Academic literature on the topic 'Meta-structures'

Pendant sa mission opérationnelle, un moyen de transport est soumis à des excitations acoustiques, aérodynamiques et structurales à large bande. Les moyens de transport, tels que les avions, les lanceurs spatiaux, les bateaux, les voitures, les trains, etc., sont conçus pour accomplir un objectif principal, généralement de transférer une charge utile (passagers, marchandises, satellites, par exemple) d’un point à un autre, en maintenant toujours un niveau élevé de confort, de sécurité et de capacité de survie de la charge utile. Les réglementations nationales et internationales en matière de pollution sonore sont de plus en plus strictes ; les scientifiques et les acteurs industriels sont confrontés à ces défis de développement de nouveaux matériaux et de nouveaux choix de conception.Les matériaux composites, les géométries complexes et les nouvelles conceptions sont étudiés, ce qui rend l’étude et la prédiction de la réponse vibro-acoustique de ces structures un défi énorme. La complexité rend la dérivation des modèles analytiques plus difficile à obtenir ; l’utilisation d’outils numériques est d’une importance cruciale. L’une des méthodes les plus utilisées est la modélisation par éléments finis (FE), mais l’énorme quantité de degrés de liberté associée à un coût de calcul élevé limite son utilisation dans la gamme de basses fréquences. Au cours des dernières décennies, différentes méthodes sont dérivées pour obtenir les caractéristiques de dispersion des structures ; l’une des plus courantes est la méthode des éléments finis ondulatoire (WFEM), qui est basée sur la propagation des ondes. Cette méthode a été appliquée sur diverses structures simples et complexes, dérivant une formulation soit 1D que 2D, également étendu à des structures courbes.Récemment, une approche énergétique a été dérivée à partir de la méthode de Prony : la méthode de corrélation d’onde inhomogène (IWC). Cette approche trouve son applicabilité dans la gamme de fréquence moyenne et haute, où le chevauchement modal est assez élevé. La méthode IWC est basée sur la projection du champ d’onde sur une onde itinérante inhomogène. Le nombre d’onde dominant, à chaque fréquence, est obtenu par maximisation de la fonction de corrélation entre le champ d’onde projet\'e et l’onde inhomogène.Dans ce contexte, une version étendue de la méthode IWC est dérivée, permettant de décrire les courbes de dispersion des structures complexes : plaques étroites périodiques, plaques composites, panneaux raidis, panneaux composites courbes et panneaux raidis courbes. La méthode a l’avantage d’être applicable dans un environnement opérationnel, en utilisant des emplacements d’acquisition clairsemés. Une analyse complète des caractéristiques de dispersion est effectuée, même en présence d’éléments périodiques et de dispositifs de contrôle des vibrations, décrivant les écarts de bande directement corrélés dans certaines régions de fréquence et l’atténuation du niveau de vibration. Une estimation numérique et expérimentale du facteur de perte d’amortissement structurel est calculée. Une description de la dynamique locale en présence de résonateurs à petite échelle, de l’effet de la périodicité et de l’identification du comportement multimodale sont également capturés.Tous les résultats des simulations numériques sont validés expérimentalement sur des meta-structures complexes à grande échelle, comme un panneau sandwich imprimé en 3D, un panneau courbé sandwich en composite et un panneau d'avion en aluminium. L’effet des résonateurs à petite échelle imprimés en 3D à orientation industrielle sur la réponse vibro-acoustique des structures considérées est réalisé en tenant compte soit de l'excitation champ acoustique diffus et de l'excitations mécaniques<br>During its operational mission, a transportation mean is subject to broadband acoustic, aerodynamic and structure-borne excitations. The transportation means, such as aircrafts, space launchers, ships, cars, trains, etc., are designed to accomplish a primary goal, usually to transfer a payload (passengers, goods, satellites, for example) from a point to another, always keeping a high level of comfort, safety and survivability of the payload. National and international regulations about noise pollution are more and more stringent; scientists and industrial players are facing with these challenges developing new materials and new design choices. Composite materials, complex geometries and