Dissertations / Theses on the topic 'Force hysteresis'

An iterative control algorithm (ICA) which uses an approximate inverse-hysteresis model is implemented to compensate for hysteresis to precisely fabricate features on a soft polymer substrate using an atomic force microscope (AFM). The AFM is an important instrument in micro/nanotechnology because of its ability to interrogate, manipulate, and fabricate objects at the micro/nanoscale. The AFM uses a piezoelectric actuator to position an AFM-probe tip relative to the sample surface in three dimensions. In particular, precision lateral control of the AFM-probe tip relative to the sample surface is needed to ensure high-performance operation of the AFM. However, precision lateral positioning of the AFM-probe tip is challenging due to significant positioning error caused by hysteresis effect. An ICA which incorporates an approximate inverse of the hysteresis behavior is proposed to compensate for the hysteresis-caused positioning error. The approach is applied to fabricate a feature using the AFM on a polycarbonate surface, and it is demonstrated that the maximum tracking error can be reduced to 0.225% of the displacement range, underscoring the benefits of the control method.

Possibilities for increasing the upper limit of floatable particle sizs in the froth flotation process have been examined since the early beginnings of mineral flotation. The economic implications of such an incresae are far ranging; from decreased grinding costs and increased recoveries to simplified flow-sheet design and increased throughput, all leading to increased revenue. Bubble-particle detachment has been studied to better understand the factors influencing the strength of attachment and the energies involved. Direct measurements of bubble particle detachment were performed using a hanging balance apparatus (KSV Sigma 70 tensiometer) and using a submerged hydrophobic plate in water. Three experiments were used; direct force measurement of bubble-particle detachment, detachment force and energy of a bubble from a submerged hydrophobic plate, and detachment force and energy of a cetyltrimethylammonium bromide coated silica sphere from a flat bubble. Octadecyltrichlorosilane was used as a hydrophobic coating in the first two experimental methods. These experiments were recorded with a CCD camera to identify the detachment processes involved. Energies for both methods were calculated and divided into the two main steps of the detachment process: Three-Phase-Contact pinning and three phase contact line sliding. The first step represents the energy barrier which must be overcome before detachment can begin. It is directly related to contact angle hysteresis. Detachment occurs during the second step, where the solid-vapor interface is replaced by solid-liquid and liquid-vapor. This step corresponds to the work of adhesion. The effects of surface tension, contact angle and hysteresis were well demonstrated with the three experimental methods. Good correlation was found between theoretical work of adhesion and measured energies.<br>Master of Science

This thesis presents a novel compliant mechanism with adjustable force output. The force comes from the bending of a rectangular cross section beam within the mechanism. By rotating this beam with a stepper motor, the force output of the mechanism changes. A model was made to simulate this mechanism, and a prototype was made based off of this data. A test apparatus was constructed around this mechanism, and a series of tests were performed. These tests adjusted parameters such as beam rotation speed and weight in order to characterize the system. Adjustments were made based on this information and the mechanism was refined. The results suggest the following. The speed has a negligible effect on the behavior of the system, while the weight, length of top link r3, and position of bottom stop have a significant effect. Also, there is a large, consistent amount of hysteresis in the system. This is likely caused by the beam storing torsion or friction from the slider.

Cette thèse porte sur la force de résistance au mouvement à faible vitesse d'un objet (sphère, cylindre ou disque) dans un empilement de grains dense et sec. Des expériences ont été menées sur deux dispositifs permettant un mouvement à vitesse contrôlée, en s'intéressant à l'influence des tailles des objets et des grains, des conditions aux limites de l'empilement, de la gravité, et d'une éventuelle vibration de l'empilement. Dans un premier dispositif expérimental permettant un mouvement vertical, nous avons consacré une partie importante de ce travail à l'étude de la forte asymétrie de la force lors de cycles de pénétration/extraction d'un cylindre horizontal et d'une sphère. Pour tenter de comprendre l'origine de cette asymétrie, différentes conditions aux limites ont été considérées : parois rigides ou souples sur les côtés ou au fond de l'empilement, surface libre ou surmontée d'un couvercle plus ou moins chargé en haut de l'empilement. La longueur caractéristique issue du champ de vitesse des grains autour d'un cylindre a été montrée comme la longueur pertinente à considérer pour le confinement latéral, ainsi que pour les déformations de la surface libre telles que la formation d'un cratère consécutif à la pénétration ou d'une bosse lors de l'extraction. Ces déformations peuvent être retrouvées par intégration d'un modèle de champ de vitesse autour de l'objet. La présence d'un couvercle chargé a par ailleurs permis de mettre en évidence une riche et complexe variété de comportements, notamment en extraction où la force ne diminue plus avec la profondeur de l'objet. Dans un second dispositif permettant le mouvement horizontal d'un gros disque intrus à l'intérieur d'une couche de petits disques photoélastiques vibrés ou non, nous avons mesuré la force globale sur l'intrus et visualisé les distributions de contraintes au sein du milieu granulaire. Au-delà des importantes fluctuations spatio-temporelles, des valeurs moyennes de force sur l'intrus et des tenseurs locaux de contraintes et taux de déformations autour de l'intrus ont pu être obtenus, dans la perspective d'établir une loi de comportement locale pour le milieu. La vibration de la couche de grains a été montré pouvoir changer considérablement la dépendance de la force avec la vitesse de l'intrus, avec un effet de fluidification du milieu.

This thesis reports the inspection and manipulation of thin ferroelectric films of lead titanate (PbTiO3 : PTO), lead zirconium titanate (Pb(Zr0.25Ti0.75)O3 : PZT), and barium titanate (BaTiO3 : BTO) by means of scanning force microscopy - specifically Piezoresponse and Kelvin-Probe. The film thickness of the investigated samples ranged between 50nm and 800nm. This experimental work focussed on the following issues: native domain structures, creation of domains by short voltage pulses and area-switching with the force microscope, local qualitative and quantitative measurements of the ferroelectric hysteresis loops, and investigations at the interface between film and platinum-electrode in the PZT/Pt-System. Lamellar domain structures were visualized with high lateral resolution of 5nm on the surface of the PTO-samples, whereas the PZT- and BTO-samples showed prepolarisation and no domains. In the switching experiments a pronounced thickness dependence was found and partly a good agreement to macroscopic measurements. For BTO-films of 50nm and 125nm thickness no stable switching of polarisation could be observed. Using appropriate preparation methods it was possible to provide evidence of a 200nm thick interface layer with reduced polarisation above the electrode in the PZT/Pt-system<br>Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung dünner ferroelektrischer Schichten von Bleititanat (PbTiO3 : PTO), Bleizirkoniumtitanat (Pb(Zr0.25Ti0.75)O3 : PZT) und Bariumtitanat (BaTiO3 : BTO) und deren Manipulation auf der sub-µm-Skalamittels Rasterkraftmikroskopie. Die Dicke der Schichten lag im Bereich von 50nm bis 800nm. Zum Einsatz kamen die Meßmodi Piezoresponse und Kelvin-Sonde. Die experimentelle Arbeit erstreckte sich über die Abbildung von Domänenstrukturen, die Erzeugung von Domänen durch kurze Spannungspulse und flächiges Umschalten mit dem Kraftmikroskop, lokale qualitative und quantitative Messungen der ferroelektrischen Hysterese, sowie Untersuchungen an der Grenzschicht zwischen Film und Platin-Elektrode am PZT/Pt-System. Lamellenartige Domänenstrukturen konnten mit hoher lateraler Auflösung von 5nm auf der Oberfläche von PTO abgebildet werden. Die PZT- und BTO-Proben waren vorpolarisiert und es ließen sich keine Domänen nachweisen. Bei den Schaltversuchen wurde eine ausgeprägte Schichtdickenabhängigkeit der Koerzitivfeldstärken und teilweise gute Übereinstimmung mit makroskopischen Messungen gefunden. Für dünne BTO-Schichten von 50nm und 125nm Dicke konnte kein stabiles Umschalten der Polarisation gezeigt werden. Mittels geeigneter Präparation der PZT/Pt-Grenzschicht konnte durch direkte Messung eine Schicht von 200nm Dicke mit verminderter Polarisation oberhalb der Elektrode nachgewiesen werden

