renforcés et des thermoplastiques d’élastomères comme le polyuréthane, en se basant sur l’évolution de leur microstructure
Filled elastomers and thermoplastics elastomers are heterogeneous materials. They have interesting mechanical properties for many applications but their mechanical behavior is more complex than unfilled elastomers. In order to understand filled elastomers and thermoplastics elastomers macro scale behavior, it is important to find their behavior explanation at materials micro scale level. Then, we can deduce models which approach materials microstructure and also explains easy the macro scale behavior. For that, the aim of this thesis is to model and simulate the mechanical behavior of filled elastomers and thermoplastic elastomers like thermoplastic polyurethane by tacking into account their microstructure

En dépit des progrès réalisés dans le domaine de la sécurité passive des véhicules, les lésions du cou de faible AIS dues aux accidents de la route demeurent un problème important de la société. Les modèles mathématiques et physiques du système tête-cou humain ne sont actuellement pas biofidèles, et rendent l'optimisation des systèmes de sécurité passive difficile. Jusqu'à présent, les modèles du rachis étaient validés par rapport à des corridors dans le domaine temporel. Il n'est pas possible de caractériser un système à plusieurs degrés de liberté en ne considérant que sa réponse en temporel. Ainsi, dans le cadre de la présente thèse, nous avons analysé le système tête-cou de l'adulte et de l'enfant dans le domaine fréquentiel avec des méthodes originales basées sur des techniques d'analyse modale. Une première partie est consacrée à une analyse modale expérimentale type entrée-sortie du système tête-cou humain, effectuée sur dix adultes dans le plan sagittal, frontal et transverse. Pour la première fois, cinq modes propres de l'ensemble tête-cou ont pu être id entifiés à partir des fonction s de transfert. Ce sont le mode de flexion-extension, le mode d'inclinaison, le mode de rotation qui est couplé au mode d'inclinaison, le mode de rétraction frontale et le mode de rétraction latérale. Un modèle à paramètres localisés à 5 ddl du système tête-cou présentant deux joints a été proposé et validé vis-à-vis des données expérimentales. De plus, une analyse modale en fonctionnement du système tête-cou de l'enfant a été réalisée. Des données de vibrations ont été acquises au cours de tours de manège dans un parc d'attractions. Cette analyse a permis d'identifier cinq modes propres dans les trois plans anatomiques. Ils sont similaires aux modes qui ont été identifiés pour les adultes. A notre connaissance, c'est la première analyse modale en fonctionnement qui a été effectuée sur des humains. Et c'est la première fois que des paramètres modaux du système tête-cou de l'enfant ont pu été identifiés. Ainsi, cette thèse contribue à une meilleure compréhension du comportement dynamique 3D de la colonne cervicale de l'homme. De nouveaux paramètres de validation appropriés pour des modèles mathématiques et expérimentaux ont été établis
In spite of the advances in the domain of passive vehicle safety the low AIS neck injuries due to car accidents related to rear, lateral and oblique impacts remain an important problem of vehicle safety. Mathematical and physical models of the human head-neck system that are validated inadequately relating to human kinematics make it difficult to optimize passive safety systems. Up to now dummies are validated against corridors in the cime domain. It is not possible to characterise a multi-degree of freedom model by only regarding its cime response. So in the frame of the present the sis we analysed the head-neck system of adult and child in the frequency domain with original methods based on modal analysis techniques. A fust part is a multidirectional in-vivo experimental input-output modal analysis of the head-neck system of ten adults carried out in the sagittal, the frontal and the transverse plane. For the fust cime five natural modes have been identified outgoing from frequency response functions. These are the flexion-extension mode, the inclination mode, the rotation mode coupled the inclination mode, the frontal retraction mode and the lateral retraction mode. A 5-DOF lumped model of the head-neck system featuring two univers al joints has been proposed and validated against experimental data. Mechanical parameters for joint stiffness and damping have been identified. An output only modal analysis has been performed on the child's head-neck system. Vibration data has been acquired during rides on a rollercoaster in an amusement park. This analysis permitted to extract five modes. These are similar to the modes that have been identified for adults. To our knowledge this is the fust output only modal analysis that has been performed on humans. And it is the first time that modal parameters of the child's head-neck ~ystem have been identified. As a general conclusion it can be stated that this thesis contributes to a better understanding of the 3D dynamic behaviour of the human cervical spine. New validation parameters appropriated for mathematical and experimental models have been established

L'etude numerique des milieux composites a structure fine pose d'importantes difficultes ; pour prendre en compte tous les constituants, le pas de discretisation doit etre tres petit et le nombre de degres de liberte assez important, par consequent le cout du calcul devient rapidement prohibitif, surtout lorsque le milieu presente plusieurs couches minces. Une solution consiste a effectuer ces calculs avec des structures plus simples, c'est-a-dire a chercher un modele approche de comportement. Cette analyse est indispensable pour l'ingenieur s'il veut s'affranchir de calculs faisant intervenir un nombre de degres de liberte beaucoup trop eleve. Pour cela, il faut etudier le comportement asymptotique de la structure lorsque les petits parametres tendent vers zero. Dans ce travail, on presente une etude theorique et numerique de quelques problemes de couches minces. Dans une premiere etape, theorique, on determine la loi de contact. Dans le cas d'un probleme en elasticite linearisee, par la technique de la gamma-convergence, on obtient une loi d'interface qui relie le tenseur des contraintes au saut de deplacement. Par la meme technique, dans le cas du contact unilateral, on obtient une loi d'interface du type compliance. Dans le cas du contact frottant, par la methode des developpements asymptotiques raccordes, on obtient des lois de contact penalisees et des lois de frottement regularisees. Notons que l'on justifie ainsi des lois de contact et de frottement tout particulierement utilisees dans certains codes de calcul industriels, ainsi que l'utilisation de certaines techniques de resolution. Dans le cas de problemes de couches minces pour les plaques de type kirchhoff-love en flexion, on utilise la technique de la gamma-convergence