Dissertations / Theses on the topic 'Matériau orthotrope'

Le développement de nouveaux matériaux pose le problème de la connaissance de leurs constantes élastiques. Les méthodes de mesure des constantes élastiques sont nombreuses, mais ne permettent que très rarement de déterminer simultanément et de façon non destructive un grand nombre des composantes du tenseur des rigidités élastiques. Grâce l'essor des outils de calcul numérique et de traitement du signal, une nouvelle méthode est développée, basée sur l'analyse du comportement dynamique d'une plaque rectangulaire complètement libre à orthotropie spéciale. Deux modèles théoriques sont décrits selon que la plaque est mince ou épaisse conduisant aux équations aux dérivées partielles du mouvement et à l'expression des conditions aux limites. La résolution en terme de fréquences propres et modes propres de ces équations n'est pas simple, et par souci d'économie de temps calcul, une méthode semi-analytique originale est développée: il s'agit de la méthode dite de superposition qui permet de décomposer un problème qui n'admet pas de solution analytique, en deux sous problèmes dont la solution peut être décrite grâce à des développements en séries trigonométriques. Par ailleurs, un dispositif expérimental est mis au point, permettant, grâce à une bonne simulation des conditions aux limites complètement libres et à l'utilisation d'une métrologie sans contact, de déterminer avec précision les fréquences propres et modes propres d'une plaque. Sachant calculer théoriquement et mesurer expérimentalement les fréquences propres de la plaque, un algorithme est développé afin de déterminer les quatre ou six constantes élastiques (selon qu'elle est mince ou épaisse) régissant au mieux au sens des moindres carrés son comportement dynamique. Finalement, des résultats expérimentaux valident la méthodologie proposée et montrent sa précision et sa sensibilité

Ce travail présente une méthode d'estimation des caractéristiques de rupture différée, basée sur la théorie de schapery supposant un matériau viscoélastique orthotrope. En construction bois, la connaissance de la tenue à long terme est nécessaire au respect des règlements de construction. Les neuf composantes de la matrice des souplesses sont déterminées par des essais de fluage pour des durées comprises entre 1 et 6 jours. Les caractéristiques de rupture (facteur d'intensité de contrainte, taux de restitution d'énergie, vitesse de fissuration) sont recherchées par des essais de croissance stable de fissure. Le mode d'ouverture est réalisé pour les éprouvettes d. C. B. Le mode ii de glissement a nécessité la mise au point d'une nouvelle éprouvette permettant de stabiliser la propagation. Le comportement de l'éprouvette est modélise numériquement et met en évidence l'intérêt d'une géométrie a inertie variable. L’estimation de la durée de vie à partir de cette théorie fournit des résultats en accord avec la littérature. Une étude par fractographie au microscope électronique à balayage permet de caractériser le facies de rupture en fonction du mode de propagation

Les elements de structure bois sont le plus souvent flechis et sollicites en fluage. Ils contiennent des fissures qui se developpent a partir des defauts du materiau. Il est important de prevoir la rupture differee de ces structures. C'est pourquoi, le but des travaux presentes est de modeliser la duree de vie en climat naturel de poutres fissurees en lvl (composite a base de bois). Les variations de l'humidite ont une influence considerable sur la duree de vie et sur la duree de propagation d'une fissure. Neanmoins, les effets des variations de la teneur en eau de l'air sur la propagation d'une fissure ne sont pas encore clairement identifies. C'est un point essentiel de cette etude pour, ensuite, permettre une demarche numerique dans le but de developper un modele de propagation dans un milieu orthotrope et viscoelastique en environnement naturel.

Avant la généralisation des toiles vers le XVI-XVIIème siècle, le bois a servi de support à d'innombrables peintures qui constituent aujourd'hui une part importante, dans les musées et les églises notamment, de notre patrimoine culturel. Après plusieurs siècles d'existence, les planches servant de support aux panneaux peints sont très souvent courbées : cette courbure est généralement imputée à la présence unilatérale de la couche picturale, imposant des échanges asymétriques d'humidité entre le bois, matériau hygroscopique, et son environnement de conservation. Par ailleurs il existe dans ces déformations une forte contribution de l'orthotropie cylindrique du bois qui est une conséquence de la croissance des arbres. Enfin, l'historique des variations hygrométriques à proximité d'un panneau peint renvoie à l'étude plus générale du comportement thermo-hygro-mécanique différé du bois. Une compréhension d'ensemble de ces phénomènes doit permettre d'orienter des décisions difficiles de conservation, notamment celles relatives au déplacement des œuvres ou à la maîtrise des environnements dans les musées. Nous proposons dans ce travail une approche générale de mécanique du matériau et des structures bois appliquée aux panneaux peints. La méthode utilisée intègre des moyens expérimentaux en laboratoire et sur des œuvres in-situ, des méthodes numériques, et l'accent est mis sur le lien fort existant entre les aspects " comportement " propres au bois (anisotropie, couplages hygromécaniques, etc.) et les aspects de structure relatifs aux panneaux peints (débit des planches, efforts extérieurs dus à leur assemblage, etc.). Un outil de calcul basé sur la modélisation mécanique des plaques orthotropes est développé. Il prend appui sur un code préexistant de transfert de masse et de chaleur décrivant les mouvements d'eau dans le support. Ce code de calcul complet est utilisé notamment sur un cas d'étude : un panneau peint de 500 ans environ, en situation d'exposition dans une église.

Ce travail porte sur l'analyse de poutres composites à section complexe. Dans une première partie, l'étude est limitée aux matériaux anisotropes dont un axe d'orthotropie est parallèle à l'axe longitudinal de la poutre. La méthode utilisée est basée sur le principe des travaux virtuels. Le code réalisé à partir de cette théorie permet de calculer toutes les grandeurs caractéristiques d'une section droite. L'étude est complétée par une analyse des problèmes relatifs à la torsion à gauchissement gêné et au couplage torsion-effort normal. La méthode est étendue aux poutres dont l'orientation des axes d'orthotropie des matériaux est quelconque. Ceci est réalisé en utilisant une formumation unifiée du vecteur déplacement et en appliquant le principe des travaux virtuels. Le code de calcul basé sur cette théorie a été développé et il permet de déterminer tous les termes de couplage. Dans la dernière partie, une méthode et un programme sont réalisés pour optimiser la forme d'une section droite pour une masse minimale et avec des contraintes imposées. Ceci est rendu possible grâce au mailleur paramétré développé.

