Dissertations / Theses: 'Mécanisme d’endommagement'

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Ben, ameur Mariem. "Caractérisation mécanique et suivi par émission acoustique des mécanismes d’endommagement des composites à fibres hybrides lin/carbone." Thesis, Le Mans, 2019. http://www.theses.fr/2019LEMA1039.

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Abstract:

L'utilisation de fibres naturelles comme renfort permet d'améliorer les performances environnementales des matériaux composites ainsi que leurs propriétés d’amortissement. Néanmoins, ces composites à fibres naturelles présentent des performances mécaniques moins intéressantes que celles des composites à fibres synthétiques. Dans ce contexte, cette étude propose d'élaborer des structures composites à renfort hybrides constituées des fibres de lin et de carbone. L’objectif de cette hybridation est de trouver un compromis entre les propriétés mécaniques et dissipatives. Tout d'abord, le comportement en statique des composites à fibres de lin, fibres de carbone et fibres hybrides lin/carbone a été analysé. Les caractéristiques élastiques principales d’ un pli UD en contraintes planes sont ainsi déterminées .Par ailleurs, un suivi et une analyse des mécanismes d'endommagement ont été effectués au moyen de la technique d'émission acoustique associée à des observations microscopiques. Dans un souci de mieux répondre aux besoins industriels, le comportement des composites soumis aux essais de fatigue cyclique doit être étudié. Pour ce faire, le comportement en fatigue de ces matériaux à renforts non-hybrides et hybrides a été analysé sous sollicitations de traction et de flexion trois points. L’ influence de l’ hybridation sur la durée de vie en fatigue de ces composites a été établie. Enfin, une étude expérimentale et une modélisation par élément finis du comportement vibratoire des composites non-hybrides et hybrides ont été réalisées. Ainsi, le rôle des différentes fibres, de l’orientations des fibres, de séquences d’empilement dans l'amortissement en vibrations a été discuté
The use of natural fibers as reinforcement makes it possible to improve the environmental performance of the composite materials as well as their damping properties. Nevertheless, these natural fiber composites have lower mechanical performance than synthetic fiber composites. In this context, this study proposes to develop composite structures with hybrid reinforcement made of flax and carbon fibers. The objective of this hybridization is to find a compromise between the mechanical and dissipative properties. First, the static behavior of flax fiber, carbon fiber and flax/carbon hybrid composites was analyzed. The principal elastic characteristics of a UD ply in plane stresses are thus determined. Moreover, a monitoring and an analysis of the mechanisms of damage were carried out by means of the technique of acoustic emission associated with microscopic observations. In order to better meet industrial needs, the behavior of composites subjected to cyclic fatigue tests must be studied. In fact, the fatigue behavior of these materials with non-hybrid and hybrid reinforcements was analyzed under tensile stress and three-point bending. The influence of hybridization on the fatigue life of these composites has been established. Finally, an experimental study and a finite element modeling of the vibratory behavior of non-hybrid and hybrid composites were carried out. Thus, the role of different fibers, fiber orientations, stacking sequences in vibration damping has been discussed

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Muñoz-Mejia, Luisa. "Étude expérimentale des mécanismes d’endommagement par fatigue dans les élastomères renforcés." Thesis, Lyon 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LYO10235.

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Abstract:

Cette thèse comporte une étude expérimentale sur la dynamique de croissance par fatigue d’une fissure dans un caoutchouc naturel renforcé avec des nanoparticules (silice, noir de carbone). Elle s’inscrit dans un cadre industriel visant à mieux comprendre si l’amélioration des performances apportée par la silice dans les caoutchoucs synthétiques est transposable au caoutchouc naturel qui cristallise sous contrainte. L’objectif est de comprendre comment la rupture en fatigue dépend de la nature du matériau et des paramètres de contrôle de l’expérience. La dynamique de croissance de la fissure est suivie à l’aide d’une caméra optique et une caméra infrarouge permet d’évaluer l’auto-échauffement. La morphologie des faciès de rupture est caractérisée par observation post mortem (MEB, profilométrie optique). L’influence de la température, de la fréquence, de la nature et du taux de charge a été étudiée. Dans tous les cas, la croissance de la fissure devient instable à partir d’un certain niveau de déformation. Cela se traduit sur les courbes de l’énergie de déchirure en fonction de la vitesse de la fissure par l’existence de deux branches distinctes : une branche à vitesse basse où une morphologie de rupture très rugueuse, pouvant présenter des signes de cavitation, est observée ; une branche à haute vitesse où la surface de rupture présente des stries dont la taille croît avec la vitesse. En contraste avec les données de la littérature, nous démontrons qu’il faut au minimum deux cycles de fatigue pour former une strie. Le seuil d’apparition des instabilités et le seuil de rupture catastrophique dépendent de la nature des renforts et des conditions expérimentales
In this thesis, we present an experimental study on fatigue crack growth dynamics in a natural rubber filled with silica or carbon black nanoparticles. This work has been developed in an industrial context aiming to transpose the qualities of silica filler on synthetic rubber to natural rubber, which has a strain induced crystallization behavior. The main research objective is to understand the influence of material and test parameters on fatigue fracture of rubber. Crack growth dynamics is followed by video tracking using optical and thermo-graphic cameras. The later allows us to measure the heating build-up of specimens due to cyclic loading. The morphology of rupture surfaces is characterized by post mortem observation (SEM, optical profilometry). The influence of temperature, frequency, kind of filler and filler rate has been studied. Whatever the compound or test conditions, crack growth becomes unstable starting at a certain strain level. This behavior is clearly visible on the curves of tear energy vs. crack growth rate, where two branches of crack velocity appear. In the low velocity branch, the roughness of rupture surfaces is very important because of cavities formation. In the high velocity branch, the morphology of rupture surfaces is characterized by sawtooth striations; their size increase with velocity. We demonstrate that, in contrast with literature data, at least two fatigue cycles are needed to form one striation. The instability occurrence and catastrophic rupture thresholds depend on filler type and test conditions

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Vincent, Julien. "Étude expérimentale des interactions aube-abradable à très grandes vitesses : influence du matériau et de sa microstructure." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0334.

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Abstract:

Le rendement des turboréacteurs peut être amélioré en minimisant le jeu aube-carter, réduisant ainsi les pertes aérodynamiques. Ces jeux réduits occasionnent des risques de contact entre les aubes en rotation à grande vitesse et le carter moteur. Des matériaux sacrificiels, appelés matériaux abradables, sont alors déposés sur le carter pour limiter les endommagements induits par ces contact. Ces interactions font intervenir un grand nombre de mécanismes d’endommagement bénéfiques ou néfastes au bon fonctionnement du joint abradable et à la fiabilité du moteur. L’objectif de cette thèse est alors de comprendre, prédire et quantifier les différents endommagements et les efforts d’interaction associés pour des matériaux abradables obtenus à l’aide de paramètres procédés différents. Un dynamomètre triaxial a été développé afin de reproduire l’interaction locale entre l’extrémité de l’aube et le matériau abradable à très grande vitesse (50 – 300 m/s) lors de phases transitoires. La mesure d’efforts d’interaction lors de contacts de très courte durée (300 µs – 1 ms) nécessite une bande passante importante. Une méthode de correction basée sur l’analyse modale expérimentale a été mise en œuvre afin d’étendre la bande passante naturelle du dynamomètre et d’atténuer les couplages entre les différentes voies de mesure. Les mécanismes d’endommagements des abradables ont été étudiés à partir d’analyses post-mortem et corrélés aux efforts et vitesse d’interactions
The turbofan efficiency can be improved by minimizing the blade-casing gap, thus reducing the aerodynamic loss. The reduced gap conduces to contact risk between the high-speed rotating blades and the engine case. Sacrificial materials, called abradable materials, are deposited on the casing to limit the damage caused by these contacts. These interactions involve a lot of damage mechanisms, which can be adverse or beneficial to the proper performance of the abradable seal and to the reliability of the engine. The aim of this thesis is to understand, predict and quantify the different damages and the interaction forces associated for abradable materials obtained with different process parameters. A triaxial dynamometer was developed to reproduce the local high-speed interactions (50 – 300 m/s) between the blade tip and the abradable material during transitional phases. The interaction forces measurement during short-lived contacts (300 µs – 1 ms) requires a large bandwidth. A correction method based on experimental modal analysis was implemented to extend the natural bandwidth of the device and attenuate the crosstalk between the different measurement channels. The damage mechanisms of abradable materials were studied by post-mortem analysis and correlated to the interaction forces and velocity

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Chantereau, Pierre. "Caractérisation biomécanique et modélisation histologique des mécanismes de vieillissement et d’endommagement du système pelvien." Thesis, Lille 2, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL2S017/document.

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Abstract:

Le système pelvien féminin est un système complexe jouant un rôle primordial dans la miction, la défécation et la reproduction. Il comprend de nombreux organes, muscles et ligaments tous interconnectés. Malheureusement le système pelvien peut subir de nombreuses pathologies l’une d’entre elle étant le prolapsus, ou la descente d’organe, se définissant comme déplacement anormal d’un ou plusieurs organes génitaux. Le prolapsus est une pathologie très répandue au sein de la population féminine. 1 femme sur 3 serait concernée, 1 sur 10 subissant un traitement chirurgical au cours de sa vie. Cette pathologie a d’importantes conséquences sur la qualité de vie des patientes. Son traitement se fait principalement par voie chirurgicale, mais de gros progrès doivent être faits dans ce domaine. En effet, les taux de récidive post-traitement peuvent atteindre des valeurs de 60% dans la littérature.Malgré la nécessité d’une amélioration des techniques chirurgicales celle-ci ne pourra avoir lieu sans une meilleure compréhension du comportement mécanique global de cette région très complexe et encore assez mal connue. Une connaissance approfondie de la mobilité du système pelvien sain par rapport au pathologique permettrait le développement de nouvelles techniques plus à même de soigner efficacement les patientes.Malgré de nombreuses études, un manque de compréhension mécanique est à noter. En effet très peu de données provenant de patientes jeunes et saines sont disponibles. De plus la plupart des tests réalisés sont des tests de tractions uniaxiales, qui sont par essence limités. Un manque cruel de relation entre les modèles phénoménologiques et cliniques est également à regretter.Dans ce travail nous avons donc réalisés des tests uniaxiaux sur différents tissus de cadavres jeunes (<40 ans). Cela nous a permis de prouver l’hyper-élasticité et la grande déformabilité des tissus pelviens jeunes et de mieux comprendre les phénomènes de vieillissement et d’endommagements de ces tissus en les comparants aux nombreuses données de la littérature. Nous avons ainsi pu monter que les ligaments et le vagin subissaient un vieillissement de nature différente à la vessie et au rectum. Ce vieillissement que nous avons nommé « traumatique » entraine un allongement et un raidissement non réversible des tissus à niveau en rien comparable à un vieillissement « naturel ».Notre étude mécanique s’est également élargie en testant les accolements entre organes (vésico-vaginal et recto-vaginal) en les soumettant à une contrainte de cisaillement. Ce genre de tests est, à notre connaissance, une première pour les tissus mous biologiques. Nous avons ainsi pu montrer que le comportement mécanique de ces accolements était linéaire pour les petites déformations et bien que de rigidité faible par rapport aux tissus eux même, tout de même à prendre en compte dans de prochains modèle.Suite à cette étude purement mécanique nous avons tenté de mettre nos modèles phénoménologiques, dur d’accès aux professionnels de la santé, en relation avec des modèles cliniques, histologiques dans ce cas précis. Nous avons donc réalisé un modèle histologiquement fondée du comportement mécanique des tissus pelviens, mettant en relation les taux d’élastine et de collagène d’un tissu à son comportement mécanique. A l’aide de ce modèle, inspiré de la physique des élastomères à plusieurs phases, nous avons pu corréler les taux d’élastine et de collagène d’un tissu à sa rigidité et ainsi rendre plus accessible un modèle complexe.Nous avons ensuite voulu faire le bilan de nos connaissances sur la compréhension des prolapsus et dans quelle mesure notre étude nous a permis de l’approfondir. Nous nous sommes évidemment concentrés sur les modes d’endommagements et leurs conséquences d’un point de vue mécanique et histologique. Dans un but de clarté nous avons traités d’exemples précis afin d’illustrer nos propos, comme le vieillissement, l’accouchement par voie basse ou la cystocèle
The pelvic floor is a complex anatomical system involved in urination, defecation and reproduction. It is composed of several organs, muscles and ligaments, all interconnected. Unfortunately the pelvic floor can suffer from several pathologies like prolapses. Prolapses are defined as an abnormal displacement of one or more pelvic organs. Prolapses are widespread in the woman population. One woman out of three would be affected, one out of ten undergoing a surgical treatment in her life. This pathology has tremendous consequences on the patient quality of life. Its treatment is mainly surgical, but big improvements are needed. Indeed, the recurrence rate could reach up to 60% in the literature.The improvement of surgical technics will only be possible with a better global mechanical understanding of the pelvic floor. A deep understanding of the healthy pelvic floor mobility compared to the pathological would allow for the development of technics to better treat patients.Even though several studies have been done, a lack of mechanical understanding is to be noted. Indeed very few data coming from healthy young patients are available. Moreover most tests are uniaxial testing, which are by essence quite limited. A lack of relationship between phenomenological and clinical models is also to be noted.Within our study we have then realized uniaxial testing of different tissues from young cadavers (<40 years old). That allowed us to prove the hyper-elasticity and the great deformability of young pelvic tissues. It also helped us to better understand the ageing and damaging processes of those tissues by comparing them to data available in the literature. We could should that the ligaments and the vagina undergo a different ageing process than the rectum and the bladder. That ageing that we defined as “traumatic” induces much stronger non-reversible stretching and stiffening of the tissues than a “natural” ageing.Our mechanical study broadened up by looking at bindings between organs (vesico-vaginal and recto-vaginal). Those bindings have been, for the first time to our knowledge, under shear conditions. We could then show that those binding have a linear mechanical behavior for small displacements and that their stiffness even though limited should be taken into account in numerical models.Following that purely mechanical study we tried to accommodate our models to a public of medical professionals, by linking our phenomenological models to clinical ones, histological in that case. We then realized a histologically based model of the mechanical behavior of pelvic tissues, linking the rate of collagen and elastin of a tissue to its mechanical behavior. Thanks to that model, inspired by the physics of polymers we could correlate the collagen and elastin rates of a tissue to its rigidity and therefore make a complex model more accessible.We then gathered our knowledge on the understanding of prolapses and observed how our study could deepen it. We focused on the ageing and damaging processes and their consequences from a mechanical and histological point of view. To help the understanding we looked at precise examples like ageing, vaginal delivery or cystocele

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Glanowski, Thomas. "Compréhension et modélisation des mécanismes élémentaires d’endommagement en fatigue d’élastomères renforcés au noir de carbone." Thesis, Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne, 2019. http://www.theses.fr/2019ENTA0009.

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Abstract:

Les propriétés en fatigue d’élastomères renforcés au noir de carbone sont fortement conditionnées par leurs populations d’inclusions, qui sont générées par une formulation complexe et les étapes successives du procédé de fabrication (mélangeage, injection et réticulation). L’optimisation de ces propriétés implique d’abord être capable de décrire les caractéristiques statistiques de ces populations d’inclusions en termes de nature, taille, géométrie, orientation et dispersion spatiale. Ensuite, une compréhension fine des mécanismes de ruine est requise afin de définir la criticité des inclusions en terme de tenue mécanique en fonction de leurs caractéristiques, en particulier sous chargement cyclique. Cette étude présente d’abord les outils développés, qui reposent sur une analyse fine de données de micro-tomographies aux rayons X. Les résultats obtenus sur les populations d’inclusions et l’endommagement induit par ces dernières permettent de dégager le potentiel de ces outils et leurs limites actuelles, pour les matériaux considérés. L’existence d’inclusions atypiques, qui n’avaient jusque-là jamais été recensées dans la littérature, a ainsi pu être découverte. Le mécanisme de cavitation apparaît être le plus critique vis-à-vis de la fatigue puisqu’il semble mener à des micro-fissures se propageant dans la matrice. Une comparaison de la criticité des paramètres des inclusions vis-à-vis d’un critère en cavitation est réalisée graçe à une analyse paramétrique par éléments finis. Enfin, des mesures thermographiques à l’échelle des inclusions illustrent les investiguations complémentaires nécessaires à une meilleure compréhension des mécanismes d’endommagement à cette échelle
The fatigue properties of carbon black filled elastomers are strongly related to the inclusions’ population, induced by complex recipes and the successive stages of the manufacturing process (mixing, injection and curing). The improvement of these properties involves at first an ability to describe the statistical features of these inclusions’ population in terms of nature, size, geometry, orientation and spatial distribution. Then, a detailed understanding of the damage mechanisms is required in order to define the mechanical criticality of inclusions according to their characteristics under cyclic loading. This study presents at first the tools developed, based on a detailed analysis of X-ray micro-tomography data. The obtained results on the inclusion’s populations and the damage induced allow highlighting the potential of these tools and their current limits for the studied materials. Atypical inclusions, unknown in the litterature, has been discovered. The cavitation mechanism appears to be the most critical regarding fatigue because it leads to micro-cracks that propagate in the matrix. A comparison of the criticality of the inclusions’ parameters regarding a cavitation criterion is carried out with a parametric study using finite elements simulations. Finally, thermographic measurements at the inclusions’s scale show the additional investiguations needed for a better understanding of the damage mechanisms at this scale

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Thieulin, Coralie. "Caractérisation des mécanismes d’endommagement du stratum corneum induit par le frottement répété de papiers en cellulose." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEE001/document.

