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Institut Clément Ader (Toulouse / 2009-....).

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Most widely held works by Institut Clément Ader (Toulouse / 2009-....).
Elaboration et étude des propriétés mécaniques et thermiques de matériaux constitués de nanotubes de carbone verticalement alignés by Jonathan Bouillonnec( Book )

2 editions published in 2015 in French and held by 3 WorldCat member libraries worldwide

Vertically aligned carbon nanotube carpets are potential candidates for applications such as interconnections or thermal interface materials (TIMs). This research work deals with the synthesis of aligned carbon nanotube carpets from the aerosol assisted chemical vapour deposition (CVD) technique, with the elaboration of nanocomposites made of different grades of epoxy matrix infiltrated within these carpets, as well as the study of both longitudinal and transverse mechanical and thermal properties of dry carpets themselves and 1D-nanocomposites separately. The synthesis conditions notably enable to vary characteristics of the differents carpets such as their thickness, their density, the mean external diameter of the carbon nanotubes (CNT), the intertube space and the CNT volume fraction, whereas their crystalline structure can be modified with a high temperature thermal treatment. The main goal of this work is to prove and quantify the effect of some of the characteristics of the carbon nanotubes carpets on both mechanical and thermal properties of the different kinds of CNT carpets and resulting composite materials. The two impregnation methods used, liquid way and infusion, lead to dense CNT carpets with a preserved alignment of the CNT and an homogeneous distribution of these latest within the epoxy system. The CNT volume content is evidenced as the key-parameter exacerbating the mechanical and thermal properties mainly in the longitudinal direction compared with the alignment axis of the CNTs. Moreover the mechanical and thermal conduction properties of the CNT carpets and the 1D-nanocomposites are clearly increased when the crystalline structure of the CNT is improved. The significant increasing of the properties brought by the vertically aligned CNT within these anisotropic 1D-nanocomposites compared with the only organic matrixes is promising and opens new pathways aiming to meet the latest specifications related to multifunctionnality in fields such as aeronautics and aerospace
La voie sol-gel pour la mise en oeuvre de barrières thermiques aéronautiques : optimisation du procédé et étude de leur comportement mécanique by Fabien Blas( Book )

2 editions published in 2016 in French and held by 3 WorldCat member libraries worldwide

Les principaux objectifs de ces travaux de thèse sont d'une part d'optimiser le protocole d'élaboration des barrières thermiques (BT) issues de la voie sol-gel et d'autre part de caractériser l'adhérence de ces barrières thermiques mais aussi de proposer des pistes en vue d'augmenter la durée de vie de celles-ci. Tout d'abord, une première étude a porté sur le choix et la validation d'un nouvel agent dispersant pour optimiser la formulation du sol chargé permettant la mise en forme des barrières thermiques. Ainsi, ce changement de dispersant a généré une microstructure conduisant à une augmentation significative de la durée de vie du système en oxydation cyclique mais a aussi permis de simplifier le protocole d'élaboration puisque l'étape de colmatage, jusqu'alors nécessaire, a été supprimée. L'étude paramétrique de la microstructure surfacique des barrières thermiques a montré que le réseau de microfissures formé initialement restait stable en fonction du vieillissement avec la création d'un sous-réseau microfissuré. Pour comprendre les mécanismes d'endommagement des barrières thermiques sol-gel et les confronter à ceux des barrières thermiques industrielles EB-PVD, la méthode d'indentation interfaciale a été retenue pour sonder l'interface revêtement/substrat. Ainsi des valeurs de ténacités apparentes ont pu être déterminées afin de comparer les adhérences des BTSG et des BTEB-PVD. A partir de ces résultats, des modèles phénoménologiques d'endommagement ont été imaginés. Pour les BTEB-PVD, l'initiation et la propagation de fissures restent localisées à l'interface barrière thermique/sous-couche de liaison, d'un coté ou de l'autre de l'oxyde de croissance selon les conditions, alors que pour les BTSG, l'endommagement est induit par la libération d'énergie élastique stockée dans le système qui augmente en fonction du vieillissement
Stéréo corrélation d'images numériques éléments finis : application à la validation de modèles de structures composites sous sollicitations complexes by Jean-Emmanuel Pierré( Book )

2 editions published in 2016 in French and held by 3 WorldCat member libraries worldwide