Les développements récents des structures gonflables en aéronautique et dans le domaine du bâtiment nécessitent la détermination du comportement dynamique de leurs éléments constitutifs fondamentaux : poutres gonflables. L'objectif de cette thèse est l'analyse modale de cette structure. Des expériences sont menées sur des poutres gonflables en tissus enduits afin de mesurer leur réponse dynamique à différentes pressions internes. Les poutres sont fabriquées avec le même tissu enduit mais avec différentes orientations entre fils de chaîne et de trame par rapport à l'axe de la poutre. Les essais montrent d'une part les évolutions des fréquences propres en fonction de la pression et d'autre part l'influence des propriétés orthotropes du tissu sur la réponse dynamique. Trois études numériques complémentaires sont effectuées. Deux approches de type poutre permettant la recherche des fréquences propres des poutres gonflables sont présentées : une méthode exacte (éléments continus) est d'abord utilisée et on relie les résultats obtenus avec une formulation structure, mais pas la détermination des modes de type membrane, ce qui nous fait introduire la méthode des éléments finis de type membrane 3D. Les non linéarités des membranes (géométriques et matérielles) ont été prises en compte. Les résultats analytiques et numériques sont comparés avec l'expérience dans le cas d'une poutre bi appuyée
The recent developments of inflatable structures in aeronautics and in the field of the building require the determination of the dynamic behavior of their fundamental components : inflatable beams. The objective of this dissertation is the modal analysis of this type of structures. Experiments are done on inflatable coated fabric beams in order to measure their dynamic response with various internal pressures. The beams are manufactured with same coated fabric but with various orientations between warps and wefts compared to the axis of the beam. The tests show on the one hand the evolutions of the natural frequencies according to the pressure and on the other hand the influence of the orthotropic properties of fabric of the dynamic response. Three numerical studies are carried out. Two beam's approaches allowing the research of the natural frequencies of the inflatable beams are presented : an exact method (continuous elements) is initially used and one connects the results obtained with a finite element formulation of displacements. Type. The internal pressure appears in the solution. Beam's approaches allow the study of the modes of the structure type, but not the determination of the membrane's modes, which makes us introduce the finite membrane 3D elements. The nonlinearities of the membranes (geometrical and material ones) are taken into account. The analytical and numerical results of a simple supported inflatable beam are compared with the experimental results. They are in very good agreement

L’étude des structures raidies est un sujet de recherche récurrent. En effet, celles-ci sont présentes dans de nombreuses applications industrielles. Leur utilisation offre de nombreux avantages notamment du point de vue de l’allègement, critère qui est particulièrement important dans l’industrie automobile par exemple. Dans un tout autre domaine, la table d’harmonie de piano constitue un exemple typique de ces structures raidies et les problèmes relevés par les professionnels du domaine sont nombreux. Aujourd’hui, les ressources numériques permettent de prendre en compte de nombreux phénomènes dans les modèles développés avec pour conséquence, une difficulté d’interprétation entre les données d’entrée et de sortie. En considérant moins de paramètres à la fois, les modèles simplifiés présentent alors l’avantage de pouvoir en séparer la participation dans le rendu global. En prenant comme point de départ une plaque simplement supportée rectangulaire orthotrope dite « spéciale » dans laquelle la table est inscrite, la forme de la table d’harmonie est recréée par ajout d’une densité de ressorts ponctuels dans le domaine complémentaire. Par couplage avec des superstructures collées sur chaque face, il est possible de déterminer le comportement vibratoire de l’instrument ainsi que le rayonnement acoustique à partir des impédances de rayonnement d’une plaque simplement supportée bafflée. Ce modèle analytique est par la suite couplé à une corde et résolu dans le domaine temporel et présente alors l’avantage de pouvoir évaluer perceptivement l’impact de modifications structurelles. L’originalité d’un tel calcul tient dans le fait que des forces d’interactions assurent la continuité entre les soussystèmes et deviennent des inconnues du problème, comme dans les problèmes de contacts ou de frottements. Enfin, la prise en compte des petites non-linéarités géométriques de la corde sera faite en les considérant comme des seconds membres des équations du mouvement, ce qui permet de conserver la notion de modeslinéaires
Ribbed structures are a current subject of study and they are often used in many industrial domain. Indeed, there use offers some advantages as for example in automotive domain to reduce the weight of vehicule that is an important actual constrain. In the musical domain ribbed structures are also often used and musical instruments mixed structural, perceptive and subjective considerations. In that domain, one of the main difficulties is to translate the language between the science and the music and to make equivalence between phenomena describe by the musicians and scientific indicators. The piano soundboard is a typical example of these ribbed structures and difficulties reported by piano makers are many. Nowadays, numerical computing resources allow to take into account some phenomena in modeling but as a consequence, it appears a “black box effect” between input and output data. Taking into account less parameters, reduced models offer the advantage to separate the influence of each parameter in the final result. Taking into account as starting point a simply supported rectangular plate with special orthotropy, the edges of the soundboard are described by an addition of punctual springs in the fictive domain. Coupling to it some stiffeners on the both faces, it is possible to calculate the vibratory behavior of the instrument such as the acoustic radiation through the acoustical radiation impedances of the baffled simply supported plate. This simplified analytical modeling is representative of phenomena found in the literature and is also well adapted to parametrical studies. So, it highlights the space localizations of vibration, due to the conception of the instrument, and allows studying the influence of structural parameters on the mobility along the bridge, the acoustical radiated power for example. In order to qualify, with a reduced computing cost, the influence of structural parameters on the perceived sound, this analytical model for ribbed structure is coupled to a string and solved in time domain

La modélisation numérique des structures bois dans des conditions d’incendie nécessite la connaissance : de la variation des propriétés physiques du bois telles que la conductivité thermique, la chaleur spécifique et la densité en fonction de la température ; de la dégradation thermique du bois au cours des phases de séchage, de pyrolyse et de combustion. En particulier, nous nous sommes intéressés à l’étude du comportement thermomécanique du matériau bois. La loi thermique est décrite par l’équation de la chaleur. Le modèle choisi intègre les trois modes du transfert de chaleur : la conduction, le rayonnement et la convection. La loi mécanique est modélisée dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles utilisant la notion des variables d’état. Elle tient compte du couplage entre le comportement élastique orthotrope, plastique anisotrope à écrouissage non linéaire isotrope et un endommagement isotrope. L’intégration numérique de la loi mécanique par un schéma implicite itératif combinant la technique du retour radial avec la réduction du nombre des équations est présentée. Le couplage thermomécanique est réalisé, selon l’approche réglementaire de l’Eurocode 5 relatif à la résistance au feu des structures en bois, en appliquant le facteur de réduction Kθ sur la résistance mécanique d’un résineux. Les aspects théoriques et les conditions aux limites associés au modèle thermomécanique sont abordés. L’identification des paramètres du modèle est réalisée sur des données expérimentales obtenues sur des tests réels d’incendie disponibles dans la littérature. À ce titre, plusieurs comparaisons avec différentes applications sont réalisées. Le modèle éléments finis reproduit avec précision la distribution du champ de température dans l’épaisseur des panneaux en bois, la formation du charbon ainsi que l’évolution de la résistance mécanique au cours de l’exposition au feu
Numerical modelling of timber structures in fire conditions requires the knowledge of the variation with temperature of the physical properties of the wood material (the thermal conductivity, the specific heat and the density) in order to take into account the thermal degradation of wood under high temperatures during the drying, pyrolysis and combustion phases, as well as the temperature profiles in the thickness of the surfaces exposed to fire. In particular, this work focusses on the thermomechanical behaviour of timber. The heat transfer analysis is described by the standard equations of heat conduction. It includes the three modes of heat transfer: conduction, radiation and convection. The structural response is modelled within the framework of thermodynamics of irreversible processes using the notion of state variables. It takes into account the coupling between the orthotropic elastic behaviour, the anisotropic plastic behaviour with isotropic nonlinear hardening, and isotropic damage. The numerical integration of the equilibrium equations is carried out with an iterative implicit scheme combining the technique of radial re- turn with the reduction of the number of equations. The thermomechanical coupling is carried out according to the approach recommended by Eurocode 5 for the fire resistance of timber structures by applying the reduction factor Kθ to the strength of a softwood. The theoretical aspects and boundary conditions associated with the thermomechanical model are also discussed. The parameters of the model are identified with experimental data obtained from actual fire tests available in the literature. Several comparative applications are carried out. The finite element model accurately reproduces the distribution of the temperature profile in the thickness of timber planks, the formation of the charred layer, and the evolution of the mechanical resistance during exposure to fire