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Abstract:

Loin d’être une simple enveloppe pour notre corps, la peau constitue une frontière mécanique, physique, chimique et immunologique d’une remarquable efficacité. Cette fonction est en grande partie assurée par la couche la plus superficielle de la peau, appelée stratum corneum. Néanmoins, dans la vie de tous les jours, le frottement répété de la peau contre des surfaces textiles peut engendrer l’apparition de sensations d’inconfort et d’irritation cutanée. En particulier, en période de rhume, les frottements à répétitions des mouchoirs en papier sur le nez fragilisent la peau et peuvent provoquer des irritations parfois douloureuses. Ce travail vise à répondre aux attentes des consommateurs en termes de confort à l’usage des papiers en cellulose. Pour cela, l’étude a été décomposée en deux grands axes. Actuellement, le confort à l’usage est évalué par des panels sensoriels couteux, chronophages et surtout subjectifs. La première partie a donc été dédiée à l’objectivation des qualités tactiles des papiers en cellulose grâce au développement d’un dispositif expérimental. La seconde s’est intéressée à l’interaction entre la peau et les papiers, et au potentiel effet « irritant » lors du frottement répété. Cette étude a été menée sur un panel de volontaires in vivo et avait pour but de trouver une méthode capable de reproduire le frottement répété de papiers en cellulose en laboratoire, dans un temps limité et avec des paramètres de frottement bien contrôlés. Dans le but de quantifier la qualité sensorielle des papiers en cellulose, nous avons développé un système de doigt artificiel capable de mimer le comportement du doigt humain. Ce dispositif permet de mesurer le coefficient de frottement à l’interface doigt/papier et les vibrations générées lors du toucher. D’une part, nos résultats ont montré que les vibrations générées étaient un bon indicateur de la douceur du papier en cellulose. D’autre part, nous avons démontré que le coefficient de frottement était relié à la pilosité surfacique du papier. Ces résultats majeurs nous ont permis d’avoir une méthode quantitative de la qualité tactile des papiers. Il s’agit d’une méthode simple, rapide et reproductible qui a tout son intérêt pour l’industrie papetière qui, jusque-là utilisait des panels sensoriels onéreux et chronophage pour évaluer la qualité sensorielle de ses papiers. Dans une seconde grande partie, nous avons étudié l’irritation cutanée induite par le frottement de papiers en cellulose de différentes douceurs sur un panel de 59 volontaires. Cette partie a nécessité le développement de deux dispositifs expérimentaux. Tout d’abord, un biotribomètre rotatif a été développé pour reproduire le frottement répété de papier contre la peau. L’avantage de ce dispositif est qu’il permet de contrôler les paramètres de frottement (force normale appliquée sur la peau, vitesse de frottement et durée du test). Pour évaluer les réactions cutanées et l’endommagement du stratum corneum, nous avons développé un système d’indentation sans contact capable de mesurer les propriétés mécaniques de la peau. Les résultats ont montré que l’irritation de la peau induite par le frottement répété de papier était plus importante pour des papiers moins doux. Cette irritation est visible à travers une augmentation de la perte insensible en eau de la peau, de la rougeur et du flux sanguin et une diminution de ses propriétés mécaniques
Far from being a mere envelope around our bodies, the skin forms a mechanical, physical, chemical and immunological barrier. This protective task falls in large part in the outermost layer, the stratum corneum. However, in our daily lives, the repeated friction of cellulose tissues against the skin surface may induce discomfort feelings and cutaneous reactions. In particular, during colds, the repeated friction of tissues could compromise the skin around the nose and induce painful irritation. This work is about meeting consumer needs in terms of softness and user comfort of cellulose tissues. To this end, the study was decomposed into two main parts. The first part was devoted to the quantification of the tactile quality of the tissues. The second one was interested in the skin/tissue interaction and the potential irritant effect during the repeated friction. In order to quantify the sensorial quality of tissues, we developed an artificial finger that mimics the human touch. This device enables the measurement of the friction coefficient of the tissue against the skin surface, and the evaluation of the generated vibrations. On one hand, the results showed that the vibrations were a good indicator of the softness of a tissue. In another hand, we showed that the friction coefficient was related to the surface texture of the tissue. These key results allowed us to have a rapid, simple and reproducible method to evaluate the tactile quality of a tissue. This method is very useful for the paper industry which was previously using expensive and time-consuming sensorial panels. In the second part of the thesis, we studied the cutaneous reactions induced by the repeated friction of tissues with different softnesses. This study was performed in vivo, on 59 volunteers of the laboratory. Two innovative devices were developed. First, an in vivo rotary tribometer was developed to reproduce the repeated friction of the tissue onto the skin. The advantage of this device is the full control of the friction parameters such as the applied normal force, the sliding velocity and the duration of the test. In order to evaluate the cutaneous reactions, we developed a contactless indentation device which is able to measure the mechanical properties of the skin. The results showed that the cutaneous reactions were higher when the paper was unsoft. The cutaneous irritation was visible through the increase of the trans-epidermal water loss, the redness and the blood flow of the skin and through the decrease of its mechanical properties. Beyond the findings, during the thesis, we developed new innovative and effective methods to characterise the tactile quality of tissues and evaluate the cutaneous reactions induced by the repeated friction of them on the skin

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Hamdane, Ouadie. "Etude des mécanismes de plasticité et d’endommagement de l’acier martensitique T91 en présence de sodium liquide." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10113/document.

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Abstract:

L’acier martensitique T91 est un matériau de structure candidat pour les futurs réacteurs nucléaires de quatrième génération à neutrons rapides, où il sera soumis à des contraintes mécaniques en présence de sodium liquide. Cette étude présente une estimation qualitative et quantitative de la sensibilité de l’acier T91 envers le phénomène de fragilisation par le sodium liquide. L’effet du sodium sur l’acier T91 a été étudié et quantifié en fonction de la température et de la vitesse de déformation, à partir d’essais Small Punch Test et d’essais de flexion. Les essais mécaniques en milieu sodium sont effectués dans une cellule en plexiglas, dont l’atmosphère (oxygène et humidité) est sévèrement purifiée et contrôlée.La présence de sodium accélère la rupture de l’acier T91 à 200 °C, sans modifier son caractère ductile. En revanche, une pré-immersion de l’acier T91 dans le sodium permet de dissoudre la couche protectrice d’oxyde de chrome et d’obtenir un contact intime entre l’acier et le sodium liquide. De plus, elle génère des défauts de surfaces qui provoquent une fragilisation partielle par le sodium. Le durcissement de l’acier T91 par traitement thermique déclenche une fragilisation de l’acier en présence de sodium, avec et sans pré-immersion. La rupture de l’acier durci s’effectue alors par décohésion intergranulaire, correspondant à l’amorçage des fissures, suivie d’un clivage, correspondant à l’étape de propagation de ces fissures. Le mécanisme d’endommagement de l’acier T91 durci consiste à la pénétration intergranulaire par adsorption du sodium, favorisée par les précipités intra-lattes, par la ségrégation intergranulaire du phosphore, et par la déformation plastique
The T91 martensitic steel is designed to constitute structural material of future sodium fast reactors of fourth generation, where it will be subjected to stresses in presence of liquid sodium. This study presents a qualitative and quantitative estimate of the sensitivity of T91 steel towards the phenomenon of liquid metal embrittlement. The effect of liquid sodium on T91 steel was studied and quantified according to the temperature and strain rate, by using a set-up of Small Punch Test, three and four bending test, developed in laboratory. Mechanical tests in sodium environment are carried out inside a Plexiglas cell, conceived and developed at the laboratory. The atmosphere inside this cell is severely purified and controlled. The presence of sodium accelerates T91 steel fracture at low temperature, without modifying its ductile character. The T91 pre-immersion in sodium makes it possible to dissolve the protective layer of chromium oxide, and to obtain an intimate contact with the molten metal. However, pre-immersion generates a surface defects which cause a partial embrittlement by sodium. The hardening of T91 steel by heat treatment with a tempering temperature of 550 °C causes a total embrittlement of steel in presence of sodium, with and without pre-immersion. The hardened steel fracture takes then place by intergranular separation, corresponding to the crack initiation, followed by a cleavage, corresponding at the stage of propagation of these cracks. The mechanism suggested in this study is based on the intergranular penetration of sodium, supported by the presence of segregated impurities such phosphorus, and by the plastic straining

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Chastand, Victor. "Etude du comportement mécanique et des mécanismes d'endommagement de pièces métalliques réalisées par fabrication additive." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2016. http://www.theses.fr/2016ECLI0012/document.

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Abstract:

La fabrication additive est un procédé offrant de nouvelles opportunités aux industriels pour fabriquer des pièces complexes, sans outillage spécifique et en optimisant la matière utilisée.Cette thèse présente les propriétés mécaniques de pièces réalisées par fabrication additive et l’analyse des mécanismes d’endommagement associés, en ayant comme référence les propriétés mécaniques des procédés de fonderie et de corroyage. Ce type d’analyse est indispensable pour l’industrialisation du procédé.Les propriétés en traction et en fatigue, sur des éprouvettes en titane Ti-6Al-4V et en aluminium AlSi7Mg0,6, ont été mesurées. Les effets du procédé de fabrication, de la direction de fabrication, du post-usinage et des post-traitements thermiques ont été comparés. Les propriétés sont au moins au niveau de la fonderie.Ces résultats ont été analysés en corrélation avec les microstructures et les faciès de rupture, afin de dégager des mécanismes d’endommagement. Les critères permettant de mesurer la criticité des défauts ont été définis.Certaines de ces hypothèses ont pu être vérifiées grâce à des essais de traction in situ au micro tomographe
Additive manufacturing offers new opportunities for industries to manufacture complex parts with no additional tooling and better optimization of the material used.This thesis is about the analysis of the mechanical properties and the damaging mechanisms of parts produced by additive manufacturing, using mechanical properties of casted and wrought parts as reference. This type of analysis is necessary in order to industrialize the process.The tensile and fatigue properties on Titanium Ti-6Al-4V and Aluminium AlSi7Mg0,6 were measured. The effects of the process, the manufacturing direction, the post-machining and the post-heat treatments were compared. Properties are at least at the level of casting.A correlation of these results with microstructures and fracture surfaces was made in order to extract the damaging mechanisms. A method to measure the criticity of the defects in a part was defined. Some of these hypotheses were verified using microtomographic in situ tensile tests

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Charvet, Agathe. "Étude des propriétés mécaniques et des mécanismes d’endommagement dans un polymère bio-source : l’acétate de cellulose plastifié." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1032/document.

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Abstract:

L'acétate de cellulose (CA) est un bio-polymère issu de la cellulose du bois. Sa température de dégradation (dont le degré de substitution 2,5 est développé et commercialisé par le Groupe Solvay) étant très proche de sa température de fusion, son procédé de mise en oeuvre par voie fondue ne peut être envisagé qu'avec l'ajout d'une quantité importante de plastifiant externe (entre 15 et 30% en poids). Le polymère plastifié obtenu est classé parmi les thermoplastiques amorphes et ses propriétés sont régies par un «réseau» de très fortes interactions polaires. La plastification de l'acétate de cellulose à fait l'objet de nombreux travaux nous permettant de nous concentrer in fine sur deux plastifiants: la triacétine (TA), un plastifiant biosourcé fréquemment utilisé dans l'acétate de cellulose et le Diethyl Phthalate (DEP) qui est le plastifiant historique de l'acétate de cellulose et constitue une référence. Les propriétés mécaniques de l'acétate de cellulose plastifié obtenu par voie fondue étant peu étudiées dans la littérature, nous avons dans un premier temps évalué le comportement en traction et l'influence de différents paramètres tels que le taux et le choix du plastifiant mais également l'influence du procédé d'injection sur ces propriétés. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'apparition d'un régime de durcissement plastique (strain hardening en anglais) dès 8% de déformation sous certaines conditions. Il apparaît que le choix du plastifiant, la température d'analyse et la pré-orientation macroscopique des chaînes influencent significativement ce régime. Le durcissement plastique a déjà été observé dans d'autre polymères amorphes tels que le polycarbonate (PC) ou le poly(méthyle methacrylate) (PMMA) qui sont classés parmi les polymères amorphes dit « ductiles ». L'origine de ce régime est encore peu connue et suscite de nombreux débats, cependant il semblerait qu'il stabilise la déformation en évitant la localisation de l'endommagement et serait donc un paramètre clé pour l'amélioration de la ductilité de ces polymères. Afin de mieux comprendre cette ductilité nous avons réalisé des observations par microscopie électronique à balayage en transmission (STEM) ainsi que par diffusion des rayons X aux très petits angles (USAXS). Grâce à ces caractérisations nous avons pu décrire les micro-mécanismes d'endommagement sous traction de nos polymères depuis l'échelle macroscopique jusqu'à l'échelle nanométrique et ainsi décrire précisément les micro-mécanismes liés à l'initiation et la propagation de l'endommagement. Par ces analyses nous mettons en évidence la nucléation simultanée de craquelures nanométriques autour des défauts préexistants (liés au processus de mise en oeuvre). Ces craquelures vont ensuite croitre de façon très limitée jusqu'à atteindre la centaine de micron. Cependant lorsque la contrainte appliquée devient suffisamment élevée, une petite portion de ces craquelures vont se mettre à croitre plus rapidement jusqu'à entrainer la rupture de l'échantillon. Avec le DEP la cinétique de croissance est très rapide, entrainant une rupture brutale de l'échantillon dès qu'une craquelure atteint une dimension critique. Avec la TA néanmoins cette vitesse est plus lente, ce qui permet d'observer l'évolution d'une deuxième famille de craquelures. Ces travaux proposent un nouveau mécanisme d'endommagement dans l'acétate de cellulose plastifié basé sur des résultats expérimentaux et un modèle physique permettant une meilleure compréhension de la ductilité dans ces polymères
Cellulose acetate (CA) is a bio based polymer. Melt processing of cellulose based thermoplastic polymers is a real challenge. One problem is the existence of a narrow window between the melting point and the degradation temperatures for cellulose acetate with a substitution degree (DS) around 2.45 (which is developed and commercialized by Rhodia Acetow). As a consequence, its processing can only be considered with a sufficient amount of externalplasticizer (between 15 and 30% by weight). The corresponding polymer/plasticizer blends areamorphous and their mechanical properties are mainly governed by the presence of a high volume fraction of strong hydrogen bonds. The plasticization of cellulose acetate has been thesubject of many studies allowing us to focus on two plasticizers: triacetin (TA), an eco-friendlyplasticizer frequently used for cellulose acetate and diethyl phthalate (DEP) which is the historicplasticizer of cellulose acetate which constitutes a reference for this work as it is usually the case in the literature. Few studies have been published regarding the mechanical properties of bulk cellulose acetate (prepared via injection molding). It is described that they are comparable to those of PS or poly(methyl methacrylate) (PMMA) and have proven to be particularly interesting. Cellulose acetate based materials usually display a high Young modulus. But its small deformation at break limits its potential for new applications. The objectives of this thesis are to deeply understand the mechanical properties and damage mechanisms of bulk plasticized cellulose acetate polymers. For this purpose we first analyzed the tensile behavior and the influence of various parameters such as nature and content of the plasticizer, but also the influence of the injection process. We have thus been able to highlight the appearance of a strain hardening regime from 8% of deformation under certain conditions. It appears that the choice of the plasticizer, the temperature of the experiment and the macroscopic pre-orientation of the chains significantly influence this regime. Strain hardening has already been observed in other amorphous polymers such as polycarbonate (PC) or poly (methyl methacrylate) (PMMA) which are classified as amorphous polymers called "ductile". The origin of this regime is still undeveloped and much debated, however it appears that it stabilizes the deformation by avoiding the localization of damage and is therefore a key parameter for improving the ductility of these polymers. In order to better understand this ductility, we have made some analysis by Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) as well as Ultra Small Angles X-ray Scattering (USAXS). Thanks to these characterizations we have been able to describe the micromechanisms of damage from macro to nano-scales and thus precisely describe the micromechanisms related to initiation and propagation of damage. By these analyzes we highlight the simultaneous nucleation of nano crazes around pre-existing defects (related to the injection process). These crazes grow slowly until reaching the hundred microns. However, when the applied stress becomes sufficiently high, a small portion of these crazes starts to grow faster until the failure of the sample. With DEP the kinetics of growth is very fast, causing a brittle failure of the sample. With TA this growth is slower, which makes it possible to observe the evolution of the larger crazes. This work proposes a new mechanism of damage in plasticized cellulose acetate based on experimental results and physical interpretations

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Martin, François. "Apport des lois d’endommagement continues pour la conception des ouvrages souterrains et la hiérarchisation des comportements rocheux." Cachan, Ecole normale supérieure, 2007. http://www.theses.fr/2007DENS0022.

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Abstract:

Le travail de thèse propose une nouvelle approche du dimensionnement courant des tunnels. Par le biais d'une double démarchehiérarchique, en terme de méthode de calcul d'une part et en terme de loi de comportement d'autre part, différentes lois d'endommagement sont proposées afin de mieux comprendre la mécanique du creusement-soutènement
The work proposed in this thesis provides a new approach of the current design for tunnels. By the means of a double hierarchic way, in terms of computation method on the one hand and term of constitutive law on the other hand, various damage laws are exposed in order to better understand the excavation-support mechanics

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Bracquart, Benoît. "Etude des interactions défaut géométrique / microstructure dans les mécanismes d’endommagement en fatigue à grand nombre de cycles d’alliages métalliques." Thesis, Angers, 2018. http://www.theses.fr/2018ANGE0009.