VERTEX Project, to which this thesis belongs, aims to validate composite models by multi-axial static tests on specimens at the level of structural details. The positioning on this scale requires the development of both new instrumentation techniques and tools for the test/simulation dialogue, which are at the heart of this thesis. Given the complexity of this type of experiments, we focus here on Stereo Digital Image Correlation (SDIC) since it yields 3D displacement fields on the surface of the specimen. However, if we stick to conventional approaches, it is difficult to make quantitative comparisons between a measured field and a Finite Element (FE) simulated field. Thus, in this work, a framework is developed to make a measurement by SDIC in the physical coordinate system based on an FE model (calibration of non-linear camera models , FE shape measurement, FE field measurement). This method gives access to experimental displacement fields directly expressed both in the coordinate system and support of the FE simulation, which considerably simplifies validation. To validate a model at the scale of structural details, the question of boundary conditions is fundamental. This question is even more complex since the kinematic measurement is limited to the visible surface. In addition to this surface measurement, it is here envisioned to estimate additionally the boundary conditions in the thickness of the specimen relying on a plate/shell-like model (classic or volume). Different approaches are considered depending on the confidence giving to this model. This methodology is implemented in an academic software and is applied to synthetic tests. The development of a dedicated instrumentation also allowed the analysis of tests performed on the VERTEX bench
Méthode d'analyse de sensibilité et propagation inverse d'incertitude appliquées sur les modèles mathématiques dans les applications d'ingénierie by Iman Alhossen( Book )

2 editions published in 2017 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Dans de nombreuses disciplines, les approches permettant d'étudier et de quantifier l'influence de données incertaines sont devenues une nécessité. Bien que la propagation directe d'incertitudes ait été largement étudiée, la propagation inverse d'incertitudes demeure un vaste sujet d'étude, sans méthode standardisée. Dans cette thèse, une nouvelle méthode de propagation inverse d'incertitude est présentée. Le but de cette méthode est de déterminer l'incertitude d'entrée à partir de données de sortie considérées comme incertaines. Parallèlement, les méthodes d'analyse de sensibilité sont également très utilisées pour déterminer l'influence des entrées sur la sortie lors d'un processus de modélisation. Ces approches permettent d'isoler les entrées les plus significatives, c'est à dire les plus influentes, qu'il est nécessaire de tester lors d'une analyse d'incertitudes. Dans ce travail, nous approfondirons tout d'abord la méthode d'analyse de sensibilité de Sobol, qui est l'une des méthodes d'analyse de sensibilité globale les plus efficaces. Cette méthode repose sur le calcul d'indices de sensibilité, appelés indices de Sobol, qui représentent l'effet des données d'entrées (vues comme des variables aléatoires continues) sur la sortie. Nous démontrerons ensuite que la méthode de Sobol donne des résultats fiables même lorsqu'elle est appliquée dans le cas discret. Puis, nous étendrons le cadre d'application de la méthode de Sobol afin de répondre à la problématique de propagation inverse d'incertitudes. Enfin, nous proposerons une nouvelle approche de la méthode de Sobol qui permet d'étudier la variation des indices de sensibilité par rapport à certains facteurs du modèle ou à certaines conditions expérimentales. Nous montrerons que les résultats obtenus lors de ces études permettent d'illustrer les différentes caractéristiques des données d'entrée. Pour conclure, nous exposerons comment ces résultats permettent d'indiquer les meilleures conditions expérimentales pour lesquelles l'estimation des paramètres peut être efficacement réalisée
Development of testing methods for characterization of delamination behavior under pure mode III and mixed modes in a laminated composite by Yangyang Ge( Book )