new design concepts are investigated, making the analysis and the prediction of the vibroacoustic response of these structures a huge challenge. The complexity makes the derivation of analytical models harder to obtain; the use of numerical tools is of crucial importance. One of the most employed method is the Finite Element (FE) modeling, but the huge amount of degrees of freedom together with a high computational cost limits its use in the low frequency range. In the last decades, different methods are derived to obtain the dispersion characteristics of the structures; one of the most common is the Wave Finite Element Method (WFEM), that is based on the wave propagation. This method has been applied on various simple and complex structures, deriving both 1D and 2D formulations, extended also to curved structures. Recently, an energetic approach has been derived starting from the Prony’s method, the Inhomogeneous Wave Correlation (IWC) method. This approach has its applicability in the mid-high frequency range, where the modal overlap is quite high. The IWC method is based on the projection of the wavefield on an inhomogeneous traveling wave. The dominant wavenumber, at each frequency, is obtained by maximization of the correlation function between the projected wavefield and the inhomogeneous wave. In this context, an extended version of the IWC method is derived, allowing to describe the dispersion curves of complex structures: periodic narrow plates, composite plates, ribbed panels, composite curved shells and curved stiffened structures. The method has the advantage to be applied in an operational environment, making use of sparse acquisition locations. A complete dispersion characteristics analysis is conducted, even in presence of periodic elements and vibration-control devices, describing the directly correlated band-gaps in certain frequency regions and general vibration level attenuation. A numerical and experimental estimation of the structural damping loss factor is computed. A description of the local dynamics in presence of small-scale resonators, of the periodicity effect and the identification of the multi-modal behavior are also captured. All the results of the numerical simulations are experimentally validated on complex large-scale meta-structures, such as a 3D-printed sandwich panel, a curved composite laminated sandwich panel and a aluminum aircraft sidewall panel. The effect of industrially-oriented 3D-printed small-scale resonators on the vibro-acoustic response of the considered structures is conducted, taking in account both diffuse acoustic field and mechanical excitations<br>Tijdens zijn operationele opdracht, is een vervoersgemiddelde onderworpen aan breedband akoestische, aërodynamische en structuur - gedragen excitaties. De transportmiddelen, zoals vliegtuigen, ruimtelanceerders, schepen, auto’s, treinen, enz., zijn ontworpen om een primair doel te verwezenlijken, gewoonlijk om een lading (passagiers, goederen, satellieten, bijvoorbeeld) van een punt naar een andere over te brengen, altijd houdend een hoog niveau van comfort, veiligheid en overleefbaarheid van de lading. De nationale en internationale regelgeving inzake geluidshinder is steeds strenger; wetenschappers en industriële spelers worden geconfronteerd met deze uitdagingen bij de ontwikkeling van nieuwe materialen en nieuwe ontwerpkeuzes. Samengestelde materialen, complexe geometrieën en nieuwe ontwerpconcepten worden onderzocht, waardoor de studie en de voorspelling van de vibroakoestische respons van deze structuren een enorme uitdaging. De complexiteit maakt de afleiding van analytische modellen moeilijker te verkrijgen; het gebruik van numerieke tools is van cruciaal belang. Een van de meest gebruikte methoden is de FE-modellering (Finite Element), maar de enorme hoeveelheid vrijheidsgraden in combinatie met hoge computerkosten beperkt het gebruik ervan in het lage frequentiebereik. In de afgelopen decennia zijn verschillende methoden afgeleid om de verspreidingskenmerken van de structuren te verkrijgen; een van de meest voorkomende methoden is de Wave Finite element Method (WFEM), die gebaseerd is op de golfvoortplanting. Deze methode is toegepast op verschillende eenvoudige en complexe structuren, die een 1D- en 2D-formulering afleiden, ook uitgebreid tot gebogen structuren. Onlangs is een energieke benadering afgeleid van de methode van Prony, de Inhomogeneous Wave Correlation (IWC) methode. Deze benadering heeft haar toepasbaarheid in