Capillarity is often exploited in self-cleaning, drag reducing and fluid absorption/storage (sanitary products) purposes just to name a few. Formulating the underlying physics of capillarity helps future design and development of optimized structures. This work reports on developing computational models to quantify the capillary pressure and capillary forces on the fibrous surfaces. To this end, the current study utilizes a novel mass-spring-damper approach to incorporate the mechanical properties of the fibers in generating virtual fibrous structures that can best represent fibrous membranes. Such virtual fibrous structures are then subjected to a pressure estimation model, developed for the first time in this work, to estimate the liquid entry pressure (LEP) for a hydrophobic fibrous membrane. As for accurate prediction (and not just estimation) of the capillary pressure, this work also presents an energy minimization method, implemented in the Surface Evolver code, for tracking the air–water interface intrusion in a hydrophobic fibrous membrane comprised of orthogonally oriented fibers. This novel interface tracking algorithm is used to investigate the effects of the membrane’s microstructure and wetting properties on its resistance to water intrusion (i.e., LEP). The simulation method developed in this work is computationally affordable and it is accurate in its predictions of the air–water interface shape and position inside the membrane as a function of pressure. Application of the simulation method in studying effects of fiber diameter or contact angle heterogeneity on water intrusion pressure is reported for demonstration purposes. Capillary forces between fibrous surfaces are also studied experimentally and numerically via the liquid bridge between two parallel plates coated with electrospun fibers. In the experiment, a droplet was placed on one of the polystyrene- or polyurethane-coated plates and then compressed, stretched, or sheared using the other plate and the force was measured using a sensitive scale. In the simulation, the liquid bridge was mathematically defined for the Surface Evolver finite element code to predict its 3-D shape and resistance to normal and shearing forces, respectively, in presence of the contact angle hysteresis effect. Despite the inherent non-uniformity of the fibrous surfaces used in the experiments and the simplifying assumptions considered for the simulations, reasonable agreement was observed between the experiments and simulations. Results reveal that both normal and shear force on the plates increase by increasing the liquid volume, or decreasing the spacing between the plates.

This thesis reports the inspection and manipulation of thin ferroelectric films of lead titanate (PbTiO3 : PTO), lead zirconium titanate (Pb(Zr0.25Ti0.75)O3 : PZT), and barium titanate (BaTiO3 : BTO) by means of scanning force microscopy - specifically Piezoresponse and Kelvin-Probe. The film thickness of the investigated samples ranged between 50nm and 800nm. This experimental work focussed on the following issues: native domain structures, creation of domains by short voltage pulses and area-switching with the force microscope, local qualitative and quantitative measurements of the ferroelectric hysteresis loops, and investigations at the interface between film and platinum-electrode in the PZT/Pt-System. Lamellar domain structures were visualized with high lateral resolution of 5nm on the surface of the PTO-samples, whereas the PZT- and BTO-samples showed prepolarisation and no domains. In the switching experiments a pronounced thickness dependence was found and partly a good agreement to macroscopic measurements. For BTO-films of 50nm and 125nm thickness no stable switching of polarisation could be observed. Using appropriate preparation methods it was possible to provide evidence of a 200nm thick interface layer with reduced polarisation above the electrode in the PZT/Pt-system.<br>Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung dünner ferroelektrischer Schichten von Bleititanat (PbTiO3 : PTO), Bleizirkoniumtitanat (Pb(Zr0.25Ti0.75)O3 : PZT) und Bariumtitanat (BaTiO3 : BTO) und deren Manipulation auf der sub-µm-Skalamittels Rasterkraftmikroskopie. Die Dicke der Schichten lag im Bereich von 50nm bis 800nm. Zum Einsatz kamen die Meßmodi Piezoresponse und Kelvin-Sonde. Die experimentelle Arbeit erstreckte sich über die Abbildung von Domänenstrukturen, die Erzeugung von Domänen durch kurze Spannungspulse und flächiges Umschalten mit dem Kraftmikroskop, lokale qualitative und quantitative Messungen der ferroelektrischen Hysterese, sowie Untersuchungen an der Grenzschicht zwischen Film und Platin-Elektrode am PZT/Pt-System. Lamellenartige Domänenstrukturen konnten mit hoher lateraler Auflösung von 5nm auf der Oberfläche von PTO abgebildet werden. Die PZT- und BTO-Proben waren vorpolarisiert und es ließen sich keine Domänen nachweisen. Bei den Schaltversuchen wurde eine ausgeprägte Schichtdickenabhängigkeit der Koerzitivfeldstärken und teilweise gute Übereinstimmung mit makroskopischen Messungen gefunden. Für dünne BTO-Schichten von 50nm und 125nm Dicke konnte kein stabiles Umschalten der Polarisation gezeigt werden. Mittels geeigneter Präparation der PZT/Pt-Grenzschicht konnte durch direkte Messung eine Schicht von 200nm Dicke mit verminderter Polarisation oberhalb der Elektrode nachgewiesen werden.

The thesis focuses on investigating and optimizing a bushing script implemented as a tool in MSC ADAMS/Car. The study provides an insight on the representation of a rubber bushing and identify parameters which can be used to define the properties of a bushing in a simulation environment such as ADAMS/Car. The tool being studied here can be used to implement different kind of bushings such as a hydro bushing and a general rubber bushing, but optimization was implemented for the rubber bushing only. With an increasing reliance on Computer Aided Engineering (CAE) tools in the designing process, it is necessary that the vehicle behaviour can be predicted without relying on physical testing. CAE tools reduces the need of prototypes and provides a faster approach to designing vehicles. MSC ADAMS/Car is one such tool, which has been used here to predict the vehicle dynamic behaviour, which will influence the ride, handling and comfort characteristics of the vehicle. Rubber bushings, which have been studied here, have a significant contribution to the overall stiffness of the vehicle and as such, it is imperative that the tool being used here, is accurate and makes the designing process easy. The rubber bushing can be imagined to be a combination of a non-linear elastic spring, a frequency dependent Maxwell component and an amplitude dependent frictional element. In order to ease the design of the bushing properties, a reduced number of input properties are used to calculate the bushing properties internally. While trying to validate the force hysteresis loop obtained through the model with the measured data, it was seen that the accuracy was quite poor for the model when loading it with dynamic loads corresponding to amplitudes of0.2 mm and lower. The quasi-static loading and dynamic loading above 0.2 mm is shown to have a satisfactory accuracy when compared to the measured data.

Les systemes magnetiques nanocomposites offrent une alternative prometteuse dans la quete de materiaux pour aimants permanents a forte remanence. Ces systemes sont formes d'un melange de nanocristallites d'une phase magnetique dure (r 2mt 1 4b), en association avec une phase plus douce (fe 3b majoritaire) ; les cristallites des diverses phases sont couples par l'echange. Le present travail s'inscrit dans une collaboration europeenne, dont l'objectif federateur etait d'ameliorer la coercitivite des nanocomposites, pour les viabiliser sur le marche des aimants permanents a cout modere. Notre contribution comprend deux aspect principaux : (i) l'optimisation de la coercitivite a partir d'une composition de reference, en etudiant l'influence d'un eventail de substitutifs, d'additifs et de parametres d'elaboration, sur la microstructure et les proprietes magnetiques ; (ii) l'etude des processus d'aimantation, afin de mieux comprendre la relation entre nanostructure et mecanismes de coercitivite. Les echantillons ont ete prepares par trempe rapide, suivie d'un traitement thermique de devitrification, afin de controler la nanostructure et optimiser les proprietes magnetiques. Nous avons observe une relation directe entre les traits structuraux et les proprietes magnetiques : les meilleurs echantillons presentent une nanostructure fine (10-30nm) et tres homogene. L'application de traitements thermiques ultra-rapides et/ou l'utilisation de faibles quantites d'additifs adaptes, tels que cunb ou si, promeut les caracteristiques structurales recherchees. Nous avons applique les procedures classiques d'analyse de la coercitivite dans les aimants permanents. En complement, nous avons realise des experiences de dichroisme magnetique des rayons x (xmcd). La selectivite en element chimique de cette approche nous a permis d'extraire du cycle d'aimantation total les cycles d'hysteresis specifiques de chacune des phases. A la difference du comportement des aimants classiques, le renversement d'aimantation dans les nanocomposites comprend schematiquement deux etapes : le renversement debute reversiblement a bas champs dans la phase douce ; il est suivi par celui de la phase dure en champ plus fort, dont le basculement irreversible entraine le renversement complet du systeme. Les processus d'aimantation ont ete analyses et modelises, sur la base des resultats procures par ces approches experimentales complementaires.