2 editions published in 2016 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The aim of this research work is to characterize the delamination behavior of laminate composite materials under the three pure modes and mixed modes, focusing especially on the complex issue of mode III. Both experimental and numerical works were performed, validating the existing and new testing methods. Correlation between the results obtained aims, on the one hand to better understand the distribution of strain energy release rates (GI, GII, GIII) along the crack front; on the other hand, to propose and improve testing methods, and to propose and validate simple approaches for determination of delamination toughness. Pure mode III testing methods are studied. Firstly, two kinds of Edge Crack Torsion tests were carried out, the distribution of GIII along the crack front were determined by finite element analysis (FEA) using virtual crack closure technique (VCCT). The performances of these tests are compromised by the drawbacks: (1) A participation of mode II component cannot be completely eliminated; (2) The distribution of GIII along the crack front is not uniform especially near the sides. After a study of existing tests, a novel mode III testing method was proposed, named Edge Ring Crack Torsion test (ERCT or ERC-III later). In the ERC specimen, the total absence of sides in the circular crack front leads to no edge effects. As a result, pure mode III delamination is achieved and the distribution of GIII along the crack front is quite uniform. In fact, the values of GIII along the crack front are nearly constant after optimizing and modifying the geometry of device in the original ERCT test. A closed-form solution proposed by Tada is applied to determine mode III delamination toughness. In ERCT test, the results calculated by Tada formula agree well with the ones calculated by VCCT when the distribution of GIII is relatively uniform. Actually, a numerical study shows that the distribution of GIII can be affected by different factors related to the nature of laminates tested, the geometry of test device and the geometry of the specimens. The interactive effect of above factors was also discussed in this study. In order to understand the influence of potential defaults on the performance of ERCT test, sensitivity study has been performed on the relative position of the crack front, the circularity of the crack front and the specimen shape. Optimum specimen's relative pre-crack geometry is given and a method for reducing the variation is provided. Then the application of ERC specimen was generalized to other pure delamination modes characterization. Pure mode I can be realized if ERC specimens are loaded in tension, named ERCTE or ERC-I, so can pure mode II if ERC specimens are loaded in flexion, named ERCF or ERC-II. The distribution of the strain energy release rates was also evaluated by FEA using VCCT. These tests keep most advantages of ERC-III test. Pure mode I and pure mode II delamination are achieved respectively and the distribution of GI or GII along the crack front is quite uniform. The realization of ERC-I, ERC-II and ERC-III allows to measure the toughness of each of three pure modes without any interference from geometry of specimens. Finally, we have studied numerically the feasibility to realize the delamination tests in mixed mode I+II, I+III and I+II+III by using ERC specimen. Firstly, the mixed mode ratio can be obtained in a large range by varying the geometry of the specimen and by combining loading modes. Secondly, no unwanted mode is presented for mixed mode I+II and mixed mode I+III; Thirdly, the distribution of strain energy release rates are not completely uniform but its variation is small enough to be accepted. In conclusion, ERC tests are promising testing methods for characterization of mixed mode delamination behavior. It will be possible to propose a mixed mode I+II+III delamination criterion based on the investigation by ERC tests in a close future
Caractérisation in-situ et modélisation des mécanismes et couplages thermomécaniques en usinage : application à l'alliage de titane Ti-6Al-4V by Mahmoud Harzallah( )

2 editions published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Ce travail s'inscrit dans une stratégie d'investigation expérimentale et numérique des mécanismes d'enlèvement de la matière lors de l'usinage de l'alliage de titane Ti-6Al-4V. Il aborde un problème complexe, fortement couplé, faisant intervenir la thermique et la mécanique aux petites échelles (micrométrique). Le manque de moyens de mesure dédié à ces échelles de temps et de l'espace (phénomènes rapides et très locaux) ne permet pas, à ce jour, d'appréhender précisément les phénomènes thermomécaniques mis en jeu pendant la formation de copeau. De ce fait, un dispositif spécifique, appelé VISIR, répondant à cette problématique a été mis en place. La partie expérimentale s'est donc orientée vers une compréhension plus fine des mécanismes d'enlèvement de la matière. Elle a notamment permis de mettre en évidence l'évolution de grandeurs mécaniques et thermiques durant la formation des festons mais surtout le couplage entre la température et la vitesse de déformation. Basée sur les constatations expérimentales, une étude du comportement thermomécanique de cet alliage a été mis en place. Des essais en cisaillement dynamique à travers des éprouvettes chapeau ont permis d'identifier par méthode inverse une nouvelle loi de comportement couplée en température et en vitesse de déformation. De plus, une étude de l'endommagement s'est appuyée sur l'identification et l'évaluation de huit critères communément utilisés dans le domaine de mise en forme a permis de proposer une nouvelle loi, inspirée du critère de Tresca, couplée au comportement. L'intégralité de ces formulations couplée à un modèle de frottement Stick-Slip ont enfin été implémentés dans un modèle EF 3D. La confrontation expérimentale/numérique en termes de grandeurs mécaniques et thermiques a révélé la robustesse et l'aspect prédictif du modèle EF développé. Enfin, les résultats de cette étude ont permis de développer une discussion détaillée sur les mécanismes d'enlèvement de la matière et plus particulièrement les complexes trajet des fissurations
Développement d'une stratégie d'endommagement intra/interlaminaire pour une approche semi-continue : application aux stratifiés unidirectionnels et hybrides by Ldjoudi Manseri( Book )