Cette étude présente une approche novatrice de conception optimale d'essais en vue de l'identification du comportement élastique en flexion de plaques minces orthotropes. La méthode d'identification employée consiste à recaler les paramètres d'un modèle numérique, ici à base d'éléments finis, sur les résultats expérimentaux, par un processus de moindres carrés. La méthode de conception d'essais que nous proposons optimise : les rapports entre les intensités des efforts, l'emplacement des efforts appliqués et les positions des conditions aux limites sur les bords de l'échantillon dont la géométrie est fixe. Nous avons défini de très opportuns indicateurs de sensibilité de l'essai par rapport aux paramètres à identifier. L'optimisation consiste ensuite à maximiser le plus petit d'entre eux. Cette optimisation est réalisée par un algorithme génétique. Différentes simulations tenant compte des erreurs de mesure et de modélisation ont été effectuées sur les configurations conçues par cette approche. Elles montrent une très bonne stabilité de la procédure d'identification, et les constantes élastiques d'une plaque orthotrope sont identifiées en un seul essai avec une très bonne précision, qui semble bien meilleure que celle des essais classiquement utilisés. On peut donc espérer des résultats positifs avec une expérimentation réelle.

Ce mémoire présente une nouvelle méthode séparant les modes mixtes de rupture dans les matériaux viscoélastiques orthotropes soumis au fluage. La formulation analytique proposée est basée sur l’intégrale invariante M. Dans une première phase, une modélisation numérique de l’outil est proposée et comparée avec une formulation analytique issue de la densité d’énergie libre d’Helmholtz. L’indépendance du domaine d’intégration est justifiée, et simultanément, les différentes évolutions du taux de restitution d’énergie G sont présentées en fonction du temps. Une seconde phase propose une extension de l’intégrale M à la propagation de fissure. Le formalisme analytique repose sur les théorèmes de conservation énergétiques et une conjonction des champs réels et virtuels. Grâce à une formulation incrémentale du comportement viscoélastique, l’algorithme de propagation proposé est résolu grâce au code de calcul aux éléments finis CASTEM. Ainsi, l’indépendance du domaine est justifiée, et G est présenté en fonction du temps, de la vitesse de propagation et de la longueur de fissure, justifiant ainsi, la capacité du model à séparer les modes. Enfin, l’éprouvette 2MCG (Mixed Mode Crack Growth), traduisant les effets temporels dus au fluage, est proposée. Sa conception résulte d’une part, compromis entre les éprouvettes DCB (Double Cantilever Beam) et CTS (Compact Tension Shear), et d’autre part de l’observation d’une plage de stabilité de G instantané calculé via l’intégrale M. Grâce à une presse et à l’analyse d’images, les essais instantanés sont effectués afin d’obtenir la longueur de fissure, les forces F et G critiques. Enfin, une propagation viscoélastique intégrant les phases d’amorçage, les temps critiques et la longueur de la zone d’élaboration mixte est envisagée
Due to creep process, a new method based on M integral, separating mixed-modes fractures in viscoelastic material, is presented in this thesis. In the first time, a numerical modelling of M is proposed and compared with an analytical formulation given by Helmholtz’s free energy density. In this fact, the non dependence domain integration is proven. In the same time, the different evolutions of energy release rate G versus time are shown. In the second time, a generalization of M to crack growth process is proposed. The analytical development is based on conservative laws and a combination of real and virtual fields. According to an incremental viscoelastic formulation, the proposed numerical crack growth algorithm is resolved with finite element software CASTEM. In this case, the non dependence domain integration is also shown. So, the different evolutions of G versus time, crack speed and crack length are posted. This fact proves the capacity of the proposed model to traduce efficiently the mixed-modes fractures separation and viscoelastic effect. Finally, a new 2MCG (Mixed-Mode Crack Growth) specimen, traducing viscoelastic characteristics due to creep loading is proposed. Its design results from a judicious compromise between DCB (Double Cantilever Beam) and CTS (Compact Tension Shear) specimens, but also, by the observation of an instantaneous energy release rate stability given by the previous M integral. Thanks to a press and the images analysis, several instantaneous tests have been performed in order to traduce the crack length and the critical values of the load F and G. At the end, a real viscoelastic integrating the crack initiation, the critical time and the length of the process zone in mixed mode is proposed

Le comportement du revêtement bitumineux sur les ponts métalliques à dalle orthotrope est complexe. Il doit répondre à des critères mécaniques comme la souplesse, une bonne résistance à la fissuration. L'essai français de dimensionnement en laboratoire, normalisé en 2006, est 1' essai de flexion sous moment négatif. Un dispositif est opérationnel depuis 2003 au laboratoire Géomatériaux (ENTPE). Les échantillons sont représentatifs d'une structure réelle. Suite aux résultats obtenus, il est défini précisément une instrumentation basée sur des jauges de déformations ou capteurs de déplacement afin de suivre en continu l'évolution du comportement du revêtement. Grâce au développement d'essais non-destructifs par propagation d'ondes, un suivi continu des caractéristiques intrinsèques du revêtement et la détection de l'apparition d'une macro-fissure sont possibles. Une modélisation fine des matériaux permet une étude préliminaire du comportement du revêtement sur dalle orthotrope
The behavior of asphalt layers on steel decks is complex. It is a soft support and must have a strong resistance to cracking. The five-point bending fatigue test is the standard deviee in France for the dimensioning of the asphalt layer in laboratory. A deviee bas been improved operational since 2003 at the ENTPE laboratory. Specimens are representative of a real deck. The mechanical evolution is monitored with strain gauges and displacements sensors throughout the test. Moreover a non-destructive test based on ultrasonic measurements bas been developed. Thus, mechanical characteristics are followed up, and it makes it possible to plot damage evolution curve for each asphalt mix tested. This test is finally modeled with high quality that enables a preliminary study of the behavior of different asphalt mix

Dans un premier temps, le comportement thermique d’une structure composite constituée d’un renfort fibreux et d’une matrice en résine a été étudié. L’utilisation d’une méthode numérique basée sur le principe de la "plaque chaude gardée" permet alors de calculer les conductivités effectives d’un composite orthotrope en fonction de sa géométrie et de la nature de ses constituants dans le cas de configurations tridimensionnelles complexes. Le deuxième objectif de cette étude concerne la détermination expérimentale des propriétés thermophysiques de ces composites à renforcements orientés. A cette fin, un banc de mesure a été développé. Son principe repose sur l'observation par thermographie infrarouge de la face arrière d'un échantillon excité thermiquement sur sa face avant par l’application d’un flux de chaleur inhomogene. La mise en oeuvre d’une méthode inverse permet alors d’identifier simultanément les trois conductivités orthotropes et la capacité thermique de la plaque ainsi testée.