L'objectif de cette these etait l'elaboration, l'etude et la modelisation des processus de renversement de l'aimantation dans un systeme modele : des plots submicroniques ultraminces epitaxies a aimantation planaire. Nous avons montre en depot laser pulse (dlp) par analyse rheed et afm que le procede habituel de depot a t<800c des couches tampons de w et mo sur al#2o#3 induisait une rugosite importante. Nous proposons un nouveau procede fonde sur un depot a 200c, un recuit a 800c et une poursuite de depot a 800c, qui permet l'obtention de couches monocristallines de mo(110) dont la surface est composee de larges terrasses atomiques, permettant par consequent la croissance de couches de fer(110) de haute qualite. L'utilisation des techniques de lithographie x et de gravure seche ont ensuite permis de realiser des reseaux de dizaines de millions de plots (particules) identiques, de dimensions laterales de 200nm a 500nm. Pour les reseaux etudies les interaction dipolaires entre particules peuvent etre negligees. L'analyse magnetique des couches continues a montre que le systeme mo/fe(110) (peu etudie jusqu'alors) presente une anisotropie d'interface planaire qui favorise l'axe 001 au detriment de $$110, DE MEME INTENSITE MAIS DE SIGNE OPPOSE A CELLE DE W/FE(110), ET QUI PERMET D'ATTEINDRE DES CHAMPS D'ANISOTROPIE SUPERIEURS A 0. 5T AUX FAIBLES EPAISSEURS DE FE. AU DESSUS DE 10MC (MONOCOUCHES) LE RETOURNEMENT S'EFFECTUE A CHAMP FAIBLE PAR NUCLEATION SUR UN DEFAUT ISOLE PUIS PAR PROPAGATION LIBRE ET IMMEDIATE D'UNE PAROI. AU DESSOUS DE 5MC LES PAROIS SONT PIEGEES DU FAIT DES FLUCTUATIONS SPATIALES DISCRETES DE L'EPAISSEUR DE LA COUCHE DE FER. LA GRAVURE EN PARTICULES EMPECHE LE BALAYAGE DES PAROIS ET INDUIT UNE TRES FORTE AUGMENTATION DE COERCITIVITE, QUI EST D'AUTANT PLUS IMPORTANTE QUE L'EPAISSEUR EST FAIBLE (DU FAIT DE LA DIMINUTION DES CHAMPS DEMAGNETISANTS INTERNES AUX PARTICULES), JUSQU'A ATTEINDRE H#C = 0. 73H#A POUR E = 1NM. LE COMPORTEMENT HC() MESURE EST TRES PROCHE DE LA LOI DE STONER-WOHLFARTH, BIEN QUE LE RETOURNEMENT NE SOIT PAS COHERENT PUISQUE LE VOLUME DE NUCLEATION (DETERMINE PAR HC(T) ET TRAINAGE) NE REPRESENTE QUE 1% DU VOLUME D'UNE PARTICULE. DES MESURES DE PARTICULES INDIVIDUELLES PAR MICROSQUID CONFIRMENT QUE LES PARTICULES SONT ESSENTIELLEMENT UNIFORMEMENT AIMANTEES, ET MONTRENT EGALEMENT QUE LA DISTRIBUTION DES CHAMPS DE RETOURNEMENT D'UNE PARTICULE UNIQUE EST FAIBLE. NOUS PROPOSONS UNE METHODE POUR EVALUER LE CYCLE D'HYSTERESIS MOYEN D'UNE PARTICULE UNIQUE A PARTIR DE LA MESURE MACROSCOPIQUE DU CYCLE D'HYSTERESIS ET DE LA SUSCEPTIBILITE REVERSIBLE DU RESEAU. NOUS AVONS EGALEMENT DEVELOPPE UN MODELE MICROMAGNETIQUE DE RETOURNEMENT DE L'AIMANTATION SPECIFIQUE AUX PARTICULES ULTRAMINCES A AIMANTATION PLANAIRE, ET QUI PREDIT, EN FONCTION DE L'EPAISSEUR DU PLOT, LA REDUCTION DE CHAMP COERCITIF HC PAR RAPPORT AU CHAMP D'ANISOTROPIE, C'EST A DIRE PAR RAPPORT AU CHAMP DE RETOURNEMENT COHERENT. DES SIMULATIONS NUMERIQUES ONT MONTRE D'UNE PART LA PERTINENCE DU MODELE, D'AUTRE PART QU'AU DELA D'UNE TAILLE LATERALE DE L'ORDRE DE 50 A 100NM LA TAILLE LATERALE DU PLOT N'INFLUENCE PLUS LA VALEUR DE LA COERCITIVITE, QUI EST ALORS DETERMINEE UNIQUEMENT PAR L'EPAISSEUR DU PLOT. L'ACCORD EST RELATIVEMENT BON ENTRE MODELE ET SIMULATION D'UNE PART, EXPERIENCE D'AUTRE PART, MEME SI LA COERCITIVITE CALCULEE EST TOUJOURS PLUS ELEVEE QUE CELLE OBSERVEE.

Réduire l'énergie générée par le frottement et dissipée dans les systèmes mécaniques réels est un des challenges actuels en tribologie. Ce point représente une importance toute particulière dans le domaine des transports terrestres. En réponse à cette nécessité, les constructeurs automobiles se concentrent sur la réduction de la consommation d'énergie en sélectionnant des lubrifiants et des matériaux appropriés d'une part et les systèmes mécaniques performants d'autre part. Grâce à leurs propriétés physiques et tribologiques en termes de réduction de la friction et de l'usure, les couches minces de DLC (Diamond-like Carbon) sont considérées comme l'une des solutions. Le comportement tribologique de couches minces de ta-C (carbone amorphe très dur dépourvu d'hydrogène) et de a-C:H (carbone amorphe hydrogéné) est ici exploré. D'autre part, des "lubrifiants verts" et des additifs participant aussi à la réduction du frottement et de l'usure sont testés. Ces essais sont effectués dans différentes conditions en utilisant une nouvelle méthodologie expérimentale. Le tribomètre dynamique oscillant développé au LTDS possède la capacité de quantifier avec une très grande précision et sans recourir à une quelconque mesure de force, des niveaux de frottement faibles (dans la gamme 10 - 5 à 10 - 2), et permet en plus d'identifier différentes contributions du frottement. Dans un premier temps, une loi de frottement linéaire a été utilisée afin d'évaluer deux contributions de frottement. La première, μ0 est le coefficient transitoire de frottement quand la vitesse s'annule au changement de direction (du type frottement de Coulomb). La seconde, μ1, est une contribution dépendante de la vitesse de glissement. Ensuite, une étude numérique a été réalisée en appliquant une loi de frottement quadratique afin de mieux comprendre l'aspect dynamique des réponses libres. Cela nous a permis d'étudier numériquement la décroissance d'amplitude des oscillations déterminée grâce à la méthode de moindres carrés. Nous nous intéressons aussi à l'étude des formes de l'enveloppe de ces oscillations en relation avec le modèle de frottement. Les résultats numériques et expérimentaux pour les lois de frottement linéaire et quadratique sont ensuite comparés. En complément, nous avons mesuré la force tangentielle correspondant aux tribosystèmes testés. Finalement, nous avons étudié numériquement un système dynamique masse-ressort à un degré de liberté, modélisé par la loi de frottement LuGre. Cette loi est décrite par le phénomène d'hystérésis et l'effet de décalage de temps qui ont été détectés expérimentalement. Les résultats expérimentaux obtenus avec le tribomètre oscillant montrent qu'ils sont qualitativement comparables à ceux obtenus en configuration classique cylindre-plan, travaillant à vitesse de glissement constante. Dans tous les cas, les résultats montrent la supériorité du tribosystème ta-C/ta-C dans la réduction du frottement μ0. De plus, les résultats numériques et expérimentaux sont cohérents. Cette étude montre qu'une loi de frottement quadratique est capable de décrire correctement toutes les formes d'enveloppes obtenues expérimentalement : droite, convexe, concave et une combinaison des formes convexe et concave.