2 editions published in 2020 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Composite structures composed by unidirectional layers are widespread in the aeronautical field for their very high strength to mass ratio. However, they may undergo impacts that can generate matrix cracking, delamination and fiber breakage. This has an adverse effect during low velocity impacts, especially on thick structures where delaminations, are located inside the structure and are difficult to detect with the naked eye. The objective is then to propose a model able to catch very precisely the initiation and the propagation of delamination based on the Semi-Continuous strategy. This work begins with the development of a new intralaminar interface element able to get the behavior of matrix cracking, precursor of delamination. This element is inserted between UD elements (rods + shell) of the Semi-Continuous strategy developed in previous works. In order to represent the link between matrix cracking and delamination, a intra/interlaminar coupling is introduced. The addition of this specific element required to adapt the behavior of other elements of the model so that the overall kinematics would be consistent with experimental results. This strategy was validated through quasi-static indentation and impact tests at different energies. The numerical results obtained correlate very satisfactorily with those of the tests. Finally, tests on hybrid laminates (UD/Woven) were carried out on the one hand to optimize the response of thick structures and on the other hand to evaluate the response of the model in situations outside its validation area
Experimental study of the trimming of carbon-epoxy composite : machinability and material integrity by Ngoc Nguyen-Dinh( Book )

2 editions published in 2019 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Trimming is the first operation of machining after the manufacturing and demolding of the composite structures. This operation which is usually conducted with conventional process of material removal (by cutting tool) induces various forms of damage which is accompanied by the generation of harmful particles in case of dry machining. In fact, particles generated during dry machining of composite pose a dangerous threat, as they can get suspended in the air and infiltrate inside body of operators giving rise to risk of respiratory hazard. Unfortunately, the understanding of particulate emission during machining of composite is presently incomplete. In addition, the appearance of damages located on the machined surface (due the interaction tool/plies) can reduce the structural performance in service due to the formation of stress concentration zones. As a result, it is necessary to understand the underlying causes for generation of damage, and also the relationship between machining induced damage and mechanical behavior. It is important to notice that, industrially, surface roughness criterion is widely used to quantify the machined quality of the newly generated composite surface. However, so far this has been ambiguous approach. Hence, to address the problems mentioned, this thesis focuses on three main objectives. Firstly, studies on the machinability of multi-directional specimens made of carbon fiber reinforced plastics laminates (CFRPs) during trimming with PCD (Polycrystalline Diamond) cutting tools. Specifically, the influence of cutting parameters (feed speed and cutting speed), cutting distance (tool wear) on the cutting forces, machining temperature induced as well as the multi-scale characterization of the machining induced damages have been investigated. For the multi-scale characterization of the induced machining postmortem observations of the machined specimens, using different techniques such as X-ray tomography, confocal microscopy and SEM, are used. Thanks to this multi-scale characterization, the machining quality was quantified using newly proposed parameters such as crater volume 'CV' based on the quantification of the crater defects and maximum depth of damage (D) based on the X-ray tomography. The second objective of this thesis was focused on influence of cutting parameters (cutting speed, feed speed, and radial depth of cut), cutting distance, and tool geometry on the number of harmful particles generated during trimming. The outcome of this study on the dust emission can be beneficial for the industrial community to select the safe machining condition for protecting the operators who potentially inhale the particles in the air in the machining area. The obtained results clearly highlighted that to reduce the emission of the harmful particles it is necessary to increase the radial depth of cut or the feed rate. However, this combination of cutting conditions, leads to poor machining quality. This inspired to propose a new design of cutting tool geometry in collaboration with ASAHI Company
Impact de la présence du gradient thermique sur la propagation d'onde dans les milieux guidés by Ashkan Zaker( Book )