La methode de thomson-haskell a ete adaptee a la propagation d'ondes planes heterogenes en milieu stratifie plan constitue de materiaux absorbants, de symetrie orthotrope. Les coefficients de reflexion et de transmission d'ondes planes incidentes, ultrasonores, homogenes et monochromatiques, peuvent alors etre calcules pour des materiaux composites immerges. Les instabilites numeriques de la methode sont eliminees par deux techniques complementaires. L'une est une solution empirique et l'autre est une generalisation de la methode de l'operateur delta. La mesure des coefficients de transmission de plaques est effectuee, en respectant au mieux les conditions d'ondes planes. Les resultats experimentaux, obtenus pour des composites de sequences d'empilements variees, a fibres longues et matrices organiques, valident les predictions theoriques. A l'issue de ces travaux, deux etudes paralleles ont ete menees, ouvrant des perspectives en controle non destructif. D'une part, les mesures des constantes d'elasticite complexes d'un materiau homogene peuvent etre controlees. En fait, la confrontation des coefficients de transmission theoriques et experimentaux permet de valider ou de discrediter les valeurs des constantes mesurees. D'autre part, les materiaux heterogenes constitues de differentes couches d'orientations diverses sont consideres. A partir des proprietes geometriques, elastiques et absorbantes de ces couches, il est possible de predire les constantes d'elasticite complexes du materiau orthotrope equivalent

Ce rapport présente les recherches qui ont été effectuées en vue de considérer l'utilisation des matériaux composites dans les lignes aériennes de transport d'énergie électrique. Le présent document débute par une introduction présentant quelques généralités sur les matériaux composites, telles que les constituants du matériau (fibres, résines, charges et additifs) et les procédés de fabrication. Dans cette introduction, on présente également les choix des fibres, des résines, des charges et des additifs qui sont spécialement utilisés dans le domaine du transport d'énergie électrique, sans oublier les caractéristiques et les avantages des matériaux composites pour une utilisation dans ce domaine. Cette section se termine en présentant les principaux fabricants nord-américains de profilés en matériaux composites servant des applications du génie civil. Les méthodes de calcul nécessaires à la conception de structures en matériaux composites sont par la suite présentées dans ce rapport. Les notions et les équations requises pour la conception de profilés en matériaux composites, selon la norme européenne Eurocomp, sont résumées : principes de conception en tension, en compression, en flexion, en cisaillement, ainsi que les principes de stabilité tels que le voilement de l'âme sous charges concentrées, le flambement et les effets combinés. On présente également d'autres méthodes de conception de membrures en matériaux composites qui ont été trouvées et analysées lors de la recherche bibliographique effectuée sur le sujet. On y expose, notamment, les principes de plusieurs manuels de dimensionnement de divers fabricants et les équations de chercheurs tels que Barbero, Lekhnitskii, Kollár, Qiao & Shan et Pecce & Cosenza. Au coeur de ce rapport, on retrouve le programme expérimental mis en place pour évaluer les principes de calcul précédemment énumérés dans le document. La méthode pour déterminer les propriétés mécaniques des profilés en matériaux composites testés en laboratoire ainsi que les résultats obtenus des essais sur les coupons sont résumés. On y présente également les essais en compression et en flexion qui ont été effectués dans les laboratoires de l'Université de Sherbrooke sur des membrures en matériaux composites telles que des cornières, des tubes carrés et rectangulaires, ainsi que des poutres section en I et en H. Une comparaison entre les résultats expérimentaux et les méthodes existantes de conception de profilés en matériaux composites est ensuite faite pour chacune des membrures testées en laboratoire. Le coeur du rapport se termine par la présentation des conceptions de structures en fibre de verre réalisées pour une ligne aérienne de transport d'énergie électrique de 69 kV. On retrouve donc dans cette section les hypothèses de calcul qui ont été utilisées pour la détermination des charges, les configurations des structures employées, la norme et les principes de conception qui ont été suivis, un résumé des membrures composant les structures ainsi qu'une analyse des coûts de cette ligne de 69 kV en matériaux composites. Le rapport se termine par une conclusion qui fait un retour sur les points importants exposés dans ce mémoire.

Quelles sont les déformations et les contraintes que subissent une structure gonflée précontrainte lorsqu'elle est soumise à des perturbations de son environnement extérieur? Cette thèse répond à cette interrogation dans le cas d'un lobe formé de deux membranes orthotropes, fixées sur leurs longueurs à deux axes rigides, successivement rectilignes puis légèrement arrondis, et sur leurs largeurs à des arcs de cercle également rigides. L'intérieur est gonflé par un gaz supposé parfait.
A partir d'une modélisation mécanique en élasticité linéaire, nous avons établi un modèle mathématique rigoureux en 3D. Puis en faisant tendre l'épaisseur des membranes vers zéro, nous avons obtenu un modèle asymptotique 2D, bien posé pour certaines forces, dites admissibles, dans des espaces obtenus par complétion. Nous avons alors démontré que la suite des valeurs moyennes dans l'épaisseur des solutions des problèmes 3D converge fortement vers l'unique solution du problème asymptotique. Nous avons de plus mis en évidence des conditions suffisantes d'admissibilité des forces extérieures.
L'analyse numérique du modèle asymptotique a montré que les estimations d'erreur a priori se font dans la norme de l'énergie. Ce qui, comme l'ont confirmé quelques essais numériques, ne va pas sans poser de problèmes quand on s'intéresse aux déplacements, mais est tout à fait satisfaisant du point de vue des contraintes.