Neste trabalho foram produzidos filmes finos de Si[100]/buffer/NiFe/FeMn/Ta (buffer = Cu; Ta) e válvulas de spin de Si[100]/Cu/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta via Sputtering, e seus comportamentos magnéticos foram estudados analisando curvas de inversão de primeira ordem (First Order Reversal Curves, FORCs). Um Modelo de Preisach com Exchange-Bias foi desenvolvido e sua implementação computacional permitiu simular a histerese e as curvas forcas das bicamadas de NiFe/FeMn. O modelo também permitiu reproduzir os comportamentos assimétricos dos dois ramos da curva de histerese destes filmes. A análise dos resultados evidenciou os efeitos de campo médio sobre a camada de Py em função da espessura da camada de FeMn. A aplicação da análise FORC nas válvulas de spin se revelou interessante para estudar o grau de acoplamento entre as camadas livre e pressa, assim como os efeitos de campo médio em cada camada.<br>In this work, thin films of Si[100]/buffer/NiFe/FeMn/Ta (buffer = Cu; Ta) and spin valves of Si[100]/Cu/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta were produced via sputtering and their magnetic behavior were studied by First Order Reversal Curves (FORC\'s) analysis. A Preisach Model with Exchange-Bias was developed and applied in order to simulate the hysteresis and the first order reversal curves of the NiFe/FeMn bilayers. In addition, the model allowed to reproduce the asymmetric behaviors present in both branches of the hysteresis curve in these films. The study put in evidence the mean field effects on de Py layer as a function of the thickness of the FeMn layer. The application of the FORC analysis in the spin valves was interesting to study the degree of coupling between the free and the pressed layers, as well as the effect of mean field in each layer.

Orientador: Kleber Roberto Pirota<br>Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin<br>Made available in DSpace on 2018-08-19T11:29:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CostaArzuza_LuisCarlos_M.pdf: 3383467 bytes, checksum: 8fac04d42ba77c741416d15d643d402a (MD5) Previous issue date: 2011<br>Resumo: Este trabalho visa estudar o comportamento histerético, observado a baixos campos magnéticos, do fenômeno da magnetoimpedância gigante (GMI) em fitas amorfas a base de CoFeSiB com anisotropia magnética transversal. O fenômeno da GMI consiste na variação da impedância elétrica (aproximadamente do 100%) de uma amostra magnética mole quando submetida à aplicação de campo magnético DC externo. Apesar da importância da presença de histerese na GMI, tanto do ponto de vista básico quanto do tecnológico, existem poucos estudos na literatura que visam à explicação da origem desse efeito. Desde o ponto de vista fundamental, o completo entendimento do fenômeno poderia revelar importantes aspectos envolvidos com o processo de magnetização nos materiais considerados. De um ponto de vista prático, a presença da histerese na GMI tanto pode ser desfavorável, quando pensamos na fabricação de sensores, quanto favorável, se levamos em consideração a sua possível aplicação em sistemas de memória magnética. Por outro lado, o método denominado curva de inversão da primeira ordem (first-order reversal curve, FORC, em inglês) mostra-se uma poderosa ferramenta para o estudo e compreensão de fenômenos histeréticos, principalmente da histerese magnética presente em curvas de magnetização de materiais ferromagnéticos. Tal método, fundamentado no modelo clássico de Preisach, dá importantes informações através de medidas de ciclos de histerese secundarias da curva principal. Neste trabalho utilizamos a técnica FORC para estudar o fenômeno da histerese na GMI. Utilizamos fitas amorfas de composição (CoxFe1-x)70Si12B18, com x = 0,040 e 0,045 como sistema de estudo devido a suas propriedades magnéticas moles. Tais fitas possuem 22 µm de espessura, 0,8 mm de largura e constante de anisotropia de 139 J/m3 e 145 J/m3 respetivamente. As medidas de GMI foram realizadas com um analisador de rede vetorial (vector network analizer, VNA, em inglês). Tal equipamento, combinado a um sistema de bobina e fonte de corrente, permitiu-nos fazer medidas de impedância em função da frequência (entre 10 MHz e 1 GHz) e do campo magnético aplicado (até 100 Oe). Consideramos como principal resultado deste trabalho o desenvolvimento de um método eficiente para testar e aprimorar modelos teóricos sobre a origem de tal histerese. Os resultados obtidos do comportamento histeretico no volume e na superficie, foram interpretados levando-se em conta uma estrutura magnética estática volumétrica não uniforme e ao amortecimento das paredes de domínio<br>Abstract: We studied the hysteretic behavior, observed at low magnetic fields, of the giant magnetoimpedance (GMI) phenomenon in CoFeSiB amorphous ribbons with transversal magnetic anisotropy. The GMI phenomenon consists in the electrical impedance variation (around 100 %) of a soft magnetic sample in the presence of an external DC magnetic field.Despite the importance of hysteresis presence in GMI from technological and basic points of view, it exists only few studies about the description of this effect. From the fundamental outlook, the complete understanding of the phenomenon could reveal important aspects involved in the magnetization process of the concerned materials. For practical applications, the hysteretic GMI can be unfavorable (for example for sensor development) or favorable (for example for magnetic storage memories). On the other side, first-order reversal curve (FORC) method is a powerful tool for the study and understanding of hysteretic phenomena, mainly for the hysteresis present in the magnetization curves of ferromagnetic materials. This method, based on the classical Preisach model, allows to extract important information through minor hysteresis loops inside the major one. In this work, we used the FORC technique to study the GMI hysteretic phenomenon. We investigated amorphous ribbons of (CoxFe1-x)70Si12B18 composition, where x = 0.040 and 0.045. Those ribbons were 2 µm thick and 0.8 mm wide. The GMI measurements were performed with a vector network analyzer (VNA). This equipment, coupled with a system of coil and power supply, allowed impedance measurements versus frequency (between 10 MHz and 1 GHz) and applied magnetic field (until 100 Oe). We consider that the main achievement of this work is the development of an efficient method allowing to test and improve theoretical models about the hysteresis origin. The obtained results were interpreted taking into account a non homogeneous static magnetic structure along the ribbon volume with domain walls damping<br>Mestrado<br>Física<br>Mestre em Física