2 editions published in 2019 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The engine's intake line resonances can be used to improve its volumetric efficiency and reduce the emissions of pollutants. In supercharged engines, the use of compact liquid-to-air coolers (WCAC) generates a strong thermal gradient in the intake line. To take the first step in the analysis of the impact of this thermal gradient on the intake line resonances, the input impedance of a narrow pipe of diameter 1.6 mm with a strong non-uniform thermal profile is considered. First, the input impedance is calculated theoretically and compared with numerical results using ACTRAN software. This analysis was also done in the presence of a low-Mach number laminar flow of 0.02 M. The numerical simulations provide a preliminary understanding of the significance of the resonances caused by non-uniform thermal profiles and the important parameters. Then, the input impedance of multiple non-uniform thermal profiles is measured using TMTC method. To do so, a brief analysis of the importance of calibration load selection is done on the narrow pipe. Using non-resonant loads, the test bench is calibrated and impedance measurements are done with different thermal profiles. Besides, the measurements are done with a mean flow of up to 0.03 M and its impact is discussed in the presence of a non-uniform thermal profile
Développement de la technique de vélocimétrie par marquage moléculaire pour l'étude expérimentale des micro-écoulements gazeux by Feriel Samouda( Book )

2 editions published in 2012 in French and English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This thesis focuses on the development of Molecular Tagging Velocimetry (MTV) technique for the experimental analysis of internal microflows of gases. Gaseous microflows are rarefied flows characterized by a non-negligible Knudsen number. A literature review highlights a crucial need of experimental data on velocity fields within gaseous microflows. These data are required for a relevant discussion on the validity and limits of applicability of the different boundary conditions proposed in the slip flow, which is a regime often encountered in gaseous microsystems. An experimental setup has been designed for analyzing by MTV the velocity distribution in microchannels. The technique consists in detecting the displacement of acetone molecules, introduced as tracers in a gas flow; these molecules exhibit phosphorescence once excited by a UV light source. The various compromises taken into account for the setup design (choice of tracer, laser, channel material and design, camera and intensifier...), as well as the acquisition and processing techniques are detailed in the manuscript. The experimental analysis starts with a study of the acetone phosphorescence signal. Then, the MTV technique is validated by velocity field measurements in internal laminar flows through a rectangular minichannel in non-rarefied regime. The obtained results are successfully compared to the theoretical velocity profile of a Poiseuille flow. Finally, preliminary results obtained at lower pressures are presented and commented. The signal detection at a pressure level as low as 1 kPa is encouraging and draws various perspectives for the exploration of rarefied regimes
Étude de l'influence des paramètres d'élaboration par infusion de résine liquide sur l'endommagement et le comportement à l'impact de matériaux composites à structure sandwich by Jean Gulla-Cazenave( Book )

2 editions published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Lors d'une étude précédente, des prototypes destinés à transporter des matériels militaires lourds (600kg) par hélicoptère ont été produits. Reposant sur l'utilisation de matériaux composites à structure sandwich, ces structures ont convaincu par leur légèreté et leur résistance à la charge, mais ont montré des faiblesses lors de la sollicitation en impact basse énergie / basse vitesse. Lors de cette thèse, nous avons cherché à optimiser la résistance des structures sandwich à ce type d'endommagements en étudiant l'influence des paramètres d'élaboration par un procédé de mise-en-oeuvre industriel. Une étude bibliographique a permis la mise en évidence des paramètres critiques de faisabilité du projet. Le choix du procédé de fabrication a été arrêté à l'infusion de résine liquide, technique couramment utilisée dans l'industrie est facilement utilisable par des petites et moyennes structures. L'état de l'art a également révélé des pistes d'amélioration des structures sandwich via les conditions de fabrication. Un procédé particulier a du être mis en place afin de fabriquer des structures composites sandwich en une seule étape. Avec cette méthode, quatre jeux de paramètres ont été retenus pour l'étude : les températures de fabrication, la nature de la matrice, l'état de surface de l'âme, ainsi que la présence (ou non) d'additifs nano-dimensionnés dans la matrice. Diverses combinaisons de ces paramètres ont été utilisées pour fabriquer des panneaux sandwich ensuite découpés en échantillons afin d'être testés en impact à l'aide d'une tour de chute. Une première série de tests a permis de déterminer les conditions d'impact représentative des cas réellement rencontrés, les techniques permettant l'identification et la caractérisation des endommagements, ainsi que l'observation des comportements pendant l'impact. A partir des observations pendant et après l'impact, nous avons pu constater trois comportements et quatre types d'endommagements, sur l'ensemble des échantillons testés. Ces comportements et endommagements ont pu être reliées aux paramètres d'élaboration sélectionnés. [...]
Contribution au suivi par émission acoustique de l'endommagement des structures multi-matériaux à base de bois by Imen Yahyaoui( Book )