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Abstract:

L'objectif de ces travaux est d'étudier l'influence de la microstructure et de défauts géométriques de surface sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) d'un aluminium polycristallin de pureté commerciale. Ils s'appuient sur une campagne expérimentale de fatigue et des simulations numériques par la Méthode des Éléments Finis (MEF), afin de mieux appréhender les paramètres microstructuraux gouvernant l'amorçage de fissure aux défauts. Pour cela, les deux dimensions caractéristiques (grains et défaut) sont faites varier. Des traitements thermomécaniques sont mis ainsi en place pour contrôler la taille de grains, avant une caractérisation du comportement monotone et cyclique. Par la suite, des essais de FGNC uni-axiaux en traction-compression alternée sur éprouvettes avec défauts sont effectués, soit avec suivi de fissure de surface in-situ, soit avec étude de l'amorçage de fissure en fond de défaut après cyclage. Les résultats sont par la suite analysés afin de déterminer l'influence des différentes dimensions caractéristiques, ainsi que de l'orientation cristalline, via une campagne EBSD. Des simulations cycliques utilisant la MEF sont ensuite réalisées pour déterminer finement les champs mécaniques locaux. Ainsi, des maillages d'agrégats polycristallins 3D représentatifs des configurations expérimentales sont mis en place. Une loi de comportement de plasticité cristalline à gradient est utilisée afin de traduire le glissement plastique à l'échelle des systèmes de glissement et des effets de taille de grains. La répartition d'un indicateur de fatigue dans les différentes configurations est étudiée, afin de compléter les résultats expérimentaux
The aim of this study is to analyze the influence of microstructure and geometrical surface defects on the high cycle fatigue (HCF) behavior of acommercial purity polycrystalline aluminium. This work relies on an experimental test programme and numerical Finite Element (FE) simulations, in order to better understand microstructural parameters governing crack initiation at defects. To this end, both caracteristic dimensions (grains and defect) are varied. Thermomechanical treatments are set up to control the grain size, and obtained microstructures are caracterized monotonically and cyclically. Then, uniaxial fully reversed tension-compression HCF tests are carried out on specimens with defects, either with an in-situ surface crack monitoring, or a study of the crack initiation at the defect root after cycling. Results are then analyzed in order to determine the influence of different characteristic lengths, as well as crystalline orientation, via EBSD maps. Numerical FE simulations are then carried out to detetermine precisely local mechanical fields. To this end, polycrystalline aggregates 3D meshes representative of experimental configurations are set up. A crystal plasticity constitutive model with gradient is used in order to reproduce the plastic slip at the glide system scale, and the grain size effect. The distribution of afatigue indicator parameter in the different configurations is studied, in order to complement experimental results

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Boungou-Tsoumou, Darcy Yannick Joseph. "Apport de la cyclostationnarité de signaux mécaniques au diagnostic d’endommagement par fatigue et à l’enrichissement de données fournies par des approches fiabilistes." Ecole nationale d'ingénieurs (Saint-Etienne), 2013. http://www.theses.fr/2013ENISE022.

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Abstract:

Dans cette thèse, le second ordre de cyclostationnarité est mis en avant pour détecter et diagnostiquer les dommages de fatigue d'un matériau soumis à la fatigue oligocyclique ( LCF ). En effet, la LCF est définie par des cycles répétitifs à des contraintes faibles et des périodes courtes. La réponse vibratoire d’un matériau soumis au LCF contient des informations liées à la sollicitation et à l'endommagement par fatigue. Nous avons de ce fait réalisé des expérimentations dont la première porte sur une poutre en porte à faux, dans laquelle, nous supposons que sous la sollicitation, l’ouverture et la fermeture des fissures génère une non-linéarité de la rigidité de la matière et celle-ci diminue avec le dommage. Nous utilisons ainsi le second ordre de la cyclostationnarité afin de révéler cette non-linéarité et nous montrons que la fatigue a une contribution aléatoire dans la vibration de la poutre, et celle-ci augmente avec l’endommagement. Dans la deuxième expérimentation, nous utilisons un signal de codeur optique (signal de vitesse) pour diagnostiquer l'état de l'endommagement par fatigue d'un arbre en rotation soumis à la torsion. En effet, le signal de codeur optique donne la position angulaire de l’arbre, et permet d'estimer la fréquence instantanée de celle-ci. Cette fréquence instantanée permet de diagnostiquer avec plus de précision l'état des composants cinématiques du système mécanique (roulements, engrenages. . . ). Ainsi, après un passage en revu des techniques d'estimation de la fréquence instantanée, nous utilisons la cyclostationnarité dans la détection et la mesure de l'angle de torsion d'un arbre en rotation. En effet, l’instrumentation d'un codeur optique est exploité afin d’extraire du signal de vitesse la phase relativement à la torsion. Un modèle mathématique est proposé, simulé et appliqué sur des signaux de réels
In this thesis, the second-order of cyclostationnarity is put forward to detect and diagnose the fatigue damage of a material subjected to low cycle fatigue (LCF). Indeed, the LCF is defined by repetitive cyclic in a low stress and a short period. The vibration response of material subjected to LCF provide information linked to the solicitation and to the fatigue damage. So, we carried out two experimentations. The fisrt about a cantilever beam with breathing cracks, we assume that under the solicitation, breathing cracks generates a non-linearity in the stiffness of the material and this one decreases with the damage. We use the second-order of the cyclostationarity to reveal this non-linearity and show that the fatigue provide a random component in the signal which increases with the fatigue damage. The second study , we use an optical encoder signal to diagnose the state of fatigue damage of a rotating shaft submitted to the twisting. Indeed, the optical encoder signal gives the angular position of the shaft, and allows to estimate the instantaneous frequency of the shaft. This instantaneous frequency allows to diagnose with more precision the state of cinematic components of the mechanical system (bearings, gearing. . . ). So, after a brief mention of the estimation techniques of the instantaneous frequency, we suggest a new way to detect and measure the torsional angle of a shaft in rotating in the framework of fatigue damage by means of cyclostationarity. We use the instrumentation of an optical encoder and we extract, from the signal provided, the phase relatively to the twist. The mathematical model is simulated and applied on reals signals

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Geng, Xuan. "Failure mechanisms of weak adhesion optical coatings under sliding contac." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066447.

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Abstract:

Dans cette thèse, les mécanismes d’endommagement du verre revêtu sous contact glissant ont été étudiés à l’aide d’essais microscratch in situ. Dans un premier temps, la fissuration du verre revêtu d’une monocouche de Si3N4 a été comparée à la résistance à la rayure du verre nu. Les résultats sont discutés en termes de friction et de différence de module entre le revêtement et le substrat. Ensuite, un système bicouches Si3N4/Ag a été étudié. L'impact de l'épaisseur du revêtement sur l’amorçage d’une rayure a été étudié expérimentalement et numériquement. Enfin, un empilement multicouches modèle, constitué de couches de nitrure/oxyde et d'argent d'environ 100nm d'épaisseur, a été étudié. Les résultats montrent que l’amorçage de la rayure et la propagation stationnaire résultent de deux mécanismes très différents. Les propriétés interfaciales (coefficient de frottement et énergie d’adhésion) ont été mesurées et leur impact sur le mécanisme d’amorçage d’une rayure a été évalué par des analyses en éléments finis.

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Abisset, Emmanuelle. "Un mésomodèle d’endommagement des composites stratifiés pour le virtual testing : identification et validation." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2012. http://www.theses.fr/2012DENS0035/document.

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Abstract:

Afin de fiabiliser la démarche de conception par simulation numérique des structures en composites stratifiés, l’industrie a besoin de modèles matériau dédiés pertinents et de code de calcul robustes. L’objectif de ce travail est de répondre à une partie de ces besoins : valider un mésomodèle d’endommagement des stratifiés, celui développé au LMT Cachan, pour le virtual testing. Une démarche de validation est proposée, basée sur le suivi de l’évolution des mécanismes de dégradation dans le matériau jusqu’à la rupture de l’éprouvette. Elle est ensuite appliquée au modèle sur des essais de tractions sur plaques trouées et d’indentation statique, avec études des effets d’échelle. Le premier cas test montre la capacité du modèle à reproduire le changement de mode de rupture, d’une rupture dominée par la rupture des fibres à celle dominée par le délaminage, mais souligne aussi une certaine faiblesse pour la représentation des zones d’endommagement localisées (splits). Une étude complémentaire, axée sur les mécanismes de fissuration transverse, de délaminage et de leur couplage, permet de corriger en partie le modèle et d’améliorer la compréhension du rôle de ces mécanismes dans la rupture des structures. Pour l’étude de l’indentation, une campagne expérimentale complète est construite et réalisée en collaboration avec le laboratoire ACCIS de Bristol. Elle met en évidence des évolutions de l’endommagement différentes selon l’épaisseur de la plaque, principalement en terme de délaminage. Les premières simulations réalisées montrent une capacité relative du modèle à reproduire l’apparition des dégradations mais aussi des limites numériques du code éléments finis utilisés
In order to provide reliable numerical simulations for the design of composite structures, both accurate, physically based material models and high performance numerical codes are necessary. The aim of this thesis is to validate one of these models: the LMT damage mesomodel for laminated composites. A new validation process, based on the evolution of the degradation mechanisms in the material up to failure, is defined. This approach is then applied on two chosen test cases: open-hole tensile tests and static indentation tests, focusing on the scaling effects. The first test case highlights the model capabilities to mirror the failure mode change with ply thickness: from a fiber breaking dominated failure to a delamination dominated one. Nevertheless, it also underlines one of the model weaknesses: the bad representation of localised damage such as splits. A study of the transverse cracking, the delamination and their interaction allow to improve the capabilities of the model and to understand in depth the role of these mechanisms in the structure failure. Concerning the static indentation, a complete experimental campaign was built and performed in collaboration with the ACCIS laboratory in Bristol. It brings out different damage evolution depending on plate thickness that can be used to validate the model. The first simulations performed show that the model does not manage to mirror all the experimental observations, and underline numerical limitations of the finite elements code used

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Bettamer, Awad. "Prédiction de la fracture osseuse du col du fémur : modélisation par éléments finis basée sur la mécanique d’endommagement et validation expérimentale." Thesis, Orléans, 2013. http://www.theses.fr/2013ORLE2045/document.

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Abstract:

Les fractures causées par l'ostéoporose de l’extrémité supérieure du fémur sont devenues un problème majeur de santé publique. Par conséquent, ce sujet devient un axe de recherche de plus en plus important pour les cliniciens et les chercheurs biomédicaux. Le but de cette étude est de développer une nouvelle approche pour prédire la fracture du col du fémur. Cette étude propose de développer et valider des modèles par éléments finis (EF) en 2D et 3D, basés sur le concept de l’endommagement mécanique des milieux continus, permettant de simuler la fracture de la partie proximale du fémur en tenant compte de l’initiation progressive de fissures et leur progression. Deux configurations ont été utilisées: appui monopodal et chute. L’ensemble des lois de comportements quasi fragile couplées à une loi d’endommagement sont implémentées en langage FORTRAN dans ABAQUS/Standard (sous-programme de type UMAT). La densité minérale osseuse (BMD) a été mesurée par l’absorptiométrie à rayon X en double énergie DXA pour la région d'intérêt. Les modèles ont été développés dans deux variantes (l’une isotrope et l’autre orthotrope) puis validés avec des résultats expérimentaux obtenus sur des essais en appui monopodale réalisés sur des fémurs humain. Durant ces essais, des mesures optiques basées sur la méthode de corrélation d'images numériques (DIC) ont été réalisées afin d’acquérir les différents champs de déplacement et de déformation. Le modèle numérique 3D a réussi à prédire l’ensemble de la courbe force-déplacement ainsi que l'emplacement et l'amorce de la rupture des fémurs. Par ailleurs, Malgré sa robustesse, la variante 3D du modèle numérique reste difficilement exploitable dans l’état pour réaliser un diagnostic préventif dans des délais acceptables pour des cliniciens, car très consommatrice en temps de calcul. Pour pallier à cela, le modèle simplifié en 2D a été préliminairement validé sous les mêmes conditions aux limites et les résultats ont montré une bonne corrélation avec l’expérience. Ces travaux ont souligné le potentiel de la modélisation par éléments finis basée sur l’endommagement quasi-fragile à devenir un outil complémentaire de prédiction du risque de la fracture osseuse
Femoral fractures caused by the osteoporosis become major problem of public health, and therefore, this subject becomes an increasingly important goal for both clinicians and biomedical researchers. The purpose of this study is to develop a new coupled approach to predict the fracture of neck femoral. The current study proposes a validated 2D and 3D finite element (FE) models based on continuum damage mechanics in order to simulate human proximal femur fracture considering the progressive cracks initiation and propagation. These models are applied and validated under single limb stance and sideways fall configuration. Quasi brittle behavior laws coupled to damage are implemented in FORTRAN and fed into ABAQUS/Standard codes to describe the constitutive behavior (subroutine UMAT). Bone mineral density (BMD) is measured using dual energy X-ray absorptiometry (DXA) for the region of interest. The models have been developed within two variants (one isotropic, the other anisotropic) and validated with experimental results of tests performed on human femur samples under single limb stance configuration. During these tests, optical measurements based on the method of digital image correlation (DIC) were conducted to acquire the various fields of displacement and deformation. To calculate the fracture risk of the femoral head, it is necessary to assign correctly the bone material properties. The 3D FE models were able to predict the overall force-displacement curve, location and initiation of femur fractures. Moreover, despite its robustness, this 3D FE model is still limited to be used, within clinically acceptable time, for diagnostic purposes. To overcome this, the model was simplified into 2D model which has been preliminarily validated under identical boundary conditions and the results showed a good correlation with experiments. These studies have highlighted the potential of the finite element model based on quasi-brittle damage to become a complementary tool for predicting the risk of bone fracture

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Marec, Anne. "Contrôle de santé des matériaux hétérogènes par émission acoustique et acoustique non linéaire : discrimination des mécanismes d’endommagement et estimation de la durée de vie restante." Le Mans, 2008. http://cyberdoc.univ-lemans.fr/theses/2008/2008LEMA1012.pdf.

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Abstract:

La caractérisation de l’endommagement de matériaux composites verre/époxy et verre/polyester est étudiée in situ par émission acoustique (AE). Une méthode d’analyse statistique multivariable non supervisée (coalescence floue) associée à une analyse en composantes principales sont utilisées afin de classifier les signaux enregistrés par EA. L’analyse des classes obtenues permet de les corréler aux mécanismes d’endommagement susceptibles de se produire dans les matériaux étudiés, de suivre l’évolution des différents modes d’endommagement au cours des essais et de détecter les mécanismes les plus critiques menant à la rupture des matériaux. L’étude est d’abord validée sur des composites modèles tels que des composites unidirectionnels puis elle est appliquée `a des matériaux plus complexes tels que des plis croisés, des sheet molding compound (SMC) et des bétons polymères soumis à différentes sollicitations mécaniques (traction, fluage, flexion trois points). Les signaux d’EA générés par des matériaux hétérogènes ne sont pas stationnaires. Ainsi, les transformées en ondelettes continues et discrètes sont appliquées sur des signaux typiques d’EA représentatifs de trois modes d’endommagement (microfissuration matricielle, décohésion, rupture de fibre). De nouveaux descripteurs temps-échelle sont définis à partir de ces transformées et sont introduits dans la méthode de classification. Appliqués à des matériaux plus complexes sollicités mécaniquement, ils permettent d’obtenir une meilleure identification de leurs mécanismes d’endommagement qu’avec l’utilisation de descripteurs temporels. Enfin, une étude par acoustique non-linéaire en résonance de matériaux composites SMC graduellement endommagés est menée. Les essais de dynamique lente montrent une grande sensibilité à la présence et à l’évolution de l’endommagement. La classification à partir des signaux d’EA permet de connaître la contribution des différents mécanismes d’endommagement au comportement non-linéaire en dynamique lente lors du processus d’endommagement du matériau
Local damage in glass/epoxy and glass/polyester composite materials is investigated with the analysis of the signals of acoustic emission (AE). Unsupervised pattern recognition analyses (fuzzy c-means clustering) associated with a principal component analysis are the tools used for the classification of the monitored AE events. A cluster analysis of AE data is achieved and the resulting clusters are correlated to the damage mechanisms of the material under investigation. The proposed method also shows the time evolution of different damage mechanisms till the global failure. Thus the most critical damage mechanisms are identified. After being validated on model samples composed of unidirectional composites, this method is applied to actual composites such as cross-ply composites, sheet molding compound (SMC) and polymer concretes damaged with tensile, creep and three-point bending tests. Furthermore, AE signals generated by heterogeneous materials are not stationary. Thus, continuous and discrete wavelet transforms are applied on typical damage mechanisms AE signals such as matrix cracking, debonding, fiber failure. Time-scale descriptors are defined from these wavelets and are introduced in the classification process. They provide a better discrimination of damage mechanisms than some time-based descriptors for more complex composite materials. Finally, gradually damaged SMC composite materials are experimented with nonlinear slow dynamics tests. Nonlinear slow dynamics have been found to be very sensitive to damage evolution. Clustering of AE signals enables to understand the contribution of the different damage mechanisms to the evolution of the nonlinear behavior of damaged SMC

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Gaborit, Pierre. "Unification des modèles d’endommagement de type Lemaitre, pour la fatigue LCF/HCF, multiaxiale et aléatoire." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015DENS0041.