het middenhoge frequentiebereik, waar de modale overlapping vrij hoog is. De IWC-methode is gebaseerd op de projectie van het golfveld op een inhomogene golf. De dominante golvenumber wordt bij elke frequentie verkregen door maximalisatie van de correlatiefunctie tussen het geprojecteerde golfveld en de inhomogene golf. In dit verband wordt een uitgebreide versie van de IWC-methode afgeleid, waarmee de verspreidingscurves van complexe structuren kunnen worden beschreven: Periodieke smalle platen, samengestelde platen, geribde panelen, samengestelde gebogen schalen en gebogen geribbelde panelen. De methode heeft het voordeel om te worden toegepast in een operationele omgeving, waarbij gebruik wordt gemaakt van sparse acquisitielocaties. Er wordt een volledige analyse van de verspreidingskenmerken uitgevoerd, zelfs in aanwezigheid van periodieke elementen en apparatuur voor trillingscontrole, die de direct met elkaar verband houdende bandhiaten in bepaalde frequentiegebieden en de verzwakking van het trillingsniveau beschrijven. Er wordt een numerieke en expexiii rimentele schatting van de verliesfactor van de structurele demping berekend. Een beschrijving van de lokale dynamiek in aanwezigheid van kleinschalige resonatoren, van het periodiciteitseffect en de identificatie van het multimodale gedrag worden ook vastgelegd. Alle resultaten van de numerieke simulaties worden experimenteel gevalideerd op complexe grootschalige meta-structuren, zoals een 3D-gedrukt sandwichpaneel, een gebogen samengesteld gelamineerd sandwichpaneel en een aluminium zijpaneel aan de zijkant van het vliegtuig. Het effect van industrieel georiënteerde 3D-gedrukte kleinschalige resonatoren op de trillings-akoestische respons van de overwogen structuren wordt uitgevoerd, waarbij rekening wordt gehouden met zowel diffuus akoestisch veld als mechanische excitaties

Otimização estrutural é uma área relativamente nova que vem sendo cada vez mais explorada. Existem muitos métodos clássicos, e outros mais recentes vem surgindo para disputar em eficiência, confiabilidade e rapidez na obtenção de um resultado ótimo. Os algoritmos são classificados em algoritmos determinísticos, que utilizam a informação do gradiente, ou seja, usam os valores das funções e suas derivadas, e os meta-heurísticos, algoritmos de otimização aleatórios que são métodos probabilísticos não baseados em gradiente, ou seja, usam somente a avaliação da função objetivo. São apresentados dois algoritmos meta-heurísticos relativamente recentes: o Harmony Search, baseado na improvisação musical em busca da harmonia perfeita, e o Firefly Algorithm, que é inspirado no comportamento da luz dos vagalumes. Vários exemplos clássicos de treliças 2-D e 3-D considerando otimização paramétrica e de forma, com restrições de tensão, deslocamento, flambagem e frequência natural, são apresentados para demonstrar a eficiência dos métodos. Os resultados são comparados aos de outros autores usando diferentes métodos encontrados na literatura. Os resultados indicam que os algoritmos de otimização estudados neste trabalho são melhores ou tão eficientes quanto os demais. Por fim, os métodos são aplicados à estrutura de um projeto de engenharia adaptado.<br>Structural optimization is a relatively new area that has been increasingly exploited. There are many classical methods, and newer are emerging to compete on efficiency, reliability and speed in obtaining an optimal result. The algorithms are classified into deterministic algorithms, which use the gradient information, i.e., use the values of the functions and their derivatives, and meta-heuristic algorithms, random optimization methods which are probabilistic methods not based on gradient, i.e., they use only objective function evaluation. Two relatively recent meta-heuristics algorithms are presented, Harmony Search, based on musical improvisation in search of the perfect harmony, and Firefly Algorithm, which is inspired by the behavior of the light of fireflies. Several benchmarks of 2-D and 3-D trusses considering size and shape optimization, with stress, displacement, buckling and natural frequency constraints, are presented to demonstrate the effectiveness of the methods. The results are compared to the others authors using different methods found in the literature. The results indicate that optimization algorithms studied in this work are better than or as efficient as others. Finally, the methods are applied to the structure of an adapted engineering design.