La prochaine génération de télescopes spatiaux devra repousser les limites des technologies actuelles afin d’accroitre les performances techniques et opérationnelles. Dans le cas d’observations difficiles, l'utilisation de plus grandes ouvertures des miroirs primaires est essentielle pour obtenir la résolution optique et la sensibilité requises. Toutefois, les grandes ouvertures primaires induisent un certain nombre de défis techniques tels que la masse, le volume et la raideur du miroir. La masse et le volume doivent rester acceptables par rapport au lanceur et la raideur du miroir, qui diminue avec l’augmentation du diamètre du miroir, doit être suffisante afin que les performances ne soient pas altérées par les déformations statiques et dynamiques. Pour surmonter ces limitations, des configurations de miroirs déformables comportant des éléments de contrôle actifs sont étudiées pour les futurs télescopes spatiaux. Les actionneurs piézoélectriques, qui répondent aux exigences de puissance massique et de bande passante, peuvent être utilisés comme éléments de contrôle actifs intégrés dans la structure de miroir. Toutefois, ces actionneurs montrent en fonctionnement en boucle ouverte des comportements non linéaires indésirables, comme le fluage et l'hystérésis, qui peuvent conduire à des inexactitudes indésirables et limiter les performances des systèmes. Par conséquent, pour les miroirs déformables activés par des actionneurs piézoélectriques, la compensation des non linéarités dans les actionneurs piézoélectriques est indispensable.La conception d’un miroir léger, compact et déformable à raideur adéquate est un défi très important pour les télescopes spatiaux mais n'est pas abordée dans cette thèse. Cette thèse porte sur le contrôle de surfaces de miroirs déformables actionnés par des actionneurs piézoélectriques et en particulier sur la compensation du fluage et de l'hystérésis dans les actionneurs piézoélectriques. La technologie de miroir actif étudié (avec des pieds activés, type miroir fakir) requiert un grand nombre d’actionneurs afin de tenir les exigences en termes de planéité de surface et ne permet pas un contrôle en boucle fermée de chaque actionneur (ce type de contrôle est trop exigeant en nombre de capteurs). La compensation du fluage et de l’hystérésis est donc réalisée en boucle ouverte et s’appuie sur des modèles précis des non linéarités à compenser et sur l’implémentation de modèles inverses. Un support d’étude expérimental a été élaboré au cours de la thèse afin de valider les études théoriques par des résultats expérimentaux. Il représente une partie d’un miroir de grande taille et consiste en une plaque de verre circulaire de diamètre 300mm dont la surface peut être actionnée par 7 actionneurs piézoélectriques annulaires.Les premières chapitres de la thèse concernent l’étude de la compensation en boucle ouverte du fluage et de l’hystérésis dans un seul actionneur qui est alors considéré comme un système SISO (single input – single output). Dans le dernier chapitre de la thèse, le fluage et de l’hystérésis sont compensés dans 3 actionneurs simultanément, ceux-ci formant un système MIMO (multi input – multi output). Les apports de la thèse concernent le développement de nouveaux modèles directs et inverses de fluage et d’hystérésis qui ont été validés par des expérimentations réalisées dans un contexte difficile de par la faible étendue des amplitudes de déplacement ( de l’ordre du micromètre)<br>The next generation of space-based observation systems will make use of larger primary mirrors to achieve higher image resolution. Large primary mirrors lead to the increase of structural flexibility and are more susceptible to distortions. Thus maintaining optical tolerances across the mirror surface becomes increasingly difficult. The techniques of active shape control may be required for spatial mirror surfaces in future space observation systems. Piezoelectric actuators are often studied as embedded elements for the active control of mirror structures due to their excellent properties. However, unwanted nonlinear effects in piezoelectric actuators, i.e., hysteresis and creep, severely limit the service performance. This thesis aims at developing openloopcontrol laws to compensate hysteresis and creep effects in piezoelectric actuators. The studies led during this thesis are applied to the shape control of spatial mirror surfaces. An experimental setup with a small-scale mirror test structure involving multiple piezoelectric actuators is first developed and is used as support for all the measurements conducted during this thesis. Then the open-loop control methodologies of creep compensation, hysteresis compensation, and simultaneous compensation of both the nonlinear effects in a single piezoelectric actuator are respectively developed. To compensate creep, a nonlinear viscoelastic model is used to portray creep, and a new inverse model of creep based on the concept of “voltage relaxation” is proposedRegarding the hysteresis compensation, the classical Preisach model is modified by adding a derivative term in parallel to describe hysteresis more accurately with relatively few measurements, and the new inverse model is constructed in the similar way. For the simultaneous compensation of the two nonlinear effects, the hysteresis is first compensated and then, the creepof the hysteresis-compensated piezoelectric actuator is attenuated by open-loop control. The methodology is first developed for a single actuator. Finally, the shape control of a mirror surface with several piezoelectric actuators is achieved by actuating the points on the mirror surface in such a way as to reach the required displacements. The mirror test structure involving multiplepiezoelectric actuators compensated in hysteresis and creep is considered as a linear system on which the superposition principle can be applied. The influence coefficients characterizing the coupling effect between the piezoelectric actuators are determined by measurements. The influence coefficient matrix is first constructed using the superposition principle, and is then inverted. By insertion of the inverse matrix in cascade with multiple piezoelectric actuators with hysteresis and creep compensation, a feed-forward control approach to actuate the multiple interesting points of the mirror surface is developed. A number of experimental results demonstrate that the developed control methodologies are effective and feasible in practice

Many bridges are damaged by collisions from over-height vehicles resulting in significant impact to the transportation network. To reduce the likelihood of impact from over-height vehicles, steel pedestals have been used as a cost-effective, efficient means to increase bridge clearance heights. However, these steel pedestals installed on more than 50 bridges in Georgia have been designed with no consideration of seismic loads and may behave in a similar fashion to high-type steel bearings. Past earthquakes have revealed the susceptibility of high-type bearings to damage, resulting in the collapse of several bridges. Although Georgia is located in a low-to-moderate region of seismicity, earthquake design loads for steel pedestals should not be ignored. In this study, the potential vulnerabilities of steel pedestals having limited strength and deformation capacity and lack of adequate connection details for anchor bolts is assessed experimentally and analytically. Full-scale reversed cyclic quasi-static experimental tests are conducted on a 40' bridge specimen rehabilitated with 19" and 33" steel pedestals to determine the modes of deformation and mechanisms that can lead to modes of failure. The inelastic force-deformation hysteretic behavior of the steel pedestals obtained from experimental test results is used to calibrate an analytical bridge model developed in OpenSees. The analytical bridge model is idealized based on a multi-span continuous bridge in Georgia that has been rehabilitated with steel pedestals. The analytical bridge model is subjected to a suite of ground motions to evaluate the performance of the steel pedestals and the overall bridge system. Recommendations are made to the Georgia Department of Transportation (GDOT) for the design and construction of steel pedestals. The results of this research are useful for Georgia and other states in low-to-moderate seismic zones considering the use of steel pedestals to elevate bridges and therefore reduce the likelihood of over-height vehicle collisions.

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.

Les alliages à mémoire de forme Nickel-Titane sont connus pour leurs propriétés de superélasticité associées à une transformation martensitique élastique, de ferroélasticité liées à la réorientation de variantes de martensite et enfin de mémoire de forme. Les propriétés des matériaux architecturés NiTi, tels que des tricots, des matériaux cellulaires,… dépendent de celles de l'alliage NiTi constituant et de la structure géométrique. L'étude porte sur des matériaux architecturés composites constitués par des matériaux architecturés NiTi saturés par des élastomères silicones. De tels matériaux possèdent potentiellement une gamme étendue de propriétés dépendant à la fois des matériaux constitutifs, mais également des interfaces et de la topologie.La première partie du travail porte sur l'étude de l'interface NiTi silicone. Parmi les solutions testées, le traitement de surface par plasma a été particulièrement étudié. L'influence des paramètres du traitement plasma sur la qualité des interfaces a tout d'abord été étudiée grâce à des essais de pull-out réalisés sur des fils de NiTi enrobés dans des silicones. Les paramètres optimaux de traitement par plasma ont ensuite été appliqués pour élaborer des matériaux architecturés tubulaires constitués d'un tricot NiTi enrobé d'élastomère. Le comportement mécanique du composite ainsi obtenu a été caractérisé par des essais de traction et de gonflement.La deuxième partie de l'étude porte sur le comportement de l'élastomère silicone. Une campagne expérimentale a été menée afin de déterminer l'influence de la température sur le comportement mécanique du silicone, en particulier sur l'accommodation du matériau après la première charge (effet Mullins), l'hystérésis mécanique et la relaxation. Une loi de comportement prenant en compte l'hystérésis mécanique a ensuite été proposée. Inspirée par de nombreux travaux en mécanique des élastomères, l'approche utilise une décomposition de l'espace en un nombre fini de directions. Une loi monodimensionnel incluant les effets d'hystérésis est écrite pour chacune des directions. Ce modèle a été implémenté dans un code de calculs par éléments finis (Abaqus) et a été testé avec des calculs de structures.Dans la troisième partie de l'étude, le formalisme précédent a été utilisé afin de proposer un modèle pour le comportement mécanique du NiTi, en se restreignant dans cette première contribution à la superélasticité. La confrontation des résultats de simulation avec ceux de tests expérimentaux de la littérature sur des plaques isotropes et anisotropes montre les perspectives prometteuses d'une telle approche<br>Shape memory alloys Nickel-Titanium are well known for their superelastic properties associated with a martensitic elastic transformation, ferroelasticity due to the reorientation of martensite and finally shape memory effects. The properties of architectured NiTi materials, such a knitted NiTi, cellular materials,… depend on the constituting NiTi and of the geometry. The study deals with architectured composite materials made of architectured NiTi materials and silicone rubber elastomer. Such materials present numerous different properties, depending on the constituting materials and also on the interfaces and the topology.The first part of the study focuses on the interface between NiTi and silicone rubber. Among the tested solutions, plasma treatments were especially studied. The influence of treatment parameters on the interface resistance was firstly investigated by means of pull-out tests carried out on NiTi wires embedded in a silicone rubber matrix. Optimized parameters for plasma treatment were then applied in order to elaborate a tubular architectured material made of knitted NiTi and silicone rubber. The mechanical behavior of this composite was characterized by means of tensile and swelling tests.The second part of the study deals with silicone rubber behavior. Experiments were performed in order to evaluate the influence of temperature on the mechanical behavior of silicone rubbers, especially on the stress softening (Mullins Effect), mechanical hysteresis and stress relaxation. A model taking into account the mechanical hysteresis was then proposed. Based on numerous works in the field of rubber mechanics, the approach used a decomposition of the space in a finite number of directions. A monodimensional constitutive equation including hysteresis effects is written for each direction. This model was implemented in a finite elements software (ABAQUS) and was tested with structure simulations. In the third part of the study, the previous formalism was used model the mechanical behavior of NiTi, only In case of superelasticity. The results of the simulations carried out are in good agreement with those reported in the literature for tests on isotropic and anisotropic NiTi plates, which highlights the great interest of such an approach