La recherche aborde l'identification et la modelisation du comportement rheologique de composites souples (tissu de fibres de polyester enduit de polychlorure de vinyle) utilises sous forme de membranes pour l'architecture tensible. Le bilan bibliographique met en evidence l'absence de methodes de caracterisation de ces composites orthotropes sous sollicitations multiaxiales et l'absence de methodes previsionnelles pour decrire le comportement rheologique de ces materiaux et prevoir l'evolution du comportement en rigidite et a rupture en fonction du temps et de l'environnement. La premiere partie de la these est consacree a la conception et a la validation d'une machine d'essai de traction biaxiale regulee en charge et en deplacement. La methodologie experimentale porte d'une part sur des mesures de champs de deplacement par des techniques d'extensometrie optique et sur l'analyse des champs de contraintes corriges en fonction des geometries des eprouvettes et de l'anisotropie du materiau. L'etude du comportement rheologique et l'identification des fonctions fluage et relaxation des membranes est abordee en realisant des essais de fluage thermostimules et en appliquant le principe d'equivalence temps temperatures. Parallelement a partir de la mesure des proprietes viscoelastiques des fibres et de la matrice et de l'identification de modeles rheologiques ou de derivees fractionnaires, en appliquant des expressions previsionnelles de calcul des caracteristiques en rigidite des structures textiles considerees a l'echelle microscopique, nous proposons une formulation des fonctions fluage et relaxation. La validation de ces methodologies theorico-experimentales est faite par une confrontation avec des resultats de fluage obtenus dans des bases de temps et dans des conditions d'environnement reelles

Étude des déformations occasionnées par les variations dimensionnelles lors de l'évolution spatiale d'un paramètre scalaire physique ou biochimique dans le matériau bois, ainsi que des contraintes internes qui en résultent. La formation générale proposée par analogie avec les problèmes de thermoélasticité permet de tenir compte de certaines réalités morphologiques de la grume : conicité, défauts de concentricité, fibre torse

L'etude du comportement pathologique des membranes composites orthotropes mises en uvre en architecture tensible met en evidence des singularites de comportement induites par les effets d'anisotropie propres aux renforts multidirectionnels textiles et des mecanismes de rupture localises dans des zones a forte concentration de contraintes se traduisant par des amorcages et des propagations de fissures. Dans une premiere partie, nous avons developpe une methode mixte numerique et experimentale d'identification de la matrice de rigidite de membrane d'un materiau orthotrope. Le champ de deformations, en partie centrale de l'eprouvette cruciforme, est mesure par un dispositif optique adapte aux grands deplacements. Le champ de contraintes correspondant est evalue avec un code de calcul aux elements finis (ansys). La matrice de rigidite est ensuite determinee par un calcul inverse combinant les resultats issus d'essais de traction bi-axiale, controles en force ou en deplacement, avec differents rapports de chargement. Les resultats obtenus sont confrontes a ceux deduits de calculs previsionnels (modeles multicouches et unidirectionnel a ondulations). Dans une seconde partie, nous avons observe et analyse les mecanismes de ruine d'une eprouvette entaillee, notamment par l'evaluation de l'influence de la longueur et de l'orientation initiales de la fissure sur sa propagation (mode i). L'application de la mecanique lineaire elastique de la rupture et de ses extensions ont permis la determination de valeurs caracteristiques de la propagation de fissures (tenacite k i c). Parallelement, nous etudions deux solutions numeriques au probleme de fissuration pose : la premiere comprenant un macro-element fissurant et la seconde, plus classique, un raffinement du maillage en fond d'entaille. En conclusion, nous sommes en mesure de proposer des lois de comportement et des criteres de rupture plus realistes pour effectuer le dimensionnement des structures tensibles.

Les tabliers métalliques à dalle orthotrope sont sensibles au phénomène de fatigue produit par les charges des poids lourds du trafic. Ce comportement n'est pas précisément prédit avec les méthodes de l'Eurocode 3, compte tenu de la complexité des effets locaux et de la connaissance insuffisante du rôle mécanique du revêtement (diffusion des charges et participation à la flexion locale). De plus l'augmentation du trafic des camions et éventuellement celle des charges admissibles par essieu en Europe tend à rendre ce problème bien plus critique. Le renforcement de ces tabliers est donc souhaitable de façon à prolonger la durée de vie des ponts existants, et aussi augmenter la durabilité des nouveaux ponts. Le béton fibré à ultra hautes performances (BFUP) a été envisagé comme nouvelle solution de revêtement, étant donné ses propriétés mécaniques, ses possibilités de mise en œuvre et sa durabilité. L'objectif de cette thèse, réalisée dans le cadre du projet ANR Orthoplus, est de quantifier expérimentalement l'apport des revêtements couramment utilisés dans les structures à dalle orthotrope et de valider la solution innovante en BFUP. Des essais statiques et dynamiques sur corps d'épreuve à grande échelle (2,40x4,00) m2 ont été réalisés sur la plate-forme d'essai des structures de l'IFSTTAR. Quatre corps d'épreuve ont été testés : tôle de platelage de 14 mm non revêtue et revêtue de 80 mm de béton bitumineux, tôle de 10 mm revêtue de 35 mm de BFUP et tôle de 12 mm revêtue de 35 mm de BFUP. L'influence des différents types de chargement positionnés au centre des corps d'épreuve a été analysée : plaques métalliques type Eurocode 1 et vraies roues de camion. L'étude a porté sur le détail de fatigue: liaison auget-tôle de platelage entre pièces de pont. La contrainte géométrique de fatigue (extrapolation au point chaud) a été évaluée expérimentalement en utilisant deux schémas d'extrapolation linéaire des déformations à proximité du cordon de soudure du détail étudié, le schéma du rapport CECA et celui proposé par l'Institut International de Soudure, à partir des mesures réalisées au-dessous de la tôle de platelage (σT) et sur l'âme de l'auget (σA).La cohérence entre estimation quasi-statique des déformations et comportement sous cycles de fatigue a été vérifiée, ainsi que la rigidification importante apportée par le BFUP, bien que ce dernier ne participe pas avec une connexion totale. Les résultats expérimentaux ont été confrontés à des modèles de différents niveaux de complexité qu'il reste nécessaire de calibrer empiriquement pour prévoir les contraintes géométriques. A partir des contraintes de fatigue obtenues expérimentalement, nous avons calculé la durée de vie des dalles orthotropes testés à l'aide de la règle du cumul linéaire de l'endommagement. Enfin nous avons mené une étude par analyse de cycle de vie d'un pont à dalle orthotrope pour vérifier la pertinence environnementale des différentes solutions de revêtement. Les nombreuses données expérimentales acquises dans ce travail sont de nature à permettre une amélioration significative du dimensionnement rationnel des tabliers à dalle orthotrope et de leur revêtement pour une meilleure prise en compte de leur gestion durable