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Abstract:

Les travaux présentés concernent le développement d'un modèle de prévision de durée de vie unifié pour traiter les problématiques de fatigue à faible et grand nombre de cycles. Le modèle est basé sur une approche à deux échelles et un endommagement de type Lemaitre. Le caractère "en vitesse" de la loi d'endommagement permet de traiter des chargements complexes, non proportionnels et aléatoires. Une campagne expérimentale de fatigue sur 12 éprouvettes cruciformes en alliage TA6V pour application aérospatiale est présentée. Elle comporte des essais biaxiaux proportionnels et non proportionnels ainsi que des cas de chargement pseudo-aléatoires. L'utilisation de la corrélation d'images numériques prises dans la zone utile permet d'évaluer les déformations locales en réponse aux sollicitations appliquées. Les cas de chargements sont simulés afin de confronter les déformations de surface et les durées de vie obtenues par calcul, aux résultats expérimentaux. Parmi les contributions théoriques présentées dans le manuscrit, sont à noter : - La proposition d'une nouvelle loi d'évolution pour écrouissage cinématique adaptée au comportement élastoplastique du TA6V sous chargement cyclique; - L'utilisation d'une correction élastoplastique locale permettant d'évaluer les déformations plastiques en surface à partir de calculs de structures linéaires; - L'amélioration d'un critère de micro-plasticité pour la prise en compte des effets de contrainte moyenne et de triaxialité en fatigue à grand nombre de cycles; - L'unification de deux lois d'endommagement afin d'étendre le domaine de validité du modèle initial vers les durées de vie à faible nombre de cycles. La démarche s'appuyant sur le cadre thermodynamique de la mécanique des milieux continus, de nombreuses perspectives d'amélioration du modèle sont discutées
This work presents the proposal of a unifying predictive model to deal with LCF and HCF problems. It is based on a two-scale approach initially developed by Lemaitre. As the damage evolution law is rate written, complexity due to non proportional and random loadings may also be treated. An experimental fatigue campaign of 12 cross shaped samples made of TA6V alloy for aerospace applications is presented. It includes not only proportional and non proportional biaxial tests but also pseudo random loadings. Digital Image Correlation is used to evaluate the local strains from pictures taken in the zone of interest. Loadings are the simulated and both strains and lifetimes are compared to experimental observations. Among the theoretical contributions presented in this work, the main are: - A new kinematic hardening evolution law for the modeling of elasto-plasticity of TA6V alloy under cyclic loadings; - Use of local elastoplastic correction from linear Finite Element Calculation to estimate plastic strains in the structure zone of interests; - Improvements of the micro-plastic yield function to take into account mean stress effect and triaxiality effects in the lifetime prediction in HCF domain; - A unifying method of two damage variables in order to extend the validity domain of the initial model to shorter lifetimes (LCF). As the model is based on a thermodunamical framework for continuum mechanics, several extension are mentioned as future propects

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Wang, Long. "Etude de l’influence de la microstructure sur les mécanismes d’endommagement dans des alliages Al-Si de fonderie par des analyses in-situ 2D et 3D." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2015. http://www.theses.fr/2015ECLI0004/document.

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Abstract:

Un protocole expérimental a été développé dans cette thèse pour étudier l'influence de la microstructure héritée du procédé de fonderie dit Procédé à Modèle Perdu sur le comportement en fatigue oligocyclique des alliages Al-Si à température ambiante. Dans un premier temps, la microstructure des alliages étudiés a été caractérisée à la fois en 2D et en 3D. Les éprouvettes les plus appropriées et les plus représentatives et les régions d’intérêt où le suivi in-situ est réalisé (ROIs) ont été sélectionnées par une caractérisation préliminaire en tomographie aux rayons X. Cette caractérisation 3D est également nécessaire pour comprendre les mécanismes d’endommagement après rupture de l’éprouvette. Les observations in-situ réalisées en surface en utilisant un microscope longue distance (Questar) et en volume avec la tomographie aux rayons X permettent de suivre l’amorçage et la propagation des fissures et ainsi d'identifier la relation entre les mécanismes d’endommagement et les microstructures moulées. Les champs de déplacement et de déformation en 2D/3D mesurés à l'aide de la Corrélation d'Images Numériques et la Corrélation d’Images Volumiques permettent d'analyser la relation entre les champs mesurés et les mécanismes d'endommagement. L'analyse post-mortem et la simulation éléments finis ont permis de compléter l’analyse des mécanismes d’endommagement. Les grands pores favorisent l'amorçage de fissures car ils augmentent fortement le niveau de contrainte locale. Les inclusions dures (phase Si, intermétalliques au fer et phases au cuivre) jouent un rôle important dans l’amorçage et la propagation des fissures en raison des localisations de déformation sur ces inclusions
An experimental protocol was developed in this thesis in order to study the influence of casting microstructure on the fatigue behavior in Lost Foam Casting Al-Si alloys in tension and in Low Cycle Fatigue at room temperature. First of all, the microstructures of studied alloys were thoroughly characterized both in 2D and in 3D. The most suitable and representative specimens and Region of Interest (ROIs) where the in-situ monitoring was performed were selected through a preliminary characterization using X-ray tomography, which is also necessary to understand damage mechanisms after failure. In-situ observations performed on surface using Questar long distance microscope and in volume using X-ray tomography allow following cracks initiations and their propagations and thus allow identifying the relation between damage mechanisms and casting microstructure. 2D/3D displacement and strain fields measured using Digital Image Correlation and Digital Volume Correlation allows analyzing the relation between measured fields and damage mechanisms. Postmortem analysis and FEM simulation gave more information for the damage mechanisms. Large pores favor crack initiation as they strongly increase local stress level. Hard inclusions (Si phase, iron intermetallics and copper containing phases) also play an important role in crack initiation and propagation due to strain localizations at these inclusions

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Hervas, Dobon Isabel. "Contribution à l’étude des mécanismes d’endommagement des fontes ferritiques à graphite sphéroïdal : influence de la température, du trajet de chargement et rôle des interfaces nodules / matrice." Caen, 2013. http://www.theses.fr/2013CAEN2069.

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Abstract:

Ce travail porte sur les relations entre les mécanismes d’endommagement et les paramètres microstructuraux de la fonte GS dans une large gamme de températures pour différents types de sollicitations mécaniques. Des essais de traction et de compression à TA menés sur des éprouvettes présentant différentes géométries génèrent des déformations avec plusieurs taux de triaxialité. L’étude des caractéristiques géométriques des nodules de graphite permet l’analyse de la déformation et du trajet de chargement local. L’état de déformation et le taux de triaxialité sont aussi simulés avec la méthode des éléments finis. L’influence de la température est étudiée par le biais d’essais de traction, de compression et de fluage. Un changement significatif de comportement mécanique est mis en évidence à partir de 400 °C. L’étude des paramètres microstructuraux permet la compréhension du comportement mécanique de la fonte ainsi que de son évolution avec la température. Dans le cas d’une sollicitation en traction, le modèle de Gurson-Tvergaard, montre que les interactions entre les cavités engendrées par la déformation évoluent avec la température. Les mesures effectuées après les essais de compression montrent que, jusqu’à 400 °C, la déformation des nodules de graphite augmente avec l’écrasement. En revanche, à partir de 500°C, la déformation des nodules ne suit plus la déformation plastique du matériau. Des essais de fluage menés à 750 °C, pour une contrainte inférieure à la limite d’élasticité, montrent une transition progressive entre les deux principaux mécanismes de fluage : le fluage contrôlé par la montée des dislocations et celui piloté par les mécanismes de diffusion
This work focuses on the relationship between the damage mechanisms and the microstructural parameters of ductile cast iron for different types of mechanical stress in a wide temperatures range. Tensile and compression tests at RT carried out on specimens presenting different geometries generate strains with multiple levels of triaxiality. The study of the graphite nodule geometrical properties enables the analysis of deformation and local strain path. The deformation state and triaxiality rate are also simulated by using the finite element method. The influence of temperature is studied in the case of tensile, compression and creep tests. A significant behaviour change is evidenced above 400 °C. The study of microstructural parameters permits the understanding of the mechanical behaviour of the ductile cast iron and its evolution with temperature. In the case of tensile tests, Gurson-Tvergaard model highlights that the interactions between the cavities, caused by the deformation, change with temperature. Structural measurements after compression tests show that up to 400 °C, the deformation of the graphite nodules increases with the deformation. However, from 500 °C, nodule deformation doesn’t follow the plastic deformation of the material. Creep tests, carried out at 750 °C for stress levels lower than yield stress, reveal a gradual transition between the two main creep mechanisms: creep controlled by dislocations climb and creep controlled by diffusion mechanisms

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Bourdin, François. "Analyse des processus d’endommagement aux joints de grains dans les superalliages base Nickel Measurements of plastic localization by heaviside-digital image correlation." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0013.

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Abstract:

Les superalliages base Nickel employés dans les disques de turbine sont soumis à des sollicitations sévères allant du fluage à la fatigue à des températures pouvant atteindre 700°C. Dans ces conditions, la littérature montre que les joints de grains sont l’élément structural le plus faible. En fonction de ces conditions, les joints de grains peuvent glisser, transmettre ou accumuler de la déformation et s’oxyder. Ainsi,l’endommagement intergranulaire est étroitement lié à ces processus de déformation.L’objectif de ces travaux est de contribuer à la compréhension des mécanismes de déformation et d’endommagement qui ont lieu aux joints de grains. Pour étudier de manière quantitative les premiers stades de plasticité et d’endommagements, une nouvelle approche de mesure sans contact prenant en comptes les discontinuités de déplacement est présentée : la Heaviside-DIC. Celle-ci a fait l’objet d’une validation avant d’être utilisée dans l’étude du glissement inter et intragranulaire à haute température. Une première étude qualitative a permis de mettre en évidence des endommagements intergranulaires plus importants en fluage à 700°C/700 MPa comparé à la traction à différentes températures. La mise en œuvre de la H-DIC à 2échelles couplée à l’EBSD, a permis d’identifier une configuration microstructurale néfaste dans les superalliages polycristallins pour disques de turbine : les joints de macles cohérents. La comparaison à un superalliage colonnaire pour aubes ne possédant aucun joint de macle confirme ces observations.A la lumière de ces résultats et en s’appuyant sur des travaux de la littérature, un scénario permettant d’expliquer la transition entre déformation et endommagement intergranulaire est proposé
Nickel-based superalloys used in turbine disks are subjected to severe stresses ranging from creep to fatigue at temperatures up to 700°C. Under these conditions, the literature shows that grain boundaries are the weakest structural element. Depending on these conditions, the grain boundaries can slide, transmit or accumulate deformation and are favorable locations for oxidation. Thus, intergranular damage is closely related to these deformation processes.The purpose of this work is to contribute to the understanding of the deformation and damage mechanisms that occur at grain boundaries. To study quantitatively the early stages of plasticity and damage, a new non-contact measurement approach taking into account displacement discontinuities is presented: Heaviside-DIC. It was validated before being used in the study of high temperature inter and intragranular sliding. Afirst qualitative study has shown greater intergranular damage in creep at 700°C / 700 MPa compared to tension at different temperatures. The implementation of H-DIC at 2 scales coupled with EBSD, allowed to identify a detrimental microstructural configuration in turbine disks polycrystalline superalloys: coherent twin boundaries. Comparison with a turbine blade columnar superalloy with no twins confirms these observations.In this light, and based on literature, a scenario explaining the transition between deformation and intergranular damage is proposed

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Ben, Ramdane Camélia. "Etude et modélisation du comportement mécanique de CMC oxyde/oxyde." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0077/document.

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Abstract:

Les CMC oxyde/oxyde sont de bons candidats pour des applications thermostructurales. Le comportement mécanique et les mécanismes d’endommagement de deux composites alumine/alumine à renforts tissés bi- et tridimensionnels ont été étudiés et comparés. La microstructure de ces CMC à matrice faible a été caractérisée à partir de porosimétrie et de CND, tel que thermographie IR, scan ultrasonore et tomographie X, ce qui a permis de mettre en évidence la présence de défauts initiaux. Le comportement mécanique en traction, ainsi qu’en compression dansle cas du CMC à renfort bidimensionnel, dans la direction des fibres ainsi que dans la direction ±45°, aété étudié à température ambiante. Afin d’exploiter pleinement ces essais, nous avons eu recours à plusieurs méthodes d’extensométrie et de suivi d’endommagement, telles que la thermographie IR et l’émission acoustique. Les propriétés mécaniques à rupture ainsi que le module de Young du CMC à renfort bidimensionnel développé à l’Onera se sont avérées supérieures à celles disponibles dans la littérature. Les mécanismes d’endommagement des matériaux ont été déterminés à partir d’observations post mortem au MEB et d’essais in situ dans un MEB, ce qui a permis d’évaluer la nocivité des défauts initiaux. Enfin, l’étude du comportement mécanique de ces composites a permisde proposer un modèle d’endommagement tridimensionnel qui permettra de poursuivre le développement de ces matériaux grâce à du calcul de structure. A l’issue de cette thèse, des pistes d’amélioration des procédés d’élaboration et de choix d’instrumentation à utiliser pour les futures études, notamment en ce qui concerne le suivi d’endommagement, ont également été proposées
Oxide/oxide CMCs are good candidates for thermostructural applications. Themechanical behaviour and damage mechanisms of two alumina/alumina composites with two andthree dimensional woven reinforcements were studied and compared. The microstructure of theseweak matrix CMCs was characterized by porosimetry and NDT methods, such as IR thermography,ultrasound scanning and X-ray tomography, which highlighted initial defects. The mechanicalbehaviour was studied through tensile tests, as well as compression tests in the case of the twodimensionalreinforced CMC. These tests were conducted at room temperature, in the fibres directionsand in the ±45° direction. In order to fully exploit these tests, several extensometry and damagemonitoring methods, such as IR thermography and acoustic emission, were used. Young’s moduli andmaximum stresses and strains of the two-dimensional reinforced CMC developed at Onera appearedto be higher than those available in the literature. The damage mechanisms of the materials weredetermined by post mortem SEM observations and in situ testing in a SEM, which made it possible toassess the nocivity of initial defects. Studying the mechanical behaviour of these composites finallyenabled the development of a three-dimensional damage model that will facilitate the furtherdevelopment of such materials, through finite element analysis. Finally, some improvements regardingthe manufacturing processes and the instrumentation for damage monitoring were suggested forfuture studies

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Zenia, Sofiane. "Modélisation numérique de l’usinage des matériaux composites à matrice polymère et fibres longues de carbone." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0126/document.

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Abstract:

La mise en œuvre des matériaux composites, fait souvent appel à des procédés d’usinage conventionnel, comme l’opération de perçage utilisée lors de l’assemblage de structures par rivetage. Ces opérations peuvent générer dans la pièce usinée différents types d’endommagement: arrachement des fibres, rupture de la matrice, délaminage intralaminaire et interlaminaire, dégradation thermique de la matrice, ce qui peut provoquer une baisse des performances mécaniques de la structure. L’objectif de la thèse est de mettre en place un modèle numérique scientifiquement rigoureux pour analyser l’usinage des composites CFRP et prédire les mécanismes d’endommagement induits par l’outil coupant. Ce modèle basé sur une loi constitutive mésomécanique combine l’effet de la chute de rigidité dans le comportement du matériau, la plasticité, l’initiation et l’évolution de l’endommagement durant le processus d’usinage. Ensuite, deux modèles 2D et 3D adoptant un schéma explicite ont été implémentés via la sub-routine VUMAT dans Abaqus. Le délaminage interplis a été pris en considération à l’aide des éléments cohésifs disponibles dans le code ABAQUS/Explicit. Ce travail a permis de reproduire de manière réaliste les opérations de coupe orthogonale et de perçage des composites CFRP en termes de processus de formation du copeau, la prédiction des forces de coupe et celle de l’endommagement induit. Ces études ont montré que l’orientation des fibres et la profondeur de coupe sont les paramètres les plus influents en coupe orthogonale tandis que pour le perçage se sont les vitesses d’avance et la géométrie des outils
The machining of composite materials is often necessary for material removal operations by cutting tools such as drilling. These operations can generate a lot of damage in the machined workpiece (fiber fracture, matrix craking, intralaminar and interlaminar delamination and thermal degradation of the matrix), which can cause a decrease of mechanical performance of the structure. The PhD thesis objective is to set up a reliable accurate model to analyze the machining of CFRP composites and to predict the different damage modes induced by the cutting tool. This model is based on a mesomechanical constitutive law combining the stiffness degradation concept into the material behavior, the plasticity, the initiation and the evolution of the damage during the machining process. Two 2D and 3D models adopting an explicit scheme were implemented in Abaqus/Explicit analysis code through the user subroutine VUMAT. Furthermore, interlaminar delamination is taken into account using the cohesive elements available in the ABAQUS / Explicit code. This work allowed to realistic numerical simulation of orthogonal cutting and drilling operations of CFRP composites in terms of chip formation process, cutting forces prediction and induced damage. These studies have shown that the fiber orientation and the depth of cut were the most influential parameters in orthogonal cutting while for the drilling process, the feed rate and the tool geometry are the most important parameters

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Cuvilliez, Sam. "Passage d’un modèle d’endommagement continu régularisé à un modèle de fissuration cohésive dans le cadre de la rupture quasi-fragile." Thesis, Paris, ENMP, 2012. http://www.theses.fr/2012ENMP0064/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans l'étude et l'amélioration des modèles d'endommagement continus régularisés (non locaux), l'objectif étant d'étudier la transition entre un champ d'endommagement continu défini sur l'ensemble d'une structure et un modèle discontinu de fissuration macroscopique.La première étape consiste en l'étude semi-analytique d'un problème unidimensionnel (barre en traction) visant à identifier une famille de lois d'interface permettant de basculer d'une solution non homogène obtenue avec un modèle continu à gradient d'endommagement vers un modèle discontinu de fissuration cohésive. Ce passage continu / discontinu est construit de telle sorte que l'équivalence énergétique entre les deux modèles soit assurée, et reste exacte quelque soit le niveau de dégradation atteint par le matériau au moment où cette transition est déclenchée.Cette stratégie est ensuite étendue au cadre 2D (et 3D) éléments finis dans le cas de la propagation de fissures rectilignes (et planes) en mode I. Une approche explicite basée sur un critère de dépassement d'une valeur « critique » de l'endommagement est proposée afin de coupler les modèles continus et discontinus au sein d'un même calcul quasi-statique par éléments finis. Enfin, plusieurs résultats de simulations menées avec cette approche couplée sont présentés
The present work deals with the study and the improvement of regularized (non local) damage models. It aims to study the transition from a continuous damage field distributed on a structure to a discontinuous macroscopic failure model.First, an analytical one-dimensional study is carried out (on a bar submitted to tensile loading) in order to identify a set of interface laws that enable to switch from an inhomogeneous solution obtained with a continuous gradient damage model to a cohesive zone model. This continuous / discontinuous transition is constructed so that the energetic equivalence between both models remains ensured whatever the damage level reached when switching.This strategy is then extended to the bi-dimensional (and tri-dimensional) case of rectilinear (and plane) crack propagation under mode I loading conditions, in a finite element framework. An explicit approach based on a critical damage criterion that allows coupling both continuous and discontinuous approaches is then proposed. Finally, results of several simulations led with this coupled approach are presented