Les matériaux composites connaissent une croissance exponentielle d'utilisation que ce soit dans le domaine de l'aérospatial, l'aéronautique, l'automobile ou encore le sport. Cette évolution significative s'explique notamment par les excellentes propriétés mécaniques que propose ce genre de matériaux. De plus, le ratio caractéristiques/poids est extrêmement favorable à ces derniers puisqu'ils restent plus légers que les matériaux usuellement employés par le passé. Cependant, ils sont aussi extrêmement coûteux et moyennement maîtrisés comparés aux connaissances scientifiques qui existent pour les matériaux cristallins. L'outil de simulation numérique est donc devenu partie intégrante de l'amélioration des procédés de mise en forme, ce qui nécessite, entre autres, l'élaboration de modèles mécaniques. Jusqu'à maintenant, compte tenu des stratégies d'emboutissage utilisant un seul couple poinçon/matrice, les chargements étaient supposés monotones et donc les lois de comportement associées étaient hyperélastiques ou viscoélastiques. Toutefois, étant donné que la demande industrielle ne cesse de croître et la complexité des géométries demandées aussi, nous proposons au travers des travaux présentés ici, des approches innovantes et originales comme la mise en forme incrémentale et la gestion des conditions aux limites. Ces nouvelles approches induisent des variations de chargement en cisaillement ou en flexion et les modèles hyperélastiques ne sont donc plus suffisamment riches pour correctement modéliser les procédés d'estampage. L'étude du comportement hystérétique étant nouvelle pour les matériaux composites, les travaux présentés se focalisent alors sur les renforts secs. C'est ainsi qu'une approche expérimentale a été réalisée afin de connaître la réaction du tissé soumis à ce type de chargements non monotones. Puis, des modèles dissipatifs hystérétiques ont été établis en vue de les intégrer dans un logiciel de calcul par éléments finis. Enfin, des simulations numériques avec comparaisons expérimentales sont proposées, basiques au début pour valider les modèles puis plus complexes pour montrer l'intérêt de telles modélisations et de telles stratégies<br>Composite materials are experiencing exponential growth in use in the aerospace, aeronautics, automotive and sports sectors. This significant development is mainly due to the excellent mechanical properties offered by this type of material. In addition, the ratio characteristics/weight is extremely advantageous since they remain lighter than the materials usually used in the past. However, they are also extremely expensive and moderately understood compared to the scientific knowledge that exists for crystalline materials. Numerical simulation tool has therefore become an integral part of the improvement of shaping processes, which requires the development of mechanical models. Until now, given stamping strategies using a single punch/matrix pair, the loads were assumed to be monotonous and therefore the associated behavioural laws were hyperelastic or viscoelastic. However, given that industrial demand is constantly growing and the complexity of the geometries which is also increasing, we propose, through the work presented here, innovative and original approaches such as incremental forming and the management of boundary conditions. These new approaches induce cyclic loading variations in shear or bending and hyperelastic models are therefore no longer enough reliable to properly model stamping processes. As the study of hysteresis behaviour is new for composite materials, the work presented then focuses on dry reinforcements. Thus, an experimental approach was carried out to determine the reaction of the fabric once it was subjected to cyclic loading. Then, dissipative hysteretic models were established for integration into finite element calculation software. Finally, numerical simulations with experimental comparisons are proposed, initially basic to validate the model and then more complex to show the interest of such models and strategies

Les alliages à base de Ni-Mn-In ont attiré une attention considérable en raison de leurs propriétés multifonctionnelles depuis leur découverte en 2004, telles que l’effet de mémoire de forme métamagnétique (Metamagnetic shape memory effect MMSME), l'effet magnétocalorique (MCE) et l'effet de magnétorésistance (MR). Cependant, certaines connaissances fondamentales sur ces alliages manquent toujours jusqu'à présent, telles que la structure cristalline de la martensite, les caractéristiques cristallographiques de microstructure et de transition magnétostructurale. Dans cette thèse, les caractéristiques cristallographiques, les comportements mécaniques et les propriétés magnétiques des alliages Ni-Mn-In base ont été étudiés théoriquement et expérimentalement. Tout d'abord, les structures cristallines des alliages Ni-Mn-In ont été déterminées avec précision par la méthode de Rietveld dans le cadre de la théorie du superespace. Ensuite, la microstructure de la martensite, notamment l'organisation et l'interface des variantes, ainsi que les caractéristiques cristallographiques de la transformation martensitique, telles que les relations d'orientation (OR), le chemin de déformation de la transformation et la compatibilité géométrique entre l'austénite et la martensite, ont été systématiquement étudiés. Enfin, avec cette connaissance fondamentale sur les alliages Ni-Mn-In, les comportements et les mécanismes de sélection /réarrangement des variantes de martensite sous deux types de stratégies de chargement mécanique, à savoir le chargement à l'état martensitique et le chargement durant la transition structurelle, et les effets du recuit sur l'effet MCE et les pertes d'hystérésis associées ont été explorées. Les principaux résultats sont les suivants. La martensite modulé a une structure cristalline incommensurable avec la structure cristalline 6M et le groupe de superespace I2/m(α0γ)00 qui peut être approximée par un modèle de superstructure de multiplicité 3 dans l'espace à tridimensionnel. La microstructure de martensite est en forme de plaques et auto-organisée en colonies. Chaque colonie a quatre variantes d'orientations distinctes. Le maximum de 6 colonies distinctes et 24 variantes peut être généré à l'intérieur d'un grain austénitique. Bien que jusqu'à 14 types de relations de maclage sont proposées dans le cadre des théories cristallographiques de transformation martensitique, seuls trois types de relations de maclage sont généralement observés, à savoir des macles de type I, type II et composées. Les interfaces des variantes sont définies à l'échelle mésoscopique par leur plan de maclage K1 correspondant. Cependant, à l'échelle atomique, la macle de type I a une interface cohérente, alors que celles de type-II et les macles composées ont des interfaces étagées. Les deux relations d'orientations K-S et Pitsch sont appropriés pour décrire la correspondance de réseau entre austénite et martensite dans les alliages Ni-Mn-In. Cependant, le chemin de déformation lié à la relation de Pitsch est mis en évidence pour être efficace pour la déformation de la structure. Avec le chemin de transformation déterminé, le mécanisme sous-jacent de l'organisation des variantes est révélé. À travers la transformation martensitique, en dépit de l'existence d'une relativement large couche contrainte (de l'ordre de 20 nm), le plan d'habitat est bordé par une variante de martensite simple avec l'austénite plutôt que la structure généralement observée "en sandwich", ce qui suggère une relativement bonne compatibilité géométrique entre les phases correspondantes. Pour le chargement en compression à l'état martensitique, l'arrangement des variantes est réalisé par des processus de démaclage. Il est démontré que l'état de variante unique dans certaines colonies pourrait être obtenu lorsque l'orientation de chargement est située dans la zone de Facteur de Schmid (SF) positif commune pour les trois systèmes de démaclage. [...]<br>Ni-Mn-In based alloys have attracted considerable attention due to their multifunctional properties since its discovery in 2004, such as metamagnetic shape memory effect (MMSME), magnetocaloric effect (MCE) and magnetoresistance (MR) effect. However, some fundenmental knowledge on these alloys is still missing until now, such as crystal structure of martensite, crystallographic features of microstructure and magnetostructural transition. In this dissertation, the crystallographic features, mechanical behaviors and magnetic properties of Ni-Mn-In based alloys were studied theoretically and experimentally. First, the crystal structures of Ni-Mn-In alloys were accurately determined by Rietveld method in the frame of superspace theory (Chapter 3). Then, the microstructure of martensite (Chapter 4), such as variant organization and interface structure, and the crystallographic features of martensitic transformation, such as orientation relationship (OR), transformation strain path and geometrical compatibility between austenite and martensite, were systematically studied (Chapter 5). Finally, with this fundamental knowledge on Ni-Mn-In alloys, the behaviors and mechanisms of martensite variant rearrangement/ selection under two kinds of mechanical loading strategies, i.e. loading at martensite state and loading across the structural transition, and the effects of annealing on MCE and its related hysteresis loss were explored (Chapter 6). The main results are as follows. The modulated martensite has an incommensurate 6M crystal structure with superspace group I2/m(α0γ)00 that can be approximated by a three-fold superstructure model in the three-dimensional space. The microstructure of martensite is in plate shape and self-organized in colonies. Each colony has four distinct orientation variants. The maximum of 6 distinct colonies and 24 variants can be generated within one austenite grain. Although as many as 14 kinds of twin relations are suggested in the frame of crystallographic theories of martensitic transformation, only three types of twin relations are generally detected, i.e. type-I, type-II and compound twin. Variant interfaces are defined by their corresponding twinning plane K1 at mesoscopic scale. However, at atomic scale, the type-I twin has a coherent interface, whereas type-II and compound twins have “stepped” interfaces. Both the K-S and Pitsch ORs are appropriate to describe the lattice correspondence between austenite and martensite in Ni-Mn-In alloys. However, the strain path related to the Pitsch relation is evidenced to be the effective for the structural distortion. With the determined transformation path, the underlying mechanism of variant organization is revealed. Across the martensitic transformation, despite the existence of a relative wide stressed layer (around 20 nm), the habit plane is bordered by single martensite variant with austenite rather than the generally observed “sandwich-like” structure, implying a relative good geometrical compatibility between the corresponding phases. For compressive loading at martensite, variant arrangement is realized by the detwinning process. It is evidenced that a single variant state in some colonies can be obtained when the loading orientation is located in the common positive Schmid factor (SF) zone of the three detwinning systems. For loading across the structural transition, the prestrain is obtained by variant selection in which the number of colonies is significantly reduced and the variant organization within colony is greatly changed. The SF for transformation strain path is introduced to evaluate the possible selection of variants. Heat treatment can significantly enhance the magnetic entropy change ΔSM but simultaneously increase the magnetic hysteresis loss. For ΔSM, the chemical ordered degree should play a prominent role [...]