Cette thèse a été effectuée dans le cadre des projets DISTOR (Européen) et HTPSTOCK (Français) qui visent à concevoir et étudier de nouveaux composites graphite/sel destinés au stockage de l'énergie thermique à haute température (>200°C). Elle est scindée en deux parties distinctes.
La première partie détaille les travaux relatifs à l'élaboration et la caractérisation thermique de ces nouveaux composites. On y présente les différentes voies d'élaboration des composites (dispersion, compression uniaxiale, isostatique) associées aux différents types de graphite (graphite naturel expansé (GNE), graphite synthétique) investigués au cours de cette thèse. On y retrouve également les résultats liés à la campagne de caractérisation thermique de ces composites permettant de mettre en exergue l'impact du graphite sur les propriétés conductrices des matériaux étudiés. A partir de ces résultats, des études de modélisation de l'évolution de la conductivité thermique ont pu être entrepris afin d'approfondir la compréhension de l'effet du graphite (quantité, taille de particules) sur la conductivité effective des composites.
La deuxième partie présente essentiellement les dispositifs de caractérisation thermique et les modèles thermocinétiques associés qui ont du être développés et adaptés aux spécificités des matériaux nouvellement élaborés. Cela concerne principalement les matériaux élaborés par compression, matériaux difficilement reproductible et possédant des propriétés orthotropes. La caractérisation de ce type de matériaux s'avère très délicate et pour le moins fastidieuse. C'est pourquoi nous nous sommes attachés à développer et adapter les moyens de caractérisation existants afin de permettre la caractérisation thermique complète d'un matériau conducteur orthotrope à partir d'une seule mesure sur un seul échantillon

Cette etude a pour objet la mesure optique de champs de deplacements hors plan, de plusieurs millimetres, avec une precision de l'ordre de 0,02 mm. Ceci afin de repondre aux exigences des methodes numeriques d'identification de lois de comportement elastique orthotrope de materiaux en plaque. Une premiere partie porte sur l'amelioration des performances de la technique du moire d'ombre. Afin d'atteindre la precision souhaitee, nous avons du introduire une technique de calcul de phase par quasi-heterodynage. Apres avoir montre que les dephasages ne peuvent etre obtenus que par translations de l'objet, nous avons developpe une procedure numerique, basee sur la fft, qui permet d'acceder a leurs valeurs precises. Avec ce procede nouveau, l'association du moire d'ombre et du quasi-heterodynage a permis de constituer une technique de mesure de reliefs, sans contact, offrant la precision souhaitee. Ensuite, les champs de deplacements hors plan sont obtenus par difference de reliefs entre deux etats de chargement. Quelques exemples d'application a la mesure de reliefs, de pentes, de rayons de courbure et de champs de deplacements hors plan sont presentes. La seconde partie concerne la conception et la mise en place d'un dispositif d'essais de flexion de plaques. Des tests ont ete realises sur des plaques de divers materiaux (plexiglas, composite, carton ondule. . . ). Les deflexions mesurees experimentalement ont ensuite ete utilisees dans un algorithme d'identification afin de determiner les constantes elastiques orthotropes

La technique des goujons collés dans les structures bois allie performances mécaniques et esthétisme. Elle répond au besoin de conservation du bâti pour le domaine de la rénovation et au besoin d’assemblages de plus en plus rigides et résistants en construction neuve avec l’avènement des structures bois de grandes ampleurs et l’arrivée de nouveaux produits tels que le bois lamellé croisé (CLT). De nombreuses études de caractérisation mécanique ont été menées au cours de ces 35 dernières années. L’enquête menée auprès des professionnels et experts en vue de l’introduction de cette technique dans l’Eurocode 5 a néanmoins révélé des attentes et lacunes particulières vis-à-vis des connaissances sur le comportement des assemblages multi-tiges, le choix des adhésifs, le comportement à long terme du collage et les techniques de contrôle qualité. Les travaux de cette thèse, menés en collaboration entre l’université de Bordeaux et l’Université Laval (Québec, Canada), ont pour objectif d’apporter des réponses sur le comportement mécanique des adhésifs, et assemblages sous sollicitation thermique et d’initier les développements sur le comportement à long terme et les assemblages multi-tiges. Les principaux résultats sont issus de travaux expérimentaux et numériques valorisés sous la forme d’articles scientifiques. Les essais mécaniques dynamiques menés sur une colle polyuréthane (PUR) et une résine époxy (EPX) entre 30°C et 120°C mettent en avant des différences importantes de raideur et de dégradations entre les deux adhésifs. Exposés à la chaleur, les assemblages sont eux aussi affectés avec des pertes de raideur et de résistance dès 40°C, en amont de la température de transition vitreuse et de la dégradation des adhésifs. Amené à suivre le régime de température extérieur, l’assemblage doit par sa conception être isolé afin de prévenir les risques aux états limites de service (ELS) et aux états limites ultimes (ELU). Très peu de données sont disponibles dans la littérature sur le comportement à long terme des assemblages goujons collés. L’étude du fluage ajoute une dimension temporelle aux problématiques de raideur. La base de données expérimentales collectée dans ces travaux repose sur 12 campagnes d’essais de 1 à 2 mois en conditions climatiques régulées en température et humidité relative, ou variables (service classe 1). Chargement et climat influent sur le glissement, mais aussi sur la durée de vie. Si des disparités sont présentes entre EPX et PUR, les études menées à 20°C et 50°C révèlent à nouveau l’importance de prendre en considération la température, notamment aux ELS. L’étude en régime variable illustre de son côté la sensibilité du système aux variations de température et d’humidité. L’étude de la répartition des efforts en fonction de la raideur des goujons est choisie comme fil conducteur pour investiguer le passage vers des éléments multi-tiges. Un modèle 3D mono-tige aux éléments finis est tout d’abord développé pour prendre en compte l’orthotropie du bois et regarder l’influence du centre de moelle jusqu’à présent négligée. Par la suite ce modèle est étendu aux configurations multi-tiges afin de simuler différentes configurations d’essais. Un prototype d’essai de caractérisation mécanique des assemblages multi-tiges est finalement présenté
Glued-in rods have successfully been used for connections or reinforcement of timber structures. With the development of tall and large timber buildings and new products such as Cross Laminated Timber (CLT), there is an increasing need for connections that provide high stiffness and strength. Timber connections using glued in rods have a general aesthetic appeal, and take advantage of the structural adhesives that provide a high stiffness and load capacity. During the last 30 years, multiple applications have been developed for renovation and new construction. In parallel, numerous investigations have characterized the mechanical performance of these connections, but harmonized design rules are not available. A lack of knowledge on the multiple-rod connections, on the choice of adhesives, on long-term effects and on the control of quality is identified by a recent study and must be investigated before a new submission to Eurocode 5. This thesis is performed in the framework of collaboration between Université de Bordeaux (France) and Université Laval (Canada). Objectives are focused on the mechanical performance of adhesives and glued-in rod connections under elevated temperature, on the development of creep tests and the investigations of multiple-rod connections. This study combines experimental and finite element modelling results, which are presented in the form of scientific articles. A Dynamic Mechanical Analysis (DMA) on one polyurethane (PUR) and one epoxy (EPX) adhesives followed by static tensile tests on the connections with small-diameter steel glued-in rods have been conducted at different temperatures. High differences in stiffness are observed between the two adhesives. Glued-in rod connections with the EPX and PUR adhesives demonstrate significant losses of stiffness and resistance beyond 40°C, before the glass transition temperature of the adhesive. Following the outside temperature, connections must be insulated to prevent excessive slip and risk of failure at the Serviceability Limits State (SLS) and at the Ultimate Limit States (ULS). Few data on the long-term effects are available in the literature. In this work, 12 campaigns of creep tests, adding time effects to previous work, have been performed. Glued-in rod connections were tested during one to two months in a conditioning room where temperature and relative humidity were controlled or in a room with a variable climate representative of service class 1. Disparities were observed between EXP and PUR. Creep tests conducted at 20°C and 50°C revealed an important role of the temperature, particularly for SLS. Creep tests in variable climate illustrated the sensibility of connections to the temperature and humidity variations. The stiffness and stress distribution in multiple-rod connections were investigated. First, a 3D model was developed to observe the influence of the wood orthotropy on the stiffness and stress distribution in a connection with a single rod. Then, the model was extended to multiple-rod connections to simulate different loads and boundary conditions. Finally, a prototype of a connection with multiple glued-in rods was tested