2 editions published in 2017 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The application of wood-concrete-composite hybrid materials in a mechanical structure is increasing day after day. These multi-material structures are both original and mechanically promising. Nevertheless, their use is still recent. This results are in a certain lack of knowledge about their behavior and in particular with regard to the presence of damage which may lead to the degradation of their mechanical properties. In this context, acoustic emission (AE) may be an appropriate non destructive method for the inspection and control of these structures. In order to characterize the evolution of damage in multi-material structures, it is essential to characterize the damage of each constituent material. This work presents the first part of the project for assessment of hybrid structures. It concerns the characterization by acoustic emission of the damage of wood material. One of the difficulties associated with acoustic emission monitoring of wood is the variability and the complexities in its response, because the AE response depends on the structure of the wood specie and the loading condition. In this study, under different mechanical loading (standard tensile, compression and bending tests), damage of three wood species (Douglas fir, Silver fir and poplar) is characterized by the technique of acoustic emission. Results obtained show that the acoustic emission is efficient for the early detection of the damage of the wood material. It also allows to refine the damage scenarios and to differentiate the acoustic signatures of different mechanisms by means of unsupervised pattern recognition algorithms. Moreover, the results confirm that the acoustic response is dependent on the wood specie but also on the loading condition
Fonctionnalisation de composites C/PEKK pour application aérospatiale : caractérisation, modélisation et influence sur les propriétés du composite by Saber Ayoub Chelaghma( Book )

2 editions published in 2018 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Reducing aircraft weight is one of the major challenges facing the aerospace industry. In order to achieve the ambitious goals of fuel consumption and emission reduction, carbon-fiber reinforced composites have been introduced to the market. These materials are attracting increasing interest, however, they have low electrical conductivity to ensure protection against lightning strike. For this reason, composites filled with conductive particles are the subject of ongoing research activities. The objective is the development of multifunctional composites with enhanced electrical properties. Actually, the most used thermoplastic matrix is PEEK, but this polymer remains expensive, and its processing temperature is high. For this purpose, thermoplastic matrices, such as PEKK, are again studied. Between the raw material and the final part, the thermoplastic matrix undergoes several thermal steps with high temperature exposure (impregnation, consolidation, forming and assembly processes) during which its ability to crystallize evolves continuously. In order to evaluate the impact of the process and the composite constituents on its properties, crystallization has been the subject of particular attention. Two complementary experimental devices were used to characterize the crystallization. The heating stage, allows to apply a thermal cycle and observe the crystallization in optical microscopy and differential scanning calorimetry. The influence of carbon fibers and conductive fillers on the crystallization kinetics was evaluated. A decrease in crystallization times was observed through the increase of the nucleation rate. The collected data were used to develop a kinetic model identified through an original approach based on microscopic data. This model makes it possible to predict the crystallization kinetics of PEKK composites. Nevertheless, it does not make it possible to predict the final microstructure. However, the microstructure has a significant impact on mechanical properties as it has been proven through nano-indentation tests. To predict the final microstructure, a model based on the pixel coloring approach has been developed. The influence of carbon fibers has been introduced through the formation of a transcrystalline phase. A good correlation is found between the analytical approach, the simulation and the experimental data in terms of crystallization kinetics. Mechanical and electrical characterizations were performed to evaluate the performance of these new materials. On the studied materials, the mechanical response is not homogeneous as observed on tensile tests followed in stereo-correlation. The study of matter health shows the existence of defects, in particular, at the microstructure level. In order to take this particularity into account, it is thus necessary to describe the microstructure more finely. For this, X-ray tomography was used to characterize the composite. Recent developments in this technique allow, in combination with segmentation tools, to reconstruct a representative geometry of the material. This geometry is used to simulate the mechanical behaviour as well as the crystallization. The numerical simulations of an RVE are able to calculate the properties of a ply, then those of a laminate. This multi-scale modelling could reduce the number and cost of experimental campaigns. Thus, determining the properties of the final structure based on characterizations and simulation at the microstructure scale is a strategic scientific and industrial issue. This work is a contribution towards this approach
Study and characterisation of surface integrity modification after ultrasonic vibration-assisted ball burnishing by Ramón Jerez Mesa( Book )