Cette thèse est consacrée à l'étude d'amortisseurs passifs non linéaires innovants pour le contrôle de l'instabilité de flottement sur un profil d'aile à deux degrés de libertés. Lorsqu'un profil d'aile entre en flottement, il oscille de façon croissante jusqu'à se stabiliser sur un cycle limite dont l'amplitude peut être significative et détériorer sa structure. Le contrôle a ainsi deux objectifs principaux : retarder l'apparition de l'instabilité et réduire l'amplitude des cycles limites. Avant d'étudier l'influence des amortisseurs passifs, l'instabilité de flottement, et notamment le régime post-flottement, a été étudié. Une expérience de flottement sur une plaque plane a été menée et sa modélisation, prenant en compte le phénomène de décrochage dynamique, a été réalisée. Concernant le contrôle passif, le premier type d'amortisseur étudié est un amortisseur hystérétique réalisé à l'aide de ressorts en alliage à mémoire de forme. La caractéristique principale de tels amortisseurs est que leur force de rappel étant hystérétique, elle permet de dissiper une grande quantité d'énergie. L'objectif principal est ainsi de réduire l'amplitude des cycles limites provoqués par l'instabilité de flottement. Cet effet escompté a été observé et quantifié expérimentalement et numériquement à l'aide de modèles semi-empiriques. Le second type d'amortisseur utilisé est un amortisseur non linéaire de vibration accordé. Il est composé d'une petite masse connectée au profil d'aile à l'aide d'un ressort possédant une raideur linéaire et une raideur cubique. La partie linéaire de ce type d'amortisseur permet de retarder l'apparition de l'instabilité tandis que la partie non linéaire permet de réduire l'amplitude des cycles limites. L'influence de l'amortisseur non linéaire de vibration accordé a été étudiée analytiquement et numériquement. Il a été trouvé que l'apparition de l'instabilité est significativement retardée à l'aide de cet amortisseur, l'effet sur l'amplitude des cycles limites étant plus modeste<br>The aim of this thesis is to study the effect of passive nonlinear absorbers on the two degrees of freedom airfoil flutter. When an airfoil is subject to flutter instability, it oscillates increasingly until stabilizing on a limit cycle, the amplitude of which can be possibly substantial and thus damage the airfoil structure. The control has two main objectives : delay the instability and decrease the limit cycle amplitude. The flutter instability, and the post-flutter regime in particular, were studied first. A flutter experiment on a flat plate airfoil was conducted and the airfoil behavior was modeled, taking into account dynamic stall. Regarding the passive control, the first absorber studied was a hysteretic damper, realized using shape memory alloys springs. The characteristic of such dampers is their hysteretic restoring force, allowing them to dissipate a large amount of energy. Their main goal was thus to decrease the limit cycle amplitude caused by the flutter instability. This expected effect was observed and quantified both experimentally and numerically, using heuristic model. The second absorber studied was a nonlinear tuned vibration absorber. This absorber consists of a light mass attached to the airfoil through a spring having both a linear and a cubic stiffness. The role of the linear part of such absorber was to repel the instability threshold, while the aim of the nonlinear part was to decrease the limit cycle amplitude. It was found, analytically and numerically, that the instability threshold is substantially shifted by this absorber, whereas the limit cycle amplitude decrease is relatively modest

L'objectif de cette thèse est l'étude de la déformation, à l'échelle microscopique, de la phase MAX Ti2AlN, synthétisée par métallurgie des poudres. Ce travail se divise en trois parties : une première dans laquelle l'accent a été mis sur l'hystérèse mécanique des phases MAX via des essais cyclés, en nanoindentation sphérique et compression ex-situ de micro-piliers, sur des grains d'orientations différentes déterminées par l'EBSD. Dans la deuxième nous nous sommes intéressés à la déformation de micropiliers via des essais de compression cyclés in-situ couplés à la micro-diffraction Laue. L'objectif a été d'analyser les taches diffraction au cours de la déformation du pilier afin de mettre en évidence les mécanismes de déformation élémentaires mis en jeu et d'observer les structures finales via des images MEB post-mortem des piliers. Enfin, une dernière dans laquelle l'objectif a été l'étude des mécanismes de déformation en température à l'échelle microscopique via des essais de nano-indentation allant jusqu'à 800°C. La caractérisation des lignes de glissement en surface et des configurations microstructurales sous l'empreinte a été réalisée par AFM et MET respectivement. Toutes les données recueillies par ces divers essais aux petites échelles, ont permis d'affiner notre compréhension des mécanismes de déformation du monocristal de phase MAX, notamment vis à vis des modèles usuellement proposés dans la littérature<br>The thesis's goal is to study the deformation, at microscopic scale, of the MAX phase Ti2AlN synthesized by powder metallurgy. This work is divided into three parts: in the first part, the interest has been put on the hysteretic behavior of the MAX phases via cyclic mechanical solicitations, during spherical indentation tests and ex-situ compression of micro-pillars, on differently orientated grains beforehand determined by EBSD. In the second part, we were interested into the micro-pillar's deformation via insitu cyclic compression tests coupled with Laue micro-diffraction. The goal was to analyse the evolution diffraction lines during the pillar's deformation in order to highlight the elementary deformation mechanisms and to observe the finale structures via the post-mortem SEM imaging of the pillars. Finally, a last part was devoted to study the deformation mechanisms in temperature at microscopic scale via nano-indentation tests up to 800°C. The characterization of the slip lines on the surface has been revealed by AFM and that of t he microstructural configurations (dislocations) under the indent has been done by TEM. All data collected by these various tests at the small scales have refined our understanding of the deformation mechanisms of crystal MAX phase, particularly with respect to the models usually proposed in the literature

碩士<br>淡江大學<br>產業經濟學系碩士班<br>100<br>The present paper re-examines the unemployment hysteresis hypothesis in Japanese nine regions between 1983 and 2010. It also considers the hysteresis hypothesis in the labor force participation rate.This research applies the recently developed unit root test which allows switching between hysteresis and the natural rate theory in time - series by Leybourne, Kim and Taylor (2007). The finding shows that unemployment rate and labor force participation rate are subject to one or more switches between I(0) and I(1) in Japanese nine regions, and in line with the hysteresis hypothesis. Thus, both unemployment rate and labor force participation rate should be considered for understanding the dynamics of the labor market in Japan.