L’objectif principal de cette thèse est de modéliser en flambement des poutres pressurisées en tissu souple homogène orthotrope (THO) composite. La première partie détaille les études expérimentales qui ont été menées sur des poutres gonflables à certain niveaux de pression afin de caractériser les propriétés mécaniques du matériau et le comportement en flambement de la structure. Dans une deuxième partie, une approche analytique a été envisagée afin d’étudier le flambement ainsi que le comportement d’une poutre gonflable orthotrope. Un modèle 3D gonflables poutre orthotrope basé sur la cinématique de Timoshenko a été présenté brièvement. La charge critique a été étudiée pour différents cas de charge avec différentes conditions aux limites. Les résultats ont été confrontés aux résultats théoriques disponibles. Pour vérifier la limite de validité des résultats, la charge d’apparition des plis a également fait l’objet d’une étude pour chacun des cas. La dernière partie est consacrée à une étude linéaire et à une analyse non-linéaire du flambement de la poutre gonflable en THO composite. Le modèle éléments finis (MEF) établi ici implique un élément poutre de Timoshenko à trois-nœuds avec une continuité de type C0. Un test de convergence du maillage sur la force critique de la poutre a été réalisé par la résolution du problème aux valeurs propres. En outre, un MEF non-linéaire a été développé en utilisant la procédure itérative de quasi-Newton avec incréments de chargement adaptatif permettant le tracé pas à pas de la réponse charge-déflexion de la poutre. Les résultats ont été validés à partir d’un certain niveau de pression par des résultats expérimentaux et numériques
The main goals of this thesis are to modeling and to perform the buckling study of inflatable beams made from homogeneous orthotropic woven fabric (HOWF) composite. Three main scenarios were investigated in this thesis. The first is the experimental studies which were performed on HOWF inflatable beam in various inflation pressures for characterizing the orthotropic mechanical properties and buckling behaviors of the beam. In the second scenario, an analytical approach was considered to study the buckling and the behavior of an inflatable orthotropic beam. A 3D inflatable orthotropic beam model based on the Timoshenko's kinematics was briefly introduced: the nonlinearities (finite rotation, follower forces) were included in this model. The results were compared with theoretical results available in the literature. To check the limit of validity of the results, the wrinkling load was also presented in every case. The last scenario is devoted to the linear eigen and non-linear buckling analysis of inflatable beam made of HOWF. The finite element (FE) model established here involves a three-noded Timoshenko beam element with C0-type continuity for the transverse displacement and quadratic shape functions for the bending rotation and the axial displacement. In the linear buckling analysis, a mesh convergence test on the beam critical load was carried out by solving the linearized eigenvalue problem. In addition, a nonlinear FE model was developed by using the quasi-Newton iteration with adaptive load stepping for tracing load-deflection response of the beam. The results were validated from a certain pressure level by experimental and thin-shell FE results

Les matériaux à structures complexes (anisotropes, multicouches et hétérogènes comme poreux) sont de plus en plus utilisés dans de nombreuses applications (ex. automobile,aéronautique, industrie chimique, génie civil et biomédical), notamment en raison de leur amélioration des propriétés mécaniques et physiques. L’identification des propriétés thermophysiques de ces matériaux devient un enjeu incontournable dans plusieurs applications afin de prédire correctement l’évolution de la température au sein de ces structures et d’assurer le contrôle et la modélisation des transferts de chaleur au cours des processus. Dans ce contexte,l’identification des propriétés thermophysiques de tels matériaux, suscitent depuis de nombreuses années une préoccupation importante et croissante. La principale caractéristique de cette thèse concerne la mise en œuvre d’une méthode d’identification directe et simultanée des diffusivités thermiques de matériaux monocouches ou multicouches à l’aide d’un modèle3D transitoire analytique et d’une expérience unique et non intrusive. La méthode proposée est d’abord validée sur un matériau monocouche opaque et isotrope, puis appliquée et vérifiée sur un matériau orthotrope. La méthode d’identification est basée sur l’expérience bien connue de la méthode flash, qui utilise l’évolution de la température sur la face avant ou arrière de l’échantillon, enregistrée via une caméra infrarouge, pour identifier les paramètres inconnus. Compte tenu de la complexité et de la non-linéarité du problème inverse, un algorithme d’optimisation hybride couplant un algorithme stochastique (Optimisation par essaims particulaires) et un déterministe (de type gradient), a été choisi. L’estimation repose sur la minimisation de l’écart entre les mesures et la réponse d’un modèle semi-analytique inspiré de l’approche des quadripôles thermiques qui prédit l’évolution de la température sur la face avant ou la face arrière. L’excitation thermique, générée par un laser CO2, est représentée par un flux de chaleur localisé imposé qui peut être de type Dirac ou créneau. Les estimations sont comparées aux valeurs trouvées dans la littérature et aux résultats obtenus en utilisant d’autres méthodes bien établies. Enfin, quelques améliorations de la méthode sont étudiées, en termes de temps de calcul et de précision, avec une optimisation des conditions expérimentales241RÉSUMÉ(durée et intensité des créneaux, face de mesure. . . ). La méthode est ensuite généralisée aux matériaux multicouches, puis appliquée expérimentalement à un matériau bicouche. Cette stratégie, qui peut être considérée comme une tâche difficile, est motivée par l’impossibilité,dans certains cas, de séparer les 2 couches, en particulier pour les revêtements déposés sur des substrats, qui sera la dernière application investiguée dans ce travail. Une analyse de sensibilité est souvent effectuée afin de tester la faisabilité de l’estimation et de la comparaison,pour les matériaux à deux couches et multicouches, de plusieurs configurations possibles en termes de faces d’excitation/de mesures. La pré-évaluation des méthodes d’identification et les études paramétriques sont effectuées à l’aide de données synthétiques bruitées et obtenues à l’aide du modèle ou d’un code numérique d’éléments finis (pseudo-expérience) afin de vérifier la faisabilité et la robustesse des approches. L’une des caractéristiques les plus distinctes de cette approche est que l’estimation peut être réalisée, et avec succès, sans aucune connaissance préalable de la forme ou de l’intensité de l’excitation. En effet, outre l’estimation simultanée des diffusivités thermiques, la méthode peut prédire la quantité de chaleur absorbée parle matériau ainsi que la distribution spatiale de l’excitation thermique
Advanced materials with complex structures (anisotropic, multilayers and heterogeneous like porous) are increasingly used in many applications, (e.g. automotive, aeronautics, chemical industry, civil and biomedical engineering) due to their advantages, in terms of mechanical and physical properties enhancements. Estimating thermophysical properties of such materials becomes a crucial issue in several applications in order to correctly predict temperature evolution inside these structures and to ensure the control and the modelling of heat transfers through the processes. In this context, the identification of such materials thermophysical properties, has taken from many years, a significant and increasing concern. The main feature of this thesis relies on the devolvement of a direct and simultaneous identification method of the thermal diffusivities of monolayer or multilayer materials using an analytical 3D transient model and a unique and non-intrusive experiment. The proposed method is firstly validated on an isotropic opaque monolayermaterial, then applied and verified on an orthotropic one. The identificationmethod is based on the well-known flash-method experiment whose temperature evolution on the front or rear face on the sample, recorded via an IR camera, is used to identify the unknown parameters. Considering the complexity, and the non-linearity of the inverse problem, a hybrid optimization algorithm combining a stochastic algorithm (Particles Swarm Optimization) and a deterministic one (gradient based), has been chosen. This minimization procedure is applied to fit the observation to the output of a pseudo- analytical model inspired from the thermal quadrupoles approach that predicts the temperature evolution on the front or rear face. The thermal excitation, generated by a CO2 laser, is mimicked by an imposed localized heat flux that may be of Dirac or pulse type. The estimations are compared with values from literature and results obtain from well-established methods. Finally, some improvement of the method are investigated, in terms of time consumption and accuracy, with an optimization of the experiment design (pulse time and intensity, measurement face). The method is then generalised to multi-layer materials, then applied experimentally to a two-layer material. This strategy, which can be considered as a challenging task, is motivated by the impossibility, in some cases, to separate the 2 layers, especially for coatings deposited on substrates which is the last application investigated in this work. A sensitivity analysis is often conducted in order to test the feasibility of the estimation and compare, for two-layer and multilayers materials, several possible configurations in terms of excitation/measurements faces. Pre-evaluation of the overall identification methods and parametric studies are performed using synthetic noisy data generated using the model or a numerical finite element code(pseudo-experiment) to verify the approaches feasibility and robustness. One of the most distinctive features of our approach is that the estimation may be successfully achieved without any a priori knowledge about the shape or the intensity of the excitation. Indeed, besides the simultaneous estimation of the thermal diffusivities, the method predicts the total amount of heat absorbed by the material as well as the space shape of the thermal excitation