Objective Genetic factors play an important role in modulating the vulnerability to body mass index (BMI). The purpose of this study is to identify novel genetic variants for BMI using genome-wide association (GWA) meta-analysis. Methods PLINK software was used to perform meta-analysis of two GWA studies (the FUSION and Marshfield samples) of 5218 Caucasian individuals with BMI. A replication study was conducted using the SAGE sample with 762 individuals. Results Through meta-analysis we identified 33 SNPs associated with BMI with p < 10− 4. The most significant association was observed with rs2967951 (p = 1.19 × 10− 6) at 5p15.2 within ROPN1L gene. Two additional SNPs within ROPN1L and 5 SNPs within MARCH6 (the top SNP was rs2607292 with 4.27 × 10− 6) further supported the association with BMI on 5p15.2 (p < 1.8 × 10− 5). Conditional analysis on 5p15.2 could not distinguish the effects of ROPN1L and MARCH6. Several SNPs within MARCH6 and ROPN1L were replicated in the SAGE sample (p < 0.05). Conclusion We identified a novel locus for BMI. These findings offer the potential for new insights into the pathogenesis of BMI and obesity and will serve as a resource for replication in other populations to elucidate the potential role of these genetic variants in BMI and obesity.

L'optimisation des structures est un processus essentiel dans la conception des systèmes mécaniques et électroniques. Cette thèse s'intéresse à la résolution des problèmes mono-objectifs et multi-objectifs des structures mécaniques et mécatroniques. En effet, les industriels ne sont pas seulement préoccupés à améliorer les performances mécaniques des pièces qu'ils conçoivent, mais ils cherchent aussi à optimiser leurs poids, leurs tailles, ainsi que leurs coûts de production. Pour résoudre ce type de problème, nous avons fait appel à des métaheuristiques robustes qui nous permettent de minimiser le coût de production de la structure mécanique et de maximiser le cycle de vie de la structure. Alors que des méthodes inappropriées de l'évolution sont plus difficiles à appliquer à des modèles mécaniques complexes en raison de temps calcul exponentiel. Il est connu que les algorithmes génétiques sont très efficaces pour les problèmes NP-difficiles, mais ils sont très lourds et trop gourmands quant au temps de calcul, d'où l'idée d'hybridation de notre algorithme génétique par l'algorithme d'optimisation par essaim de particules (PSO) qui est plus rapide par rapport à l'algorithme génétique (GA). Dans notre expérimentation, nous avons obtenu une amélioration de la fonction objectif et aussi une grande amélioration de la minimisation de temps de calcul. Cependant, notre hybridation est une idée originale, car elle est différente des travaux existants. Concernant l'avantage de l'hybridation, il s'agit généralement de trois méthodes : l'hybridation en série, l'hybridation en parallèle et l'hybridation par insertion. Nous avons opté pour l'hybridation par insertion par ce qu'elle est nouvelle et efficace. En effet, les algorithmes génétiques se composent de trois étapes principales : la sélection, le croisement et la mutation. Dans notre cas, nous remplaçons les opérateurs de mutation par l'optimisation par essaim de particules. Le but de cette hybridation est de réduire le temps de calcul ainsi que l'amélioration la solution optimale.