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Angrand, Lise. "Modèle d’endommagement incrémental en temps pour la prévision de la durée de vie des composites tissés 3D en fatigue cyclique et en fatigue aléatoire." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLN005/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce document s’insère dans le cadre du Projet de Recherche Concerté PRC Composites, financé par la DGAC et impliquant le groupe Safran, l’Onera et un grand nombre de laboratoires du CNRS de le LMT Cachan. Un des objectifs principal du PRC est d’établir des modèles pour la simulation du comportement mécanique, de la durabilité et encore des procédés de fabrication des pièces composites CMC & CMO. Ces travaux de thèse se focalisent sur l’étude du comportement des composites tissés 3D aux sollicitations de fatigue mécanique. Ils font suite aux travaux menés à l’Onera sur un modèle d’endommagement en cycles pour la fatigue des composites CMO tissés 3D, nommé ODM-CMO. Nous proposons un modèle dit « temporel », nommé OD ̇M, qui détermine l’évolution de l’endommagement de façon continue, en fonction du temps. Ce modèle est alors capable d’une part de prendre en compte des chargements de fatigue cycliques, et d’autre part les chargements de fatigue complexes, aléatoires. La loi d’endommagement proposée fait intervenir deux contributions, une contribution monotone et une contribution de fatigue. La contribution monotone est totalement équivalente à la loi monotone du modèle initial ODM-CMO, les paramètres sont alors facilement identifiables. La contribution de fatigue n’est pas équivalente à la loi du modèle ODM-CMO, ceci s’explique notamment par le fait qu’il existe différentes façon de prendre en compte la notion de contrainte moyenne, notion primordiale concernant l’étude de la fatigue. Nous avons choisi de prendre en compte l’effet de contrainte moyenne en ajoutant le calcul d’une moyenne originale qui évolue au cours du chargement dans la contribution de fatigue de la loi d’endommagement. L’identification des paramètres de fatigue se déroule en deux étapes. La première étape se base sur une simplification du jeu d’équation du modèle (élasticité et endommagement non couplé) de façon à déterminer une relation simple, en 1D, entre le nombre de cycles à rupture et la contrainte maximale. Cette expression nous permet alors de tracer rapidement les diagrammes de Wöhler (σ_a ou σ_Max vs N_R) ainsi que les diagrammes de Haigh (σ_a vs σ ̅). Ces diagrammes nous permettent de faire une première identification des paramètres de la contribution de fatigue de la loi d’endommagement. La seconde étape consiste à recaler certains paramètres en utilisant le modèle complet, de façon numérique, le modèle ayant été programmé en 3D tant pour un pilotage en déformation que pour un pilotage en contrainte. La méthodologie proposée nécessite néanmoins d’avoir un nombre important de résultats d’essais de fatigue. Elle permet l’identification à d’autres températures dans le but de proposer des modélisations anisothermes. Le modèle d’endommagement est rendu probabiliste grâce à une première approche, pragmatique, en fatigue à grands nombres de cycles. Un paramètre du modèle initialement considéré comme déterministe, prend le statut de variable aléatoire, il s’agit du seuil d’endommagement de fatigue (en déformation) délimitant le domaine d’endurance illimitée. L’idée étant de pouvoir associer à une probabilité de rupture (ou de survie) à une limite de fatigue « asymptotique »
The work presented in this report is part of the Collaborative Research Project PRC Composites, funded by the DGAC involving Safran, Onera and several CNRS laboratories whose LMT Cachan. One of the main objectives of this project PRC is to establish models capable to simulate the mechanical behavior, durability and still manufacturing processes for composite PMC. This thesis focus on the study of the behavior of 3D woven composite to mechanical fatigue stresses. This thesis further to the work developed at Onera on cycle damage models for fatigue on PMC, named ODM-PMC. We propose a kinetic damage model, which calculates the kinetic damage evolution, over time. This model is then able to take into account the cycle fatigue loads, and on the other hand the complex or random fatigue loads. The proposed kinetic damage law involves two damage contributions, a monotonous contribution for static loads and a fatigue contribution for fatigue loads. The monotonous contribution is fully equivalent to the monotonous law of ODM-PMC model, the parameters are easily identifiable. The fatigue contribution is not equivalent to the fatigue damage law of initial model ODM-PMC, this is explained by the fact that there are different ways to take into account the average stress effect, unavoidable concept for the study of fatigue loads. We have chosen to consider the mean stress effect by adding the calculation of a mean that evolves during the loading. The identification of fatigue parameters takes place in two steps. The first step is based on a simplification of the model equation set (elasticity and damage are not coupled) to determine a simple relationship, 1D, between the number of cycles to failure and the maximum stress. This expression allows us then quickly to draw diagrams Wohler (σ_a ou σ_Max vs N_R) as well as Haigh diagram (σ_a vs σ ̅). These diagrams allow us to make an initial identification of fatigue parameters. The second step is to readjust certain parameters using the full model 3D, numerical, the 3D model was been encoded for both strain and stress steering. Nevertheless, the methodology requires having a lot of experimental results. It allows also to identifying fatigue parameters at other temperatures in order to provide isothermal modeling. The damage model is made with a first probabilistic approach, pragmatic, to the great number of cycles fatigue. One parameter (determinist), is defined as a random variable, it is the fatigue damage threshold (strain) delimiting the endurance unlimited domain

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Arif, Muhamad Fatikul. "Mécanismes d’endommagement du polyamide-66 renforcé par des fibres de verre courtes, soumis à un chargement monotone et en fatigue : Influence de l’humidité relative et de la microstructure induite par le moulage par injection." Thesis, Paris, ENSAM, 2014. http://www.theses.fr/2014ENAM0008/document.

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Abstract:

Le présent travail s'appuie sur une approche expérimentale étendue visant l'identification des mécanismes d'endommagement en chargement quasi-statique et en fatigue du PA66/GF30, en prenant notamment en compte l'influence de la teneur en eau et de la microstructure induite par le moulage par injection. Les essais et les observations in situ au MEB mettent en exergue le rôle déterminant de l'humidité relative sur l'initiation, le niveau et la chronologie de l'endommagement. Une analyse par micro-tomographie aux rayons X sur des échantillons ayant subi un chargement de fatigue montre que l'endommagement augmente continuellement et progressivement au cours de la fatigue, et plus significativement dans la deuxième moitié de sa durée de vie. Les résultats obtenus en quasi-statique et en fatigue révèlent des mécanismes d'endommagement similaires, notamment une décohésion des interfaces fibre/matrice. Une chronologie générale de l'endommagement est établie. Celui-ci s'initie en extrémités de fibres ou plus globalement là où les fibres sont relativement proches les unes des autres. Il s'ensuit des décohésions interfaciales se propageant le long des fibres. A une contrainte en flexion plus élevée, des microfissures de la matrice peuvent apparaître et se propager par coalescence, ce qui aboutira à la rupture. Ces résultats expérimentaux permettent d'alimenter une modélisation multi-échelles de l'endommagement à fort contenu physique. Celle-ci contribuera alors à une prédiction pertinente de l'endommagement dans les thermoplastiques renforcés pour application automobile
The current work focuses on extensive experimental approaches to identify quasi-static and fatigue damage behavior of PA66/GF30 considering various effects such as relative humidity and injection process induced microstructure. By using in situ SEM tests, it was observed that relative humidity conditions strongly impact the damage mechanisms in terms of their initiation, level and chronology. The X-ray micro-tomography analysis on fatigue loaded samples demonstrated that the damage continuously increases during fatigue loading, but the evolution occurs more significantly in the second half of the fatigue life. From the results of damage investigation under quasi-static and fatigue loading, it was established that both loading types exhibit the same damage mechanisms, with fiber/matrix interfacial debonding as the principal damage mechanisms. General damage chronologies were proposed as the damage initiates at fiber ends and more generally at locations where fibers are relatively close to each other due to the generation of local stress concentrations. Afterwards, interfacial decohesions further propagate along the fiber/matrix interface. At high relative flexural stress, matrix microcracks can develop and propagate, leading to the damage accumulation and then the final failure. The experimental findings are important to provide a physically based damage mechanisms scenarios that can be integrated into multiscale damage models. These models will contribute towards reliable predictions of damage in reinforced thermoplastics for lightweight automotive applications

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Martinet, Baptiste. "Caractérisation thermomécanique et identification des endommagements d’un revêtement abradable de compresseurs basse et haute pression en condition de contact sévère." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0270.

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Abstract:

La réduction des jeux fonctionnels aubes/carter permet d’augmenter le rendement global d’un turboréacteur en limitant les fuites inter-étages. Cependant, les vibrations inhérentes au système ou l’ingestion de corps étrangers tend à produire des interactions aube/carter initiées en bout d’aube qui peuvent mener à la ruine du turboréacteur. L’utilisation de revêtements dits « abradables » permet de limiter la conséquence de ces interactions. En cas de contact avec les parties tournantes, le matériau abradable va « s’abrader » de façon préférentielle par rapport au bout d’aube en limitant les énergies d’interaction. Ces matériaux sont étudiés depuis de nombreuses années sur des bancs expérimentaux dans le but de développer des modèles numériques prédictifs. L’objectif de ces travaux de thèse est la caractérisation expérimentale de deux revêtements abradables du compresseur basse pression – l’AlSi-PE – et haute pression – le Metco 2043 – sur un banc expérimental existant. La configuration adoptée est simplifiée et se dédouane de la dynamique d’aube et du turboréacteur. La caractérisation thermomécanique des deux revêtements de l’étude a été rendue possible grâce à la corrélation des efforts d’interaction, des échauffements produits par le contact et des endommagements induits. Les développements technologiques ont permis de réaliser des essais représentatifs jusqu’à 135 m s−1 et 720 ◦C. Une modélisation semi-analytique basée sur la technique des fonctions de Green a également été mise en place pour estimer la température au contact et les coefficients de répartition du flux thermique dans l’aube et le revêtement abradable. Les résultats numériques ont finalement été corrélés à un essai pilote pour valider l’approche
Reducing gaps between blades and the casing allows an increasing of the aircraft engines effi- ciency. Moreover, blade/casing interactions, mainly due to engine vibrations, may occur. They are localized at the blade tip and may lead to the engine failure. Specific materials called « abradable materials » are used to reduce interactions impact. When an interaction occurs, the abradable ma- terial will be worn preferentialy to the blade and limits the interaction energies. Those materials are studied since many years on experimental devices to develop predictive numerical models. The purpose of this thesis is the experimental characterization of two abradable materials grades from the low-pressure compressor – the AlSi-PE grade – and from the high-pressure compressor – the CoNiCrAlY-hBN grade – on an experimental device. The experimental configuration is simpli- fied and doesn’t take in account the blade’s and casing’s dynamic phenomena. Thermomechanical characterization of two coatings was performed thanks to the correlation between forces, tem- peratures and wear mechanisms. Technological developments allowed representative tests up to 135 m/s and 720 °C. Semi-analytical modeling with Green’s techniques has been used to predict friction temperatures and heat distribution coefficients in the blade and the abradable material. Results have been correlated to an experimental test to approve the model

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Masquelier, Isaure. "Influence de la formulation sur les propriétés en fatigue d'élastomères industriels." Thesis, Brest, 2014. http://www.theses.fr/2014BRES0110/document.

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Abstract:

Cette étude concerne l’influence de la formulation sur les propriétés en fatigue des élastomères. Pour cela, douze matériaux ont été préalablement choisis de façon à ce que leur formulation soit simplifiée mais représentative de celles de matériaux industriels. La première partie de l’étude vise la description des mécanismes et des scénarios d’endommagement par fatigue, pour différents matériaux, niveaux de sollicitation et pourcentages de durée de vie. Une vaste campagne d’essais de fatigue interrompus a été menée permettant une analyse statistique de la population de défauts. Ces données ont permis d’une part de proposer des scénarios de ruine pour les différents matériaux étudiés, et d’autre part d’identifier deux types de mécanismes d’amorçage autour d’inclusions de différentes natures. La deuxième partie de l’étude vise à comprendre les mécanismes d’amorçage de fissure de fatigue. Un protocole expérimental permettant d’obtenir les champs d’énergie dissipée directement à partir des champs de température mesurés a été mis en place. Ce protocole a d’abord été développé à une échelle macroscopique et validé grâce à des simulations par éléments finis. Il a ensuite été appliqué avec succès à l’échelle des inclusions pour des cas 2D. Enfin, la troisième partie de cette étude propose un critère énergétique basé sur un protocole d’auto-échauffement permettant une détermination rapide des propriétés en fatigue. L’approche proposée utilise un critère à deux paramètres et permet de prédire la courbe de Wöhler déterministe avec une seule éprouvette, en une demi-journée d’essai et uniquement à partir de mesures thermiques. Ce critère a été validé sur une large gamme d’élastomères, et s’avère capable de rendre compte de l’influence de la gomme, du taux et du type de charges
This study deals with the influence of the formulation on the fatigue properties of elastomeric materials. Twelve materials have been chosen so that their formulations are simplified but representative of these used in the industry. The first part of the study aims to describe the fatigue damage mechanisms and scenarios, for different materials, strain levels and fatigue life durations. A large experimental campaign of interrupted fatigue tests has been performed enabling a statistical analysis of the defects population. On one hand, these data led to propose damage scenarios for the studied materials, and on the other hand, to identify two classes of initiation mechanisms around different nature of inclusions. The second part of this study aims to better understand the fatigue crack initiation mechanisms. An experimental protocol enabling to obtain directly the dissipated energy fields from the measurement of the temperature fields has been set up. This protocol has been first developed at the macroscopic scale and validated thanks to numerical simulations. Then, it has been applied successfully at the scale of inclusions for 2D cases. Finally, the third part of this study suggests an energetic criterion based on a heat build-up protocol leading a fast determination of the fatigue properties. This approach uses a criterion with two parameters and is able to predict the deterministic Wöhler curve with one sample, in half a day and thanks to thermal measurements only. This criterion has been validated on a wide range of elastomeric materials and is able to reflect the influence of the gum, the type and the amount of carbon black

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Haddad, Mohamed. "Développement d'un procédé d'enroulement filamentaire adapté aux matériaux composites sandwich et caractérisation mécanique des matériaux." Thesis, Paris, ENSAM, 2017. http://www.theses.fr/2017ENAM0031.

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Abstract:

Les matériaux composites, et en particulier les sandwichs, sont très étudiés depuis des décennies. En effet, l'alliance entre légèreté et résistance de ces structures entraîne le développement de leur utilisation. Leur méthode de fabrication et éventuellement leur caractérisation restent des points essentiels dans la plupart des études. Ce travail s’inscrit dans le projet FUI SOLLICITERN qui vise à développer une citerne routière en matériau composite sandwich pour un véhicule d’hydrocurage. Comme première étape, et à partir du principe de l’enroulement filamentaire classique, l’objectif consiste à chercher des conceptions qui sont les mieux adaptées à l’enroulement d’un matériau sandwich sur un mandrin cylindrique, tout en respectant les paramètres de l’enroulement et leur influence sur la structure et les propriétés. La solution optimale étant validée, les matériaux constitutifs ont été étudié en mesurant de nombreuses propriétés mécaniques. L’objectif est de pouvoir aider le bureau d’étude à valider une solution de fabrication et de vérifier que les propriétés sont celles attendues. Pour ce faire, des caractérisations statique et dynamique ont menée sur des échantillons incurvés fabriqués par le procédé optimisé pour notre application. Cette partie comporte notamment différents essais expérimentaux dans le but de valider le comportement de la structure visée avec les dimensions et les combinaisons de matériaux les plus appropriées, en tenant compte du processus de fabrication. La meilleure configuration structurelle est retenue à la fin pour la fabrication de la citerne routière prototype
Composite materials, and especially sandwich structures, have been studied for decades. Indeed, the association between lightness and resistance of these structures leads to the development of their use. Their manufacturing method and their characterization remain as essential points in most studies. This work is part of the FUI SOLLICITERN project, which aims to design a composite water treatment tank for vehicles intended for this purpose. As a first step, and based on the classical filament winding principal, we aim to search designs that are best adapted to the fabrication of a curved sandwich material on a cylindrical mandrel, while respecting the process parameters of and their influence on structural properties. Since an optimal solution was validated, the constituent materials were studied by measuring mechanical properties. The objective is to help our industrial partner to validate a manufacturing solution and verify that such properties are the expected ones. For that, several static and dynamic characterizations were carried out on curved samples manufactured by the optimized process designed for our application. This part includes various experimental tests in order to validate the structure behavior with the most appropriate dimensions and material combinations, taking into account the manufacturing process. At the end, the best structural configuration is retained for the first tank prototype fabrication

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Kakarla, Svnp Sri Hari Santosh. "Modélisation de la multi-fissuration des matériaux quasi-fragiles par couplage d’un modèle d’endommagement anisotrope microplan et d’une formulation des discontinuités fortes dans la méthode des éléments finis enrichis." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASN013.