L’objectif de ce travail est de développer des outils numériques utilisables dans la détermination de manière exacte des propriétés modales des structures sandwichs viscoélastiques composites au vue de la conception des structures sandwichs viscoélastiques légères mais à haut pouvoir amortissant. Pour cela nous avons tout d’abord développé un outil générique implémenté en Matlab pour la détermination des propriétés modales en vibration libre des plaques sandwichs viscoélastiques dont les faces sont en stratifié de plusieurs couches orientées dans diverses directions. L’intérêt de cet outil, basé sur une formulation éléments finis, réside dans sa capacité à prendre en compte l’anisotropie des couches composites, la non linéarité matérielle de la couche viscoélastique traduit par diverses lois viscoélastiques dépendant de la fréquence ainsi que diverses conditions aux limites. La résolution du problème aux valeurs propres non linéaires complexes se fait par le couplage entre la technique d’homotopie, la méthode asymptotique numérique et la différentiation automatique. Ensuite pour permettre une étude continue des effets d’un paramètre de modélisation sur les propriétés modales des sandwichs viscoélastiques, nous avons proposé une méthode générique de résolution de problème résiduel non linéaire aux valeurs propres complexes possédant en plus de la dépendance en fréquence introduite par la couche viscoélastique du coeur, la dépendance du paramètre de modélisation qui décrit un intervalle d’étude bien spécifique. Cette résolution est basée sur la méthode asymptotique numérique, la différentiation automatique, la technique d’homotopie et la continuation et prend en compte diverses lois viscoélastiques. Nous proposons après cela, deux formulations distinctes pour étudier les effets, sur les propriétés amortissantes, de deux paramètres de modélisation qui sont importants dans la conception de sandwichs viscoélastiques à haut pouvoir amortissement. Le premier est l’orientation des fibres des composites dans la référence du sandwich et le second est l’épaisseur des couches qui lorsqu’elles sont bien définies permettent d’obtenir non seulement des structures sandwichs à haut pouvoir amortissant mais très légères. Les équations fortement non linéaires aux valeurs propres complexes obtenues dans ces formulations sont résolues par la nouvelle méthode de résolution d’équation résiduelle développée. Des comparaisons avec des résultats discrets sont faites ainsi que les temps de calcul pour montrer non seulement l’utilité de ces deux formulations mais également celle de la méthode de résolution d’équations résiduelles non linéaires aux valeurs propres complexes à double dépendance
Modeling and design of composite viscoelastic structures with high damping powerThe aim of this thesis is to develop numerical tools to determine accurately damping properties of composite sandwich structures for the design of lightweight viscoelastic sandwichs structures with high damping power. In a first step, we developed a generic tool implemented in Matlab for determining damping properties in free vibration of viscoelastic sandwich plates with laminate faces composed of multilayers. The advantage of this tool, which is based on a finite element formulation, is its ability to take into account the anisotropy of composite layers, the material non-linearity of the viscoelastic core induiced by the frequency-dependent viscoelastic laws and various boundary conditions . The nonlinear complex eigenvalues problem is solved by coupling homotopy technic, asymptotic numerical method and automatic differentiation. Then for the continuous study of a modeling parameter on damping properties of viscoelastic sandwichs, we proposed a generic method to solve the nonlinear residual complex eigenvalues problem which has in addition to the frequency dependence introduced by the viscoelastic core, a modeling parameter dependence that describes a very specific study interval. This resolution is based on asymptotic numerical method, automatic differentiation, homotopy technique and continuation technic and takes into account various viscoelastic laws. We propose after that, two separate formulations to study effects on the damping properties according to two modeling parameters which are important in the design of high viscoelastic sandwichs with high damping power. The first is laminate fibers orientation in the sandwich reference and the second is layers thickness which when they are well defined allow to obtain not only sandwich structures with high damping power but also very light. The highly nonlinear complex eigenvalues problems obtained in these formulations are solved by the new method of resolution of eigenvalue residual problem with two nonlinearity developed before. Comparisons with discrete results and computation time are made to show the usefulness of these two formulations and of the new method of solving nonlinear complex eigenvalues residual problem of two dependances