Ce travail concerne l’étude de deux dispositifs coplanaires de type composite main droite/gauche (CRLH : composite right left handed). Il s’agit d’un résonateur d’ordre zéro (ZOR) et d’une ligne méta-matériaux (méta-ligne). Dans la première partie du mémoire, des généralités sur des méta-matériaux et des méta-lignes et quelques domaines d’applications sont présentés. Ensuite, des dispositifs agiles en fréquences de types composites CRLH sont décrites et en particuliers ceux à composites à bases de nanoparticules magnétiques réalisés dans ces travaux de thèse. L’agilité en fréquence recherchée a été obtenue avec moins de pertes dans les dispositifs. La deuxième partie concerne la caractérisation électromagnétique (EM) de sol-gel. Quelques méthodes de caractérisations EM sont présentées. Ensuite, celles qui ont été utilisées pour caractériser les composites solgel magnétiques. La troisième partie est vouée aux démarches technologiques et résultats expérimentaux sur les méthodes de caractérisation EM. Quelques procédés de dépôts ont été énumérés. Les propriétés EM complexes (ℰ* et μ*) de so-gel dopé ont été déterminées<br>This work concerns the study of two type coplanar devices composite right / left handed (CRLH). It is about a zero order resonator (ZOR) and a metamaterial line (meta-line). In the first part, brief generalities on metamaterials, meta-lines and some domain of application are presented. Then tunable devices in frequency CRLH composite types are described and particularly those made of magnetic nanoparticles (sol-gel) made in the this work. The desired frequency agility was achieved with less loss in the devices. The second part concerns the doped sol -gel electromagnetic characterization. Some methods for electromagnetic characterization are presented. Then, those which have been used to characterize the sol-gel are presented. The third part is devoted to technological approaches and experimental results on electromagnetic characterization methods. Some deposition processes have been listed. The electromagnetic complex properties (ℰ* et μ*)of magnetic so-gel were determined

Dans cette thèse, la définition et les effets de la quasi-périodicité dans la structure périodique sont étudiés. Plus important encore, l'analyse de la présence de faibles irrégularités dans les structures périodiques et de son impact significatif sur les réponses vibroacoustiques des systèmes élastiques est abordée. Dans la littérature, il a déjà été montré qu'un panneau sandwich optimisé par rapport aux performances vibroacoustiques et doté de propriétés aléatoires ajoutées du noyau pouvait présenter des caractéristiques de bande d'arrêt dans certaines gammes de fréquences. Par conséquent, une cible supplémentaire peut consister à encadrer la propriété susmentionnée sous la méthode des éléments finis vagues (WFEM) afin d’aboutir à certaines directives de conception. Dans ce travail, (1) sont présentées des études numériques de l'analyse vibrationnelle de faisceaux finis, périodiques et quasi-périodiques 1D. Le contenu traite des modèles d'éléments finis de faisceaux axés sur l'analyse spectrale et les réponses forcées amorties. La quasi-périodicité est définie en appelant la séquence de Fibonacci pour construire les variations affectées (géométrie et matériau) le long de la plage du modèle d'éléments finis dans une direction. De même, la même plage est utilisée comme une super unité cellulaire avec WFEM pour analyser les systèmes périodiques infinis. (2) La méthode de variation avec un algorithme développé est également considérée pour rechercher le déséquilibre géométrique d'impédance le plus efficace des cellules unitaires pour le contrôle des vibrations. (3) Des études numériques et des mesures expérimentales sur des réseaux bidimensionnels périodiques et quasi périodiques sont ainsi effectuées. Les validations expérimentales sont effectuées en comparant le réseau quasi-périodique simulé en utilisant la modélisation WFEM avec un prototype fabriqué par usinage laser. Les principaux résultats montrent que, en considérant à la fois les ondes élastiques longitudinales et de flexion dans les faisceaux 1D, les gammes de fréquences correspondant aux bandes interdites sont étudiées. Dans les structures 2D, les caractéristiques des ondes du réseau quasi-périodique introduisent la possibilité de concevoir des bandes d'arrêt de fréquence plus larges dans les gammes de basses fréquences. Elles présentent certains éléments novateurs et pourraient être prises en compte pour la conception de filtres structurels et le contrôle des propriétés des ondes élastiques. Les résultats obtenus dans cette thèse montrent que le faisceau avec les caractéristiques de Fibonacci et les panneaux avec les caractéristiques de Thue-Morse peuvent améliorer les performances en termes d’atténuation sans pénalité de poids, ce qui peut être un avantage pour les méta-matériaux<br>In this thesis, the definition and effects of quasi-periodicity in periodic structure are investigated. More importantly, the presence of irregularity in periodic structures and its significant impact in vibroacoustic