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Abstract:

Dans un contexte d’évaluation des structures en béton armé, il est d’usage d’estimer la durabilité à l’échelle du matériau, l’aptitude au service et enfin, la tenue structurale qui définit la performance de l’ouvrage considéré. Toutefois, évaluer la performance d’un élément de structure nécessite le recours à des approches numériques permettant la description voire la prédiction des principaux mécanismes dissipatifs. Par ailleurs, il est attendu de cette description que des quantités locales caractérisantes la fissuration soient accessibles numériquement, on peut citer la tortuosité, l’espacement ou encore les ouvertures associées à la fissuration. Le principal objectif de ces travaux de thèse consiste à proposer une approche permettant la description de la fissuration sous chargement cyclique. Pour cela, l’approche proposée permet de décrire le processus complet de localisation des déformations depuis l'apparition de l’endommagement jusqu’à l’initiation et la propagation de fissures multiples dans des matériaux quasi fragiles. Pour cela, la stratégie adoptée repose d’une part sur l’utilisation du modèle microplan permettant ainsi de décrire le caractère anisotrope de la fissuration et d’autre part, sur la particularisation de la méthode aux éléments finis à discontinuités intégrées. Ces deux piliers sont couplés à l’aide d’une technique de transition entre endommagement diffus et fissuration localisée. L’approche proposée est illustrée à l’aide de plusieurs exemples élémentaires. Enfin, quelques cas tests à l’échelle de l’élément de structure sont étudiés
The performance aspects of large scale civil engineering structures like containment facilities such as durability, serviceability and structural safety are assessed from time to time to avert any catastrophes. Also, in the cases of extreme loading, different cracking mechanisms contribute to each other ultimately leading to the failure. This creates the need for devising certain regulatory measures. In order to achieve this, it is essential to predict the information like crack opening displacements, crack spacing and tortuosity. The purpose of this thesis is to develop numerical tools to model multiple intersecting cracks. In particular, the complete strain localization process from the onset of damage to the initiation and propagation of multiple cracks. Two main ingredients are used. The microplane model allows to describe the anisotropic damage phase and Embedded Finite Element Method (EFEM) introduces cracks as multiple strong discontinuities in the damaged continuum. First, the standard EFEM is extended in the context of multiple cracks. Later, the microplane microdamage model is formulated in a thermodynamic framework using simple constitutive laws. Finally, these two approaches are coupled using a transition methodology. The proposed methodologies are illustrated using several elementary and structural test cases that involve complex stress-strain states

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Alomari, Asaad. "Evaluation des risques d’altération d’origine thermo-hydro-mécanique des pierres du patrimoine bâti." Thesis, Orléans, 2014. http://www.theses.fr/2014ORLE2012/document.

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Abstract:

Cette étude traite du vieillissement des ouvrages en pierres calcaires en interaction avec leur environnement, en se basant à la fois sur la caractérisation des matériaux et des conditions climatiques locales. L’objectif de cette thèse est d’étudier le rôle des conditions climatiques sur la dégradation des pierres par une estimation quantitative du poids des différents processus physiques de dégradation : gel-dégel, condensation and dilatations hygro-thermiques empêchées. Deux sites majeurs ont été sélectionnés : le Château de Chambord en France et le site d’Al-Namrud en Irak, qui est une ancienne capitale assyrienne datant de 1280 BC. Les matériaux français étudiés sont le tuffeau et la pierre de Richemont, qui a été abondamment utilisée comme pierre de substitution durant les restaurations du 20ème siècle. Les matériaux irakiens utilisés sont issus de prélèvements sur des pierres d’origines altérées, des pierres d’origine saines, ainsi que la pierre candidate pour la restauration du site. L’approche choisie pour l’estimation du risque d’endommagement commence par la réalisation d’une campagne expérimentale de caractérisation multi-physiques et multi-échelles des pierres calcaires utilisées à Chambord, ajouté à la collecte des données météorologiques à Chambord grâce à une station et des mesures dans la pierre. L’estimation du risque d’endommagement est obtenue en combinant l’utilisation des données climatiques et de la caractérisation des matériaux, grâce au calcul de l’impact des différents processus physiques de dégradation, qui a nécessité plusieurs développements méthodologiques. La méthodologie proposée pour l’estimation du risque d’endommagement est ensuite appliquée au site d’Al-Namrud. Finalement, un carnet de santé numérique préliminaire du plus édifiant monument d’Al-Namrud – la Ziggurat – est réalisé pour son diagnostic de durabilité
This study deals with the ageing of limestone structures as a result of the interaction with their environment. It is based on the characterization of both the material and the local climatic conditions. The objective of this thesis is to study the role of climatic conditions in the degradation of stone by quantitative estimation of the weight of the different physical weathering processes: freezing-thawing, condensation and restrained hygro-thermal dilations. Two major historic sites were selected: the Château of Chambord in France and the site of Al-Nimrud City in Iraq, an ancient Assyrian capital, built in 1280 BCE. The French materials studied are tuffeau and Richemont stone, extensively used as a substitute for tuffeau restoration during part of the 20th century. The Iraqi materials studied are samples cored in situ in original weathered stones, original healthy stones, and the stone that could be used as a substitute for restoration. The approach chosen for damage risk assessment starts by the realization of a multiphysics and multiscale experimental characterization campaign of the limestone used at Chambord, added to the collection of meteorological data at Chambord thanks to a weather station supplemented by situ stone measurements. The damage risk assessment is obtained by the combined use of climate data and material characterization, through the calculation of the impact of thedifferent physical weathering processes, which required some methodological developments. The proposed damage risk assessment methodology is then applied to Al-Nimrud site. Finally, a preliminary digital health record of the most prominent monument of Al-Nimrud - the Al-Ziggurat - is carried out to diagnose its durability

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Rancic, Mickael. "Etude des mécanismes de déformation et de transformations métallurgiques en sous-couche et sur la surface usinée lors du tournage du Ti-6Al-4V avec un outil en carbure cémenté WC-Co non revêtu. Corrélation de l’intégrité matière par la surveillance de l’opération et la compréhension des mécanismes d’endommagement de l’outil." Thesis, Paris, ENSAM, 2012. http://www.theses.fr/2012ENAM0058/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du projet européen ACCENT qui fait suite au projet européen ManHIRP (2001-2005). Ces travaux ont pour objectifs principaux de développer une méthodologie expérimentale permettant d'établir une fenêtre de conditions de coupe garantissant une intégrité matière acceptable de la pièce en Ti-6Al-4V usinée, en s'appuyant sur la mesure des signaux des moyens de surveillance en cours d'usinage.Une attention particulière s'est portée sur l'identification et la classification des anomalies géométriques et de celles produites sur la surface usinée en fonction de la vitesse de coupe et de l'avance. Parallèlement aux investigations sur les anomalies géométriques et de surface, une étude du mode d'endommagement de l'outil en carbure cémenté WC-Co non revêtu et de celle de l'évolution des signaux de surveillance ont conduit à une bien meilleure compréhension des phénomènes liés à la coupe.Les anomalies générées en sous-couche de la surface usinée, telles que les couches à grains déformés et les « couches blanches » ont été étudiées par l'intermédiaire d'analyses métallurgiques fines comme la microsonde de Castaing et par des observations et des analyses au microscope électronique à transmission (MET). Des mesures de microdureté et de contraintes résiduelles ont complété ces analyses chimiques et microstructurales. Aussi, la connaissance de l'état métallurgique et mécanique de ces anomalies a permis de déduire leur genèse et les mécanismes de déformation et de transformations métallurgiques (phases et taille de grains) qui ont opéré en sous-couche du Ti-6Al-4V. Le suivi par la technique de l'analyse d'images des paramètres microstructuraux attachés aux grains globulaires alpha a conduit à mieux comprendre l'écoulement de la matière selon les directions de coupe et d'avance ainsi que les mécanismes de dissolution de ces phases globulaires alpha lorsque l'effet thermique prend le pas sur l'effet mécanique pendant l'usinage. A l'issue de ces caractérisations métallurgiques, des corrélations ont été entreprises entre les anomalies générées et les signaux des moyens de surveillance. Celles-ci s'appuient principalement sur les efforts radiaux dont l'évolution singulière au cours du temps indique l'apparition de défauts. L'amplitude de cet effort radial se corrèle avec la profondeur de la couche de Ti-6Al-4V affectée thermomécaniquement
The scientific works presented in this thesis is taken place within the framework of an European project ACCENT which is the continuity of the ManHIRP European project (2001-2005). The main aim of these studies is the development of an experimental approach allowing of the determination of an acceptable surface integrity within the validity domain according to the cutting parameters by using the recorded monitoring signals during turning operation. The identification and the classification of the geometrical anomalies generated on the machined surface versus the cutting speed and feed rate were especially investigated. At the same time, damage on uncoated cemented carbide and evolution on process monitoring signals have conducted to a better understanding of cutting phenomena. The anomalies generated within the machined sub-surface such as the highly worked layers and “white layers” were studied with fine metallurgical analysis like the use of Castaing microprobe and transmission electron microscopy (TEM). In addition, micro-hardness and residual stresses measurements have completed the previous analysis. The knowledge of the metallurgical and mechanical states within the sub-layer have enabled to deduce the causes of their formation and to define the deformation mechanisms and the metallurgical transformations (phases and grains size) which have occurred during the machining operation. The tracking of the microstructural features related to globular alpha grains by the investigations of the images analysis have led to a better understanding of material flow according to the cutting and feed directions. Also, the dissolution phenomena of globular alpha grains occurring when the thermal loading becomes preponderant before the mechanical one has been highlighted. After these metallurgical analyses, correlations between the surface integrity and the process monitoring signals have been found. The singular evolution of the radial force signal indicates the anomalies appearance. Its amplitude is linked with the depth of the thermo-mechanically affected sub-layer of the machined surface

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Coradi, Audrey. "Modélisation du comportement mécanique des composites a matrice céramique : développement du réseau de fissures." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0267/document.

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Abstract:

Les matériaux composites à matrice céramique (CMC) sont élaborés à partir de constituants fragiles. Le comportement mécanique et le développement de la fissuration dépendent des propriétés des constituants élémentaires des CMC. La connaissance de l’influence de ces propriétés sur l’évolution de la fissuration et du comportement mécanique fournit une aide au concepteur de matériaux composites.L’objectif de ce travail est de modéliser l’évolution du réseau de fissures au sein du CMC sollicité en traction, à l’échelle du fil et à l’échelle du composite tissé. L’approche proposée est une alternative aux principaux modèles de comportement des CMC.A l’échelle du fil, l’endommagement intervient d’abord sous forme de fissures matricielles accompagnées de décohésions à l’interface fibre/matrice. Les analyses de ces deux mécanismes ont permis d’exprimer leur évolution au sein du fil en traction. Le comportement en traction résultant de l’endommagement et l’ouverture de la fissure matricielle sont aussi exprimés semi-analytiquement.Les comparaisons avec un modèle numérique de zones cohésives et avec les essais expérimentaux montrent une bonne corrélation des résultats.Enfin ces expressions à l’échelle du fil sont utilisées pour modéliser l’endommagement du fil longitudinal au sein du composite tissé en traction. De plus, un outil numérique est développé pour modéliser la fissuration matricielle inter-fil dans le composite tissé
Ceramic matrix composite materials (CMC) are elaborated from fragile constituents. Their mechanical behaviour and crack growing depend on the properties of the CMC elementary constituent. Knowing the influence of these properties on crack development and mechanical behaviour provides support to the composite material designer.This work aims at modelling the crack networks development within the CMC under axial tension, at the yarn scale as well as at the woven composite scale. The proposed approach is an alternative to the main CMC behaviour models.At the yarn scale, matrix cracking with interfacial debonding between fiber and matrix first happen. Both mechanisms are analysed and their development are expressed. The mechanical behaviour resulting from damage and the crack opening displacement are also described using semi-analytical equations. Comparisons with numerical cohesive zone model and also with experimental testing shows good correlation between results.These semi-analytical expressions are then used for modelling damage within each yarns at the woven composite scale. In addition, a numerical tool is developed for matrix cracking and interfacial debonding between yarns of the woven composite

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Le, Guyader Christophe. "Mécanique de la rupture et endommagement d’un alliage d’aluminium 2219 T87 pour application aérospatiale." Thesis, Paris, ENMP, 2014. http://www.theses.fr/2014ENMP0046/document.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est la mise en oeuvre de la mécanique de la rupture et d'un modèle d'endommagement afin de vérifier l'intégrité du réservoir cryotechnique d'ARIANE 5 en présence de défauts. Ces derniers sont généralement assimilés à des fissures surfaciques semi-elliptiques. L'approche globale basée sur l'analyse FAD fournit une prédiction trop conservative lorsque cette méthode utilise le facteur d'intensité K et la ténacité KIc. Ce conservatisme peut toutefois être partiellement levé à condition d'introduire la notion d'intégrale J et d'utiliser une ténacité dérivée de la courbe JR - ∆a afin d'autoriser une légère avancée de la fissure dans le cas d'un matériau ductile. Cette courbe JR - ∆a s'obtient à partir d'essais sur des éprouvettes fissurées de différentes géométries (CT, SENT et SCT). L'approche locale de la rupture constitue cependant la seule alternative possible afin de statuer sur l'acceptabilité d'un défaut suffisamment important pour générer une plasticité étendue. Cette approche nécessite alors de décrire précisément les champs de contrainte et déformation en pointe de fissure. Par conséquent il est nécessaire de tenir compte du caractère anisotrope de la plasticité, lié au procédé de laminage, lors de la modélisation du comportement élasto-plastique del'alliage d'aluminium 2219 T87. Dans cette étude un critère phénoménologique est utilisé pour modéliser la plasticité dont l'anisotropie est décrite par différents coefficients. L'optimisation de ces paramètres repose sur la comparaison entre les résultats issus de simulations numériques et ceux obtenus par des essais sur des éprouvettes lisses et entaillées. L'approche local de la rupture repose également sur la compréhension des micromécanismes de rupture. L'alliage d'aluminium 2219 T87 étudié dans le cadre de cette thèse présenteune rupture ductile dont la phase de germination s'effectue sur les inclusions Al2Cu et constitue le mécanisme prépondérant de la rupture. L'endommagement est modélisé par le modèle de Gurson modifié par Needleman et Tvergaard (GTN). L'anisotopie de rupture est simulée par deux lois de germination différentes selon le sens de laminage et le sens transverse
The purpose of this work is to use fracture mechanics and damage model to assess the structural integrity of the ARIANE 5 tank containing defects. These flaws are usually assumed to be semi-elliptical surface cracks.This situation can be analysed using the FAD (Failure Assessment Diagram) approach. This method is based on the stress intensity factor K and a material fracture toughness (Kmat) which can be the plane strain fracture toughness (KIC) for a conservative prediction. A more realistic prediction is achieved by employing the integral J and a material parameter derived from crack resistance curve JR - ∆a . This curve is obtained by using cracked test samples with different geometries (CT, SENT and SCT). The local approach to fractureis an alternative method to assess failure in particular in the case of large scale plasticity. In this case, the previous method is not able to give accurate predictions. Analyses based on local approach concepts requirean accurate evaluation of strain and stress fields near the crack tip. It is therefore important to take plastic anisotropy into account to model the plastic behavior of the rolled sheets. In this work this is done using amacroscopic phenomenological model. The parameters of this model are determined by minimizing of the difference between the simulation results and the test measurements for smooth and notched tensile test samples. The local approach to fracture is also based on the understanding of the failure micromechanismsof materials. Ductile fracture of metallic materials can be described as a three stage process. The first is void initiation at inclusions, the second is void growth and the third is void coalescence. Nucleation of defectsat Al2Cu inclusions is the main damage mechanism. In this work, the proposed model for ductile fracture is based on the Gurson model modified by Needleman and Tvergaard (GTN). This model is extended to account for fracture anisotropic by considering two nucleation gaussian laws respectively for rolling andtransverse directions

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Rouch, Matthias. "Contribution à la compréhension des mécanismes de vieillissement hydrothermique de matériaux composites unidirectionnels polyester insaturé/fibre de lin." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC210/document.

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Abstract:

De nombreux exemples de matériaux composites obtenus par l’association de fibres végétales et de polymères ont permis des allègements conséquents de structures dans divers domaines d’application. Cependant, la question demeure quant de la durabilité de ces pièces en service, essentiellement par manque de connaissances sur le vieillissement des fibres végétales, sur leurs interactions avec la matrice polymère et sur le comportement hydrothermique des composites biosourcés au cours du temps. Dans cette étude, nous avons étudié les cinétiques et mécanismes de sorption du matériau composite afin d’appréhender son comportement hydrique lors des vieillissements hydrothermiques par immersion dans l’eau à 23°C et 70°C. Cette étude a mis en évidence l’influence des fibres végétales sur les grandeurs caractéristiques de l’absorption en eau du matériau composite : forte prise en eau, gonflement anisotrope. Elle a également permis l’identification des mécanismes de dégradation des fibres de lin ; le rôle très nocif des résidus d’écorce rappelle l’importance du rouissage et du défibrage sur les performances de ces fibres. L’étude du comportement des constituants et du composite confrontés à des vieillissements hydrothermiques a ensuite été entreprise afin d’identifier et quantifier l’influence de chacun des matériaux constitutifs, ainsi que leur synergie. Il en ressort que la détérioration des fibres de lin est la principale cause de l’abattement des propriétés mécaniques du matériau composite. Si une immersion à 23°C pendant 70 jours n’a que peu d’effet sur les propriétés mécaniques, l’élévation de la température à 70°C induit des endommagements importants dès 14 jours d’immersion. La destruction des parois cellulaires et la dégradation des interfaces fibre/matrice sous l’effet de la présence d’eau détériorent le transfert de charge matrice/fibre. La corrélation entre les vieillissements accélérés et naturel a fait ressortir une similitude entre le maintien pendant 70 jours dans l’eau à 23°C et l’exposition aux conditions naturelles pendant 24 mois ; l’immersion à 70°C s’avère trop sévère. Une solution d’amélioration serait d’accentuer le rouissage des fibres afin de supprimer davantage les composés pectiques de la lamelle mitoyenne et de la paroi primaire. L’élimination de ces composés facilement hydrolysables par l’eau permettrait de prétendre à une meilleure qualité de l’interface fibres/matrice tout au long du vieillissement
A great number of plant fiber – reinforced polymer composites allowed substantial lightening of structures in various fields of application. However, the question remains about the durability of these parts in service, mainly for lack of knowledge about the aging of plant fibers, their interactions with the polymer matrix and the hydrothermal behavior of biosourced composites over time. In this work, water absorption mechanisms and kinetics by the composite material are studied in order to understand the hydric behavior during hydrothermal aging by immersion in deionized water at 23°C or 70°C. The results show that water absorption by the composite is characterized by a high water uptake and an anisotropic swelling. It also allowed the identification of the degradation mechanisms of flax fibers; the very harmful role of bark residues recalls the importance of retting and decortication on the performance of these fibers.The investigation of the behaviors of the constituents and the composite under hydrothermal aging was then undertaken with the aim to identify and quantify the influence of each on the constituent materials, as well as their synergy. It shows that the deterioration of the flax fibers is the main cause of the reduction of the mechanical properties of the composite. If immersion at 23 ° C for 70 days has little effect on the mechanical properties, raising the temperature to 70 ° C induces significant damage from 14 days of immersion. The destruction of the cell walls and the degradation of the fiber/matrix interfaces due to water deteriorate the load transfer efficiency by the fiber/matrix interface. The correlation between accelerated and natural aging showed a similarity between holding for 70 days in water at 23 ° C and exposure to natural conditions for 24 months; immersion at 70 ° C is too severe. An improvement solution would be to increase the retting of the fibers in order to further remove the pectic compounds from the middle lamella and the primary wall. The elimination of these compounds easily hydrolysable by water would claim to a better quality of the fiber / matrix interface throughout aging

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Al-Dodoee, Omar Hashim Hassoon. "Conception et optimisation des matériaux et structures composites pour des applications navales : effet du slamming." Thesis, Brest, 2017. http://www.theses.fr/2017BRES0050/document.