Surface characteristics such as topography and critical dimensions serve as important indicators of product quality and manufacturing process performance especially at the micrometer and the nanometer scales. This paper first reviews different technologies used for obtaining high precision 3-D images of surfaces, along with some selected applications. Atomic force microscopy (AFM) is one of such methods. These images are commonly distorted by convolution effects, which become more prominent when the sample surface contains high aspect ratio features. In addition, data artifacts can result from poor dynamic response of the instrument used. In order to achieve reliable data at high throughput, dynamic interactions between the instrument's components need to be well understood and controlled, and novel image deconvolution schemes need to be developed. Our work aims at mitigating these distortions and achieving reliable data to recover metrology soundness. A summary of our findings will be presented.<br>Singapore-MIT Alliance (SMA)

The stability of drops forced by both wind and gravity is a fluid mechanics problem relevant to heat exchangers, fuel cells, and aircraft icing. To investigate this phenomenon, drops from 15 micro-liters to 400 micro-liters were placed on the rough aluminum (RA = 3.26 micrometers) floor of a tiltable wind tunnel and brought to critical conditions, when the drop begins to run downstream. Various combinations of drop size, inclination angle, and flow speed were employed. A measurement technique capable of measuring full 3D drop profiles was implemented to investigate the drops' evolution toward runback. The measurement requires the comparison of the speckle pattern captured by an overhead drop image with a corresponding image of the dry surface. Stability limits for 235 drops are measured as functions of drop volume and surface inclination. Drops experiencing airflow alone are found to shed at a Weber number of 8.0 +/- 0.5. From measurement sequences of reconstructed drop profiles, the evolution of contact lines, drop profiles, and contact angle distributions are detailed. Contact line integral adhesion forces are calculated from contact angle distributions and related to the forcing air velocity. Drops whose stability limits are dominated by gravity are found to exhibit significantly different evolution toward runback than those dominated by airflow.

碩士<br>國立臺灣大學<br>土木工程學研究所<br>97<br>Building structures usually exhibit nonlinear and inelastic behavior under severe dynamic loading such as earthquakes, severe winds, and waves. Inelastic behavior often manifests itself in the form of a hysteresis loop, when the structure is subjected to a cyclic load. Hysteresis refers to the hereditary and the memory nature of an inelastic system, in which the restoring force depends not only on the instantaneous deformation but also on the past history of deformation. The most important, the performance and safety of reinforced concrete structures under severe earthquake loading depend on nonlinear hysteretic behavior. A total of six reinforced concrete frames, designed with the same dimensions and the same seismic design code, subject to different level of ground excitation individually from shaking table test. Cyclic loading curve of each frame after the ground excitation from shaking table test was also generated to examine the remaining capacity of each frame. The modified Bouc-Wen hysteretic model was used and the system identification process was applied on the shaking table test data to identify the physical parameters such as stiffness degradation, strength deterioration and pinching hysteresis behavior of the reinforced concrete frame. The stiffness and strength degradation of RC frame in relating to the level of ground shaking and damage situation are discussed. In this study, the differential evolution (DE) method was used as the system identification method to identify the optimal time-varying parameters of the nonlinear hysteretic model. The characteristics of the structure nonlinear behavior under different intensity level of earthquake loading were evaluated and the Park and Ang damage indices were also generated. The relationship between the damage index and the system hysteretic behavior was studied. As a result, it may efficiently grasp at the degradation of the reinforced concrete frame through the hysteretic parameters of the Bouc-Wen model.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI)<br>Improved fabrication of poly(vinylindenefluoride)-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) thin films is of particular interest due to the high electric coercivity found in the beta-phase structure of the thin film. We show that it is possible to obtain high-quality, beta-phase dominant PVDF-HFP thin films using a direct approach to Langmuir-Blodgett deposition without the use of annealing or additives. To improve sample quality, an automated Langmuir-Blodgett thin film deposition system was developed; a custom dipping trough was fabricated, a sample dipping mechanism was designed and constructed, and the system was automated using custom LabVIEW software. Samples were fabricated in the form of ferroelectric capacitors on substrates of glass and silicon, and implement a unique step design with a bottom electrode of copper with an aluminum wetting layer and a top electrode of gold with an aluminum wetting layer. Samples were then characterized using a custom ferroelectric measurement program implemented in LabVIEW with a Keithley picoammeter/voltage supply to confirm electric coercivity properties. Further characterization using scanning electron microscopy and atomic force microscopy confirmed the improvement in thin film fabrication over previous methods.

Improved fabrication of poly(vinylindenefluoride)-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) thin films is of particular interest due to the high electric coercivity found in the beta-phase structure of the thin film. We show that it is possible to obtain high-quality, beta-phase dominant PVDF-HFP thin films using a direct approach to Langmuir-Blodgett deposition without the use of annealing or additives. To improve sample quality, an automated Langmuir-Blodgett thin film deposition system was developed; a custom dipping trough was fabricated, a sample dipping mechanism was designed and constructed, and the system was automated using custom LabVIEW software. Samples were fabricated in the form of ferroelectric capacitors on substrates of glass and silicon, and implement a unique step design with a bottom electrode of copper with an aluminum wetting layer and a top electrode of gold with an aluminum wetting layer. Samples were then characterized using a custom ferroelectric measurement program implemented in LabVIEW with a Keithley picoammeter/voltage supply to confirm electric coercivity properties. Further characterization using scanning electron microscopy and atomic force microscopy confirmed the improvement in thin film fabrication over previous methods.

The main objective of this thesis work was to gain understanding of the layer properties and polymer structures that were able to aid lubrication in aqueous media. To this end, three types of polyelectrolytes: a diblock copolymer, a train-of-brushes and two brush-with-anchor mucins have been utilized. Their lubrication ability in the boundary lubrication regime has been examined by Atomic Force Microscopy with colloidal probe. The interfacial behavior of the thermoresponsive diblock copolymer, PIPOZ60-b-PAMPTAM17,on silica was studied in the temperature interval 25-50 ˚C. The main finding is that adsorption hysteresis, due to the presence of trapped states, is important when the adsorbed layers are in contact with a dilute polymer solution. The importance of trapped states was also demonstrated in the measured friction forces, where significantly lower friction forces, at a given temperature, were encountered on cooling than on the preceding heating stage, which was attributed to increased adsorbed amount. On the heating stage the friction force decreased with increasing temperature despite the worsening of the solvent condition, and the opposite trend was observed when using pre-adsorbed layers (constant adsorbed amount) as a consequence of increased segment-segment attraction. The second part of the studies was devoted to the interfacial properties of mucins on PMMA. The strong affinity provided by the anchoring group of C-PSLex and C-P55 together with their more extended layer structure contribute to the superior lubrication of PMMA compared to BSM up to pressures of 8-9 MPa. This is a result of minor bridging and lateral motion of molecules along the surface during shearing. We further studied the influence of glycosylation on interfacial properties of mucin by utilizing the highly purified mucins, C-P55 and C-PSLex. Our data suggest that the longer and more branched carbohydrate side chains on C-PSLex provide lower interpenetration and better hydration lubrication at low loads compared to the shorter carbohydrate chains on C-P55. However, the longer carbohydrates appear to counteract disentanglement less efficiently, giving rise to a higher friction force at high loads.<br><p>QC 20170407</p>