responses of elastic systems are analyzed. In the extant literature, it has already shown that a sandwich panel, optimized for vibroacoustic performance with added random properties of the core, can exhibit stop band characteristics in some frequency ranges. Therefore, an additional target can exist in framing the abovementioned property under the Wave Finite Element Method (WFEM) for resulting in some design guideline. In this paper, (1) the numerical stud- ies of the vibrational analysis of 1D finite, periodic, and quasi-periodic beams are presented. The paper's content deals with the finite element models of beams focusing on spectral analysis and the damped forced responses. The quasi-periodicity is defined by invoking the Fibonacci sequence for building the assigned variations (geometry and material) along the span of the finite element model in one direction. Similarly, the same span is used as a super unit cell with WFEM for analyzing the infinite periodic systems. (2) The method of variation with a developed algorithm is also considered to find the most efficient geometrical impedance mismatch behavior of unit cells for vibration control. (3) Numerical studies and experimental measurements on 2D periodic and quasi-periodic lattices are thus performed. Experimental validations are performed by comparing the quasi-periodic lattice simulated by using WFEM modelling, with a prototype manufactured by laser machin- ing. Based on the major findings, and considering both longitudinal and flexural elastic waves in 1D beams, the frequency ranges corresponding to band gaps are investigated. In the 2D structures, the wave characteristics in the quasi-periodic lattice introduce the possibility of designing wider fre- quency stop bands in low frequency ranges, and presents some elements of novelty; moreover, they can be considered for designing structural filters and controlling the properties of elastic waves. The results obtained in this study show that the beam with Fibonacci characteristics and panels with Thue- Morse characteristics can improve performances in terms of attenuation level without weight penalty, which can be an asset for metamaterials

Na presente tese é resolvida a equação de difusão de nêutrons estacionária, bem como problemas de cinética, em geometria unidimensional cartesiana multi-região considerando o modelo de multigrupos de energia. Um dos objetivos e inovação neste trabalho é a obtenção de uma solução aproximada com estimativa de erro, controle de precisão e na forma de uma expressão analítica. Com esse tipo de solução não há a necessidade de recorrer a esquemas de interpolação, geralmente necessários em caso de discretizações do domínio. O fluxo de nêutrons é expandido em uma série de Taylor cujos coeficientes são encontrados utilizando a equação diferencial e as condições de contorno e interface. O domínio é dividido em várias células, cujo tamanho e o grau do polinômio são ajustáveis de acordo com a precisão requerida. Para resolver o problema de autovalor é utilizado o método da potência. A metodologia é aplicada em um benchmark que consiste na solução da equação de difusão como condição inicial e na solução de problemas de cinética para diferentes transientes. Os resultados são comparados com sucesso com resultados da literatura. A convergência da série é garantida pela aplicação de um raciocínio baseado no critério de Lipschitz para funções contínuas. Cabe ressaltar que a solução obtida, em conjunto com a análise da convergência, mostra a solidez e a precisão dessa metodologia.<br>In the present dissertation the one-dimensional neutron diffusion equation for stationary and kinetic problems in a multi-layer slab has been solved considering the multi-group energy model. One of the objectives and innovation in this work is to obtain an approximate solution with error estimation, accuracy control and in the form of an analytical expression. With this solution there is no need for interpolation schemes, which are usually needed in case of discretization of the domain. The neutron flux is expanded in a Taylor series whose coefficients are found using the differential equation and the boundary and interface conditions. The domain is divided into several layers, whose size and the polynomial order can be adjusted according to the required accuracy. To solve the eigenvalue problem the conventional power method has been used. The methodology is applied in a benchmark problem consisting of the solution of the diffusion equation as an initial condition and solving kinetic problems for different transients. The results are compared successfully with the ones in the literature. The convergence of the series is guaranteed by applying a criterion based on the Lipschitz criterion for continuous functions. Note that the solution obtained, together with the convergence analysis, shows the robustness and accuracy of this methodology.

Thesis (Ph. D.)--Worcester Polytechnic Institute.<br>Keywords: Meta modeling; schema change; frameworks; integration; schema heterogeniety; schema modeling. Includes bibliographical references (p. 381-395).