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Abstract:

L'interaction fluide-structure vise à étudier le contact entre un fluide et un solide. Ce phénomène est très présent lors de l’impact d’une vague sur une structure ou l’inverse. La réponse de la structure peut être fortement affectée par l'action du fluide. L'étude de ce type d'interaction est motivée par le fait que les phénomènes résultants sont parfois catastrophiques pour les structures composites ou constituent dans la majorité des cas un facteur dimensionnant important. Le fluide est caractérisé par son champ de vitesse et de pression. Il exerce des forces aérodynamiques ou hydrodynamiques sur l'interface de la structure qui subit des déformations sous leurs actions. Ces déformations peuvent affecter localement le champ de l'écoulement et donc les charges appliquées. Ce cycle des interactions entre le fluide et le solide est caractéristique du phénomène de slamming. Pour une conception optimale des structures marines, la vitesse du navire est devenue un paramètre important. Par conséquent, les exigences de conception ont été optimisées par rapport au poids structurel. D'autre part, l'apparition des structures composites au cours des dernières décennies a favorisé l'exploitation de ces matériaux dans les grands projets de construction pour les applications marines et aérospatiales. Ceci est dû à la nature de leurs propriétés mécaniques, car elles présentent un rapport rigidité / poids élevé. En revanche, l'interaction entre les structures déformables et la surface libre de l'eau peut affecter le flux du fluide en contact avec la structure ainsi que et les charges hydrodynamiques estimées par rapport au corps rigide, en raison de l'apparition des effets hydro-élastiques. En outre, ces structures sont toujours soumises à des mécanismes de dommages différents et complexes sous un chargement dynamique. Pour ces raisons, la flexibilité et les modes de défaillance dans les matériaux composites présentent une complexité supplémentaire pour prédire les charges hydrodynamiques lorsqu'il y a une interaction avec un fluide (l'eau). Ceci a présenté un défi majeur pour utiliser ces matériaux dans les applications maritimes. Par conséquent, une attention particulière doit être accordée dans la phase de conception et l'analyse des performances pendant l'utilisation à vie. Les principales contributions de ce travail sont l’étude expérimentale et numérique du comportement dynamique des panneaux composites et la quantification de l'effet de la flexibilité de ces panneaux composites sur les charges hydrodynamiques et les déformations résultantes. Pour étudier ces effets, des panneaux composites stratifiés et sandwichs avec deux rigidités différentes sont soumis à diverses vitesses d'impact à l'aide d'une machine de choc équipée d'un système de contrôle de la vitesse. La résistance dynamique a été analysée en termes de charges hydrodynamiques, de déformations dynamiques et de mécanismes de défaillance pour différentes vitesses d'impact. L'analyse des résultats expérimentaux a montré que l’effort maximal augmente avec l’augmentation de la flexibilité des panneaux. D'autre part, le modèle numérique de tossage a été implémenté dans le logiciel Abaqus / Explicit basé sur l'approche du modèle Couplé Euler Lagrange (CEL). En outre, différents modes de défaillance des matériaux composites ont été développés et implémentés à l'aide d'une subroutine « VUMAT » définie par l'utilisateur et mis en œuvre dans le code de calcul éléments finis. Pour couvrir tous les modes de défaillance possibles dans les structures composites, l’implémentation de l’endommagement comprend : la rupture intralaminar, la décohésion de l'interface peau / âme et le cisaillement de l’âme. La confrontation des résultats expérimentaux avec les modèles numériques sur la prédiction de la force hydrodynamique et de la déformation du panneau valide l’approche adoptée
Generally, when marine vessels encounter the water surface on entry and subsequently re-enter the water at high speed (slamming), this can subject the bottom section of the vessels to both local and global effects and generate unwanted vibrations in the structure, especially over very short durations. In marine design, the vessel speed has become an important aspect for optimal structure. Therefore, design requirements have been optimized in relation to the structural weight. In other hand, the appearance of the composite structures in the last decades has encouraged the exploitation of these structures in major construction projects for lightweight marine and aerospace applications. This is due to the nature of their mechanical properties which shows a high stiffness-to-weight ratio. In contrast, the interaction between deformable structures and free water surface can be modified the fluid flow and changed the estimated hydrodynamic loads comparing with rigid body, due to appearance of hydroelastic effects. Moreover, these structures are always subject to different and complex damage mechanisms under dynamic loading. For these reasons, the flexibility and the damage failure modes in composite materials introduce additional complexity for predicting hydrodynamic loads when interactive with water. This considered a key challenge to use these materials in marine applications. Therefore, special attention must be taken in the design phase and the analysis of performances during lifetime use. The main contributions of this work are the experimental and numerical study of the dynamic behavior of composite panels and the quantification of the effect of the flexibility of these structures on the hydrodynamic loads and the resulting deformations. To study these effects, laminate composite and sandwich panels with two different rigidities and subjected to various impact velocities have been investigated experimentally using high speed shock machine with velocity control system. The dynamic resistance was analysed in terms of hydrodynamic loads, dynamic deformation and failure mechanisms for different impact velocities. The general analysis of experiment results were indicated that more flexible panel has a higher peak force as velocity increases compared with higher stiffness panels. On the other hand, the slamming model was implemented in Abaqus/Explicit software based on Coupled Eulerian Lagrangian model approach (CEL). In addition, different damage modes are developed and constructed using a user-defined material subroutine VUMAT and implemented in Finite element method, including the intralaminar damage, debonding in skin/core interface, and core shear to cover all possible damage modes throughout structures. The numerical model gave a good agreement results in judging with experimental data for prediction of the hydrodynamic force and panel deformation. Additionally, this study gives qualitative and quantitative data which provides clear guidance in design phase and the evolution of performances during lifetime of composite structures, for marine structure designers

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Zinszner, Jean-Luc. "Identification des paramètres matériau gouvernant les performances de céramiques à blindage." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0337/document.

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Abstract:

Les céramiques sont couramment utilisées depuis les années 1960 comme matériaux constitutifs de blindages. En effet, grâce à leurs très bonnes propriétés physiques et mécaniques, elles permettent, pour un même niveau de protection, un gain de masse important par rapport aux blindages métalliques. Cependant, la microstructure d’une céramique peut avoir une forte influence sur sa résistance à l’impact. Le but de cette thèse est, à partir d’essais de caractérisation et en se basant sur l’utilisation de quatre nuances de carbure de silicium présentant des microstructures différentes, d’éclaircir les liens entre microstructure et performance à l’impact. Les campagnes expérimentales de compression dynamique et d’écaillage sont basées sur une utilisation innovante du moyen GEPI installé au CEA Gramat. Pour l’étude du comportement en compression dynamique des céramiques, il a permis d’utiliser la technique d’analyse lagrangienne et ainsi de remonter à l’évolution de la résistance des matériaux au cours du chargement. Pour les essais d’écaillage, il a permis, entre autres, une étude de la sensibilité à la vitesse de déformation de la résistance en traction dynamique. La caractérisation de la fragmentation dynamique est quant à elle basée sur des essais d’impact sur la tranche. Un essai innovant d’impact sur céramique préalablement fragmentée a également été dimensionné et réalisé. Ces différents essais expérimentaux ont permis de mettre en évidence et de comprendre l’influence de la microstructure du matériau sur son comportement face aux différents types de sollicitations. L’ensemble des résultats expérimentaux a été comparé à des simulations numériques permettant de valider les lois de comportement utilisées. Le modèle de fragmentation des matériaux fragiles DFH (Denoual-Forquin-Hild) a ainsi montré de très bonnes capacités à simuler le comportement des céramiques sous chargement de traction dynamique (écaillage et fragmentation)
Since the sixties, ceramics are commonly used as armour materials. Indeed, thanks to their interesting physical and mechanical properties, they allow a significant weight benefit in comparison to monolithic steel plate armours. However, the microstructure of the ceramic may have a strong influence on its penetration resistance. Based on characterisation tests and on the use of four silicon carbide grades, this work aims to highlight the links between the microstructure and the ballistic efficiency. Experimental compressive and spalling tests are based on the use of the GEPI device. For studying the compressive dynamic behaviour, it allows using the lagrangian analysis method and characterising the yield strength of the material. For studying the tensile dynamic behaviour, it allows assessing the strain-rate sensitivity of the spall strength. An analysis of the fragmentation process is performed based on Edge-On Impact tests. Moreover, an innovating impact test on fragmented ceramics has been designed and performed. The different experimental results allow a better understanding of the influence of the ceramic microstructure on its behaviour under the different loadings. All the experimental data have been compared to numerical results allowing validating the constitutive models. The DFH (Denoual-Forquin-Hild) damage model of brittle materials showed very good capacities to simulate the tensile dynamic behaviour of ceramics (spalling and fragmentation)

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Atiezo, Megbeme Komla. "Modélisation multi-échelle de l'endommagement dynamique des matériaux fragiles sous chargements complexes." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0212.

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Abstract:

Dans cette thèse, la modélisation de l’endommagement et de la rupture dynamique des matériaux quasi-fragiles est proposée en utilisant une approche double-échelle basée sur la méthode d’homogénéisation asymptotique. Des lois d’endommagement dynamique sont établies et des simulations numériques du comportement associé sont effectuées dans les cas de sollicitations correspondants aux trois modes classiques de la Mécanique de la Rupture. Le premier modèle d’endommagement dynamique est proposé pour le chargement en mode de cisaillement antiplan (mode III). La loi d’endommagement est déduite à partir d’un critère énergétique de type Griffith décrivant la propagation des microfissures, en utilisant la méthode de changement d’échelle basée sur des développements asymptotiques. Une étude locale de la réponse macroscopique prédite par ce nouveau modèle est faite pour mettre en évidence l’influence des paramètres, comme la taille de la microstructure et la vitesse de chargement, sur l’évolution de l’endommagement. Les résultats des simulations macroscopiques de rupture dynamique et les instabilités de branchement associées sont présentés et comparés à ceux des observations expérimentales. Le modèle est implémenté dans un code Éléments finis/Différences finies en utilisant le logiciel de calcul Matlab. Des simulations numériques de rupture rapide en mode d’ouverture (mode I) en utilisant une loi d’endommagement dynamique sont ensuite présentées. Le modèle utilisé pour ces simulations, est déduit à partir d’un critère microscopique de type Griffith en mode I en utilisant la méthode d’homogénéisation asymptotique. La loi d’endommagement obtenue est sensible à la vitesse de chargement qui influence le mode de rupture macroscopique. Des simulations numériques sont effectuées afin d’identifier les prédictions du modèle et les résultats obtenus sont comparés aux résultats expérimentaux. Différents tests, comme ceux de traction directe et de l’échantillon en forme de L pour les bétons, les essais d’impact sur des échantillons CCS en PMMA et le test d’impact de Kalthoff pour des roches calcaires sont reproduits numériquement. Ces simulations montrent que la vitesse de chargement détermine essentiellement la trajectoire de rupture macroscopique et la formation des branches associées, en accord avec les résultats expérimentaux. La loi a été implémentée dans le code d’éléments finis Abaqus/Explicit via une sub-routine VUMAT. Un troisième modèle d’endommagement est obtenu pour le mode de cisaillement plan (Mode II) par une démarche de modélisation double-échelle similaire à celle utilisée dans les deux premiers modèles, en tenant compte du contact unilatéral avec frottement sur les lèvres des microfissures. Une étude locale concernant l’effet du chargement de compression et du coefficient du frottement sur les fissures est faite. L’influence des paramètres comme la taille de la microstructure et la vitesse de déformation sur l’évolution de l’endommagement sont étudiés. Ces études sont complétées par des simulations des essais de rupture/frottement sur des échantillons en PMMA en utilisant le logiciel Abaqus/Explicit
In this thesis, the modeling of dynamic damage and failure of quasi-materials is addressed using a two-scale approach based on the asymptotic homogenization method. Dynamic damage laws are obtained and numerical simulations of the associated behavior are performed for loadings corresponding to the classical three modes of Fracture Mechanics. The first dynamic model of damage is proposed for the anti-plane shear loading case (Mode III). The damage evolution law is deduced from the Griffith’s energy criterion governing the dynamic propagation of microcracks, by using the homogenization method based on asymptotic expansions. A study of the local macroscopic response predicted by the new model is conducted to highlight the influence of parameters, like the size of the microstructure and the loading rate, on the evolution of damage. Results of macroscopic simulations of dynamic failure and the associated branching instabilities are presented and compared with those reported by experimental observations. The model is implemented in a Finite-Elements/Finite-Differences code using the Matlab software environment. Numerical simulations of rapid failure in opening mode (Mode I) are using a dynamic damage law are presented subsequently. The model is deduced from a microscopic Griffith type criterion describing the dynamic mode I propagation of microcracks, using the asymptotic homogenization approach. The resulting damage law is sensitive to the rate of loading that determines the macroscopic failure mode. Numerical simulations are performed in order to identify the model predictions and the obtained numerical results are compared with the experimental ones. Different tests, like the compact tension and L-shape specimen tests for concrete, the compact compression test for the PMMA brittle polymer and the Kalthoff impact test for limestone rocks, are considered in the numerical simulations. These simulations show that the loading rate essentially determines the macroscopic crack trajectory and the associated branching patterns, in agreement with the experimental results. The law has been implemented in a finite element code Abaqus/Explicit via a VUMAT subroutine. A third model of damage is obtained for the in-plane shear mode (Mode II) through a similar double-scale approach by considering unilateral contact with friction conditions on the microcracks lips. A local study concerning the effects of normal compression and of the friction coefficient is carried out. The influence of the size of the microstructure and the rate of loading on damage evolution is analyzed at the local level. These studies are completed by structural failure simulations of PMMA specimens using the Abaqus/Explicit finite element software

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Gbetchi, Kokouvi. "Multi-scale modeling of thermo-mechanical dynamic damage in quasi-brittle materials." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0049.

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Abstract:

Sous l’effet des impacts mécaniques, les structures constituées de matériaux fragiles peuvent être exposés à la rupture dynamique. La modélisation appropriée des mécanismes de rupture à différentes échelles d’observation et la prédiction de l’endommagement thermomécanique dans ces matériaux sont essentielles pour la conception de structures fiables. Des observations expérimentales sur la rupture dynamique des matériaux fragiles montrent des effets de refroidissement et d’échauffement importants à proximité d’une pointe de fissure. La modélisation du couplage thermomécanique lors de la rupture fragile a été entreprise, en général, sans tenir compte des aspects microstructuraux. L’objectif de cette thèse est de développer une procédure pour obtenir des lois d’endommagement thermomécaniques dans lesquelles l’évolution de l’endommagement est déduite à partir de la propagation des microfissures et des effets thermiques associés à l’échelle petite du matériau. Nous utilisons la méthode d’homogénéisation asymptotique pour obtenir la réponse macroscopique thermomécanique et d’endommagement du solide. Pour la propagation des microfissures, en mode I ou II, un critère de type Griffith est adopté. Des sources de chaleur sont considérés aux pointes des microfissures en mouvement, en lien avec l’énergie dissipée pendant la propagation. Nous considérons aussi des sources de chaleur représentant la dissipation par frottement sur les lèvres des microfissures qui se propagent en mode de cisaillement. Grâce à une analyse énergétique combinée avec la méthode d’homogénéisation nous obtenons des lois d’endommagement macroscopiques. Dans le système thermoélastique et d’endommagement ainsi obtenu, on identifie de forts couplages entre les champs mécaniques et thermiques. Le calcul des coefficients effectifs nous a permis d’étudier la réponse locale prédite par les nouveaux modèles. Cette réponse montre des effets de vitesse de déformation, de taille de la microstructure, de dégradation des propriétés thermoélastiques et des évolutions thermiques spécifiques engendrées par la microfissuration et le frottement à l’échelle petite du matériau. Dans l’équation macroscopique de la température, on retrouve des termes sources de chaleur distribuées en lien avec les dissipations d’endommagement et de frottement. L’implémentation de modèles d’endommagement dans un logiciel d’éléments finis nous a permis d’effectuer des simulations numériques à l’échelle des structures. Nous avons reproduit numériquement certains tests expérimentaux publiés dans la littérature concernant la rupture rapide d’échantillons de PMMA sous sollicitation d’impact. Les résultats des simulations obtenus sont en bon accord avec les observations expérimentales
Under impact mechanical loadings, structural components made of brittle materials may be exposed to dynamic failure. The appropriate modeling of the failure mechanisms at different scales of observation and the prediction of the corresponding thermomechanical damage evolution in such materials is essential for structural reliability predictions. Experimental observations on dynamic failure in brittle materials report important cooling and heating effects in the vicinity of the crack tip. Theoretical modeling of the thermo-mechanical coupling during fracture have been generally undertaken without accounting for microstructural aspects. The objective of the present thesis is to develop a procedure to obtain macroscopic thermo-mechanical damage laws in which the damage evolution is deduced from the propagation of microcracks and the associated small-scale thermal effects in the material. We use the asymptotic homogenization method to obtain the macroscopic thermo-mechanical and damage response of the solid. A Griffith type criterion is assumed for microcracks propagating in modes I or II. Heat sources at the tips of microcracks are considered as a consequence of the energy dissipated during propagation. Frictional heating effects are also considered on the lips of microcracks evolving in the shear mode. An energy approach is developed in combination with the homogenization procedure to obtain macroscopic damage laws. The resulting thermoelastic and damage system involves strong couplings between mechanical and thermal fields. Computation of the effective coefficients allowed us to study the local response predicted by the new models. The macroscopic response exhibits strain-rate sensitivity, microstructural size effects, degradation of thermoelastic properties and specific thermal evolutions due to microcracking and frictional effects at the small scale. Distributed heat sources are present in the macroscopic temperature equation linked to damage and frictional dissipations. The implementation of the proposed damage models in a FEM software allowed us to perform numerical simulations at the structural level. We reproduced numerically experimental tests reported in the literature concerning the rapid failure of PMMA samples impact. The results obtained in the simulations are in good agreement with the experimental observations

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Rukavina, Tea. "Multi-scale damage model of fiber-reinforced concrete with parameter identification." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2460/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, plusieurs approches de modélisation de composites renforcés par des fibres sont proposées. Le matériau étudié est le béton fibré, et dans ce modèle, on tient compte de l’influence de trois constituants : le béton, les fibres, et la liaison entre eux. Le comportement du béton est analysé avec un modèle d’endommagement, les fibres d'acier sont considérées comme élastiques linéaires, et le comportement sur l'interface est décrit avec une loi de glissement avec l’extraction complète de la fibre. Une approche multi-échelle pour coupler tous les constituants est proposée, dans laquelle le calcul à l'échelle macro est effectué en utilisant la procédure de solution operator-split. Cette approche partitionnée divise le calcul en deux phases, globale et locale, dans lesquelles différents mécanismes de rupture sont traités séparément, ce qui est conforme au comportement du composite observé expérimentalement. L'identification des paramètres est effectuée en minimisant l'erreur entre les valeurs calculées et mesurées. Les modèles proposés sont validés par des exemples numériques
In this thesis, several approaches for modeling fiber-reinforced composites are proposed. The material under consideration is fiber-reinforced concrete, which is composed of a few constituents: concrete, short steel fibers, and the interface between them. The behavior of concrete is described by a damage model with localized failure, fibers are taken to be linear elastic, and the behavior of the interface is modeled with a bond-slip pull-out law. A multi-scale approach for coupling all the constituents is proposed, where the macro-scale computation is carried out using the operator-split solution procedure. This partitioned approach divides the computation in two phases, global and local, where different failure mechanisms are treated separately, which is in accordance with the experimentally observed composite behavior. An inverse model for fiber-reinforced concrete is presented, where the stochastic caracterization of the fibers is known from their distribution inside the domain. Parameter identification is performed by minimizing the error between the computed and measured values. The proposed models are validated through numerical examples

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Tanne, Erwan. "Variational phase-field models from brittle to ductile fracture : nucleation and propagation." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX088/document.

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Abstract:

Les simulations numériques des fissures fragiles par les modèles d’endommagement à gradient deviennent main- tenant très répandues. Les résultats théoriques et numériques montrent que dans le cadre de l’existence d’une pre-fissure la propagation suit le critère de Griffith. Alors que pour le problème à une dimension la nucléation de la fissure se fait à la contrainte critique, cette dernière propriété dimensionne le paramètre de longueur interne.Dans ce travail, on s’attarde sur le phénomène de nucléation de fissures pour les géométries communément rencontrées et qui ne présentent pas de solutions analytiques. On montre que pour une entaille en U- et V- l’initiation de la fissure varie continument entre la solution prédite par la contrainte critique et celle par la ténacité du matériau. Une série de vérifications et de validations sur diffèrent matériaux est réalisée pour les deux géométries considérées. On s’intéresse ensuite à un défaut elliptique dans un domaine infini ou très élancé pour illustrer la capacité du modèle à prendre en compte les effets d’échelles des matériaux et des structures.Dans un deuxième temps, ce modèle est étendu à la fracturation hydraulique. Une première phase de vérification du modèle est effectuée en stimulant une pré-fissure seule par l’injection d’une quantité donnée de fluide. Ensuite on étudie la simulation d’un réseau parallèle de fissures. Les résultats obtenus montrent qu’il a qu’une seule fissure qui se propage et que ce type de configuration minimise mieux l’énergie la propagation d’un réseau de fractures. Le dernier exemple se concentre sur la stabilité des fissures dans le cadre d’une expérience d’éclatement à pression imposée pour l’industrie pétrolière. Cette expérience d’éclatement de la roche est réalisée en laboratoire afin de simuler les conditions de confinement retrouvées lors des forages.La dernière partie de ce travail se concentre sur la rupture ductile en couplant le modèle à champ de phase avec les modèles de plasticité parfaite. Grâce à l’approche variationnelle du problème on décrit l’implantation numérique retenue pour le calcul parallèle. Les simulations réalisées montrent que pour une géométrie légèrement entaillée la phénoménologie des fissures ductiles comme par exemple la nucléation et la propagation sont en concordances avec ceux reportées dans la littérature
Phase-field models, sometimes referred to as gradient damage, are widely used methods for the numerical simulation of crack propagation in brittle materials. Theoretical results and numerical evidences show that they can predict the propagation of a pre-existing crack according to Griffith’s criterion. For a one- dimensional problem, it has been shown that they can predict nucleation upon a critical stress, provided that the regularization parameter is identified with the material’s internal characteristic length.In this work, we draw on numerical simulations to study crack nucleation in commonly encountered geometries for which closed-form solutions are not available. We use U- and V-notches to show that the nucleation load varies smoothly from the one predicted by a strength criterion to the one of a toughness criterion when the strength of the stress concentration or singularity varies. We present validation and verification of numerical simulations for both types of geometries. We consider the problem of an elliptic cavity in an infinite or elongated domain to show that variational phase field models properly account for structural and material size effects.In a second movement, this model is extended to hydraulic fracturing. We present a validation of the model by simulating a single fracture in a large domain subject to a control amount of fluid. Then we study an infinite network of pressurized parallel cracks. Results show that the stimulation of a single fracture is the best energy minimizer compared to multi-fracking case. The last example focuses on fracturing stability regimes using linear elastic fracture mechanics for pressure driven fractures in an experimental geometry used in petroleum industry which replicates a situation encountered downhole with a borehole called burst experiment.The last part of this work focuses on ductile fracture by coupling phase-field models with perfect plasticity. Based on the variational structure of the problem we give a numerical implementation of the coupled model for parallel computing. Simulation results of a mild notch specimens are in agreement with the phenomenology of ductile fracture such that nucleation and propagation commonly reported in the literature

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Verdret, Yassine. "Analyse du comportement parasismique des murs à ossature bois : approches expérimentales et méthodes basées sur la performance sismique." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0010/document.

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Abstract:

Ce mémoire présente les travaux de thèse visant à étudier le comportement parasismique des éléments de murs à ossature en bois aux travers d’approches expérimentales et du développement d’une méthodologie d’application de méthodes basées sur la performance sismique. Les approches expérimentales sont constituées de trois campagnes d’essais : (1) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle d’assemblages agrafés et pointés, (2) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle de l’élément de mur à ossature en bois et (3) une série d’essais dynamiques sur table vibrante. La base de données constituée par les résultats d’essais permet alors l’examen des propriétés de résistance et de raideur des éléments de murs suivant les conditions de sollicitation (vitesse d’essai, chargement vertical). Le développement d’une modélisation à l’échelle macro du comportement cyclique et dynamique de tels éléments est également proposé à l’aide de modèles de loi de comportement hystérétiques. Une méthodologie d’application aux structures à ossature bois de méthodes basées sur la performance sismique (méthode N2 et MPA) ainsi qu’une analyse de vulnérabilité - construction de courbes de fragilité - à l’aide de la méthode N2 sont proposées
This thesis presents a study of the seismic behavior of light timber frame walls with stapled and nailed sheathings through experimental approaches and the development of a methodology for the application of seismic performance-based methods. The experimental approaches consist of three test campaigns: (1) a series of static tests on stapled and nailed connections, (2) a series of static tests performed on light timber frame walls and (3) a series of dynamic tests performed on light timber frame walls on a vibrating table. The database consists of these test results then allows the examination of strength and stiffness properties of the wall elements according to the stress conditions (strain rate, vertical load). The development of a macro-scale modeling of the cyclic and dynamic behavior of such elements is also proposed using constitutive law models. A framework of the application to light timber frame structures of seismic performance-based methods based (N2 method and MPA method) and a vulnerability analysis - fragility curves - using the N2 method are proposed

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Martin, Joannie. "Optimisation des paramètres expérimentaux pour l’analyse des fibres d’amiante par microscopie électronique en transmission." Thèse, 2016. http://hdl.handle.net/1866/18437.

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Abstract:

L'amiante est un matériau connu et utilisé par l'homme depuis près de 5000 ans, sa définition commerciale comprend six différents types de minéraux fibreux. En raison de leurs nombreuses propriétés thermiques et mécaniques, l'amiante a été exploité intensivement pour un usage industriel au cours du siècle dernier. Il est maintenant bien reconnu que l'exposition à l'amiante peut causer des dommages sévères pour la santé, son usage et exploitation sont donc bannis dans de nombreux pays et son exposition est strictement réglementée. L'application de ces divers règlements nécessite des méthodes d'analyse pour les soutenir. La microscopie électronique en transmission (MET) est l'outil le plus puissant et efficace pour l'analyse des fibres d'amiante. Des erreurs d’identifications causées par l’endommagement des fibres d'amiante peuvent cependant se produire, cette problématique a été étudiée en profondeur. Des fibres d'amiante amosite ont été initialement étudiées pour évaluer les dommages causés par le faisceau d'électrons du microscope électronique à transmission. Puisque les rapports d'intensité de rayons X élémentaires, obtenus par spectroscopie des rayons X en dispersion des énergies (EDS), sont couramment utilisés pour l'identification de l'amiante, l'impact de l’endommagement sur ces rapports a été mesuré. Il a été déterminé que le rapport magnésium/silicium était le plus sensible à l’endommagement causé par le faisceau d'électrons. Différents essais ont montré que la plupart des fibres ont un seuil de densité de courant au-dessus duquel la composition chimique de la fibre est modifiée. La valeur de ce seuil de densité de courant varie en fonction de la fibre. L'existence d'une valeur seuil de dose électronique a également été démontrée. Cette valeur est dépendante de la densité de courant utilisée, et peut être augmentée lorsqu’une période de récupération entre les expositions au faisceau d'électrons est octroyée. Cette étude a également permis d’établir que le courant du faisceau d'électrons est directement lié au taux d’endommagement au-dessus d'une densité de courant de 165 A/cm2. Des lignes directrices ont été établies afin de veiller à ce que les fibres d'amosite ne soient pas endommagées pendant l’analyse. Il a été déterminé que l'analyse doit être effectuée en dessous d'une densité de courant de 100 A/cm2. Dans la deuxième partie de cette étude, l'objectif principal était d'évaluer si la température est un facteur influençant l’endommagement des fibres d'amiante et, si oui, comment il peut être utilisé pour minimiser cet endommagement. Il a été constaté que l'abaissement de la température jusqu’à 123 K peut inhiber, pendant un temps donné, la manifestation de l’endommagement. La diminution significative de la diffusion des atomes à basse température empêche momentanément la perte de masse, ce qui réduit considérablement la possibilité d'une identification erronée des fibres d'amiante anthophyllite. Les résultats obtenus dans cette étude suggèrent fortement que le mécanisme d’endommagement prédominant est probablement lié au modèle d’endommagement par un champ électrique induit (DIEF). Dans un troisième temps, l'effet de la tension d'accélération sur l’endommagement de quatre types de fibres d'amiante différents; chrysotile, amosite, crocidolite et anthophyllite a été étudié. Les résultats démontrent que, contrairement à ce qui est généralement recommandé, il est préférable d'utiliser une tension d'accélération de 200 kV à 100 kV afin d'éviter l’endommagement. Les résultats mettent en lumière les mécanismes d'endommagement possibles; le plus prédominant semble être causé par un champ électrique induit, la radiolyse n’est toutefois pas exclue, mais semble de moindre importance et le « knock-on » est considéré comme négligeable dans les conditions utilisées.
Asbestos is a material known and used by man for nearly 5000 years, its commercial definition includes six different types of fibrous mineral. Because of their numerous thermal and mechanical properties, asbestos has been mined intensively for commercial use in the last century. It is now well recognized that asbestos exposure can cause severe damage to health and thus its use and exploitation is therefore banned in many countries and its exposure is strictly regulated. The application of those regulations requires rigorous analytical methods to support it. Transmission electron microscopy (TEM) is the most powerful and efficient tool for the analysis of asbestos fibers. However, identification errors caused by damage to asbestos fibers can occur and this problem has been investigated in depth. Asbestos amosite fibers were initially investigated to evaluate the damage caused by a transmission electron microscope electron beam. Since elemental x-ray intensity ratios obtained by energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) are commonly used for asbestos identification, the impact of beam damage on these ratios was measured. It was determined that the magnesium/silicon ratio was the most sensitive to damage caused by the electron beam. Various tests showed that most fibers have a current density threshold above which the chemical composition of the fiber is modified. The value of this threshold current density varied depending on the fiber. The existence of a threshold electron dose was also demonstrated. This value was dependent on the current density used and can be increased by providing a recovery period between exposures to the electron beam. This study also established that the electron beam current is directly related to the damage rate above a current density of 165 A/cm2. Guidelines were established in order to ensure that the amosite fibers are not damaged. It was determined that analysis should be conducted below a current density of 100 A/cm2. In the second part of this study, the main objective was to assess whether temperature is a factor influencing damage to asbestos fibers and, if so, how it can be used to minimize damage. It was found that lowering the temperature to 123 K can inhibit, for a given time, the manifestation of the damage. The significant decrease of atom diffusion at low temperature momentarily prevents mass loss, greatly reducing the possibility of misidentification of vi anthophyllite asbestos fibers. The results obtained in this study strongly suggest that the predominant mechanism damage is probably related to the induced-electric-field model. In a third part, the effect of the acceleration voltage on the damage of four different types of asbestos fibers; chrysotile, amosite, crocidolite and anthophyllite, was investigated. The results support the conclusion that contrary to what is usually recommended, it is best to use an acceleration voltage of 200 kV than 100 kV in order to avoid damage. The findings shed light on possible damage mechanisms; the most predominant seems to be caused by an induced electric field, radiolysis is not excluded but seems less important and knock-on is thought to be negligible for the conditions used.

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Haddad, Mohamed. "Développement d'un procédé d'enroulement filamentaire adapté aux matériaux composites sandwichs et caractérisation mécanique des matériaux." Thesis, 2017. http://www.theses.fr/2017ENAM0031/document.

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Abstract:

Les matériaux composites, et en particulier les sandwichs, sont très étudiés depuis des décennies. En effet, l'alliance entre légèreté et résistance de ces structures entraîne le développement de leur utilisation. Leur méthode de fabrication et éventuellement leur caractérisation restent des points essentiels dans la plupart des études. Ce travail s’inscrit dans le projet FUI SOLLICITERN qui vise à développer une citerne routière en matériau composite sandwich pour un véhicule d’hydrocurage. Comme première étape, et à partir du principe de l’enroulement filamentaire classique, l’objectif consiste à chercher des conceptions qui sont les mieux adaptées à l’enroulement d’un matériau sandwich sur un mandrin cylindrique, tout en respectant les paramètres de l’enroulement et leur influence sur la structure et les propriétés. La solution optimale étant validée, les matériaux constitutifs ont été étudié en mesurant de nombreuses propriétés mécaniques. L’objectif est de pouvoir aider le bureau d’étude à valider une solution de fabrication et de vérifier que les propriétés sont celles attendues. Pour ce faire, des caractérisations statique et dynamique ont menée sur des échantillons incurvés fabriqués par le procédé optimisé pour notre application. Cette partie comporte notamment différents essais expérimentaux dans le but de valider le comportement de la structure visée avec les dimensions et les combinaisons de matériaux les plus appropriées, en tenant compte du processus de fabrication. La meilleure configuration structurelle est retenue à la fin pour la fabrication de la citerne routière prototype
Composite materials, and especially sandwich structures, have been studied for decades. Indeed, the association between lightness and resistance of these structures leads to the development of their use. Their manufacturing method and their characterization remain as essential points in most studies. This work is part of the FUI SOLLICITERN project, which aims to design a composite water treatment tank for vehicles intended for this purpose. As a first step, and based on the classical filament winding principal, we aim to search designs that are best adapted to the fabrication of a curved sandwich material on a cylindrical mandrel, while respecting the process parameters of and their influence on structural properties. Since an optimal solution was validated, the constituent materials were studied by measuring mechanical properties. The objective is to help our industrial partner to validate a manufacturing solution and verify that such properties are the expected ones. For that, several static and dynamic characterizations were carried out on curved samples manufactured by the optimized process designed for our application. This part includes various experimental tests in order to validate the structure behavior with the most appropriate dimensions and material combinations, taking into account the manufacturing process. At the end, the best structural configuration is retained for the first tank prototype fabrication

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Dissertations / Theses on the topic 'Mécanisme d’endommagement'

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