2 editions published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This dissertation is an experimental research project into the mechanical effects of the ultrasonic vibration-assisted ball burnishing process on the surface integrity of surfaces machined through ball-end milling. Due to the lack of commercial tools able to perform this process, the study includes firstly the design and characterisation of a prototype to that effect. An experimental analysis is then undertaken, applying the process to AISI 1038 and Ti-6Al-4V surfaces of high industrial and aeronautical value. The experimental campaign is designed based on a Taguchi orthogonal array that includes five factors, namely: preload, number of passes, feed velocity, strategy and initial surface texture. Results are analysed in terms of topological characteristics, residual stress and hardness, in order to identify and understand the impact of process parameters on surface integrity, to define the best parameters for performing the process and to assess the positive effects caused by the introduction of vibrations as a means of assistance. Results reveal that the initial texture is the most influential parameter on all outcomes. Texture results show that the vibrations can enhance the roughness and texture results, as long as they have sufficient low initial amplitude. Furthermore, only the preload and number of passes influence the results, with a pair of values being found in all cases that serve a threshold from which further plastic strain is detrimental for the final surface topology. In terms of residual stress, all parameters are influential in the results, especially the burnishing strategy, through which a certain component of the residual stress tensor can be adequately reinforced. Finally, the burnishing operation proves to modify the hardness of deep layers down to 0.5 mm, applying the vibration-assisted process. The main conclusion is that the optimal parameters for performing the process are different with regards to the optimisation objective. Some useful combinations are proposed for performing the process depending on the desired target
Strategies in 3 and 5-axis abrasive water jet machining of titanium alloys by Van Hung Bui( Book )

2 editions published in 2019 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

L'alliage de titane est généralement utilisé pour les pièces structurelles aéronautiques ayant une taille importante et ainsi que des parois minces tout en devant résister à des efforts considérables. L'usinage de ces pièces est difficile avec les méthodes classiques telles que le fraisage, car les forces de coupe sont élevées et les parois minces peuvent être facilement déformées. L'usinage de l'alliage de titane (Ti6Al4V) par un procédé utilisant un jet d'eau abrasif (AWJ) peut potentiellement être utilisé pour remplacer les méthodes d'usinage conventionnelles. Cependant, la compréhension des différents aspects de ce procédé est insuffisante pour autoriser son industrialisation. Cette thèse présente un modèle de prévision de la profondeur usinée dans deux cas de direction du jet : un jet perpendiculaire à la surface de la pièce et un jet incliné. Dans un premier temps, la compréhension du processus d'enlèvement de matière et de la qualité de surface obtenue est étudiée à travers l'observation de l'influence des paramètres du processus. Dans un second temps, un modèle basé sur la distribution gaussienne des particules abrasives dans le jet d'eau est proposé pour caractériser un passage élémentaire et pour prédire le profil du fond de poche obtenu par une succession de passages élémentaires. Ensuite, une méthodologie d'usinage des coins de poche utilisant un contrôle adaptatif de la vitesse d'avance est présentée. Enfin un nouveau modèle du profil du fond de poche prenant en compte l'angle d'inclinaison du jet est présenté. Tout au long de ce travail de thèse, la validation expérimentale a montré un bon accord entre les valeurs mesurées et modélisées et a ainsi démontré la capacité du jet d'eau abrasif à usiner à une profondeur contrôlée
Modélisation numérique de la rupture ductile dynamique par cisaillement adiabatique et micro-endommagement couplés by Hannah Lois Dorothy( Book )

2 editions published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les matériaux à haute résistance, notamment les aciers et les alliages à base d'aluminium et de titane, sont largement utilisés dans l'aéronautique comme matériaux structuraux et de protection. Dans le cas de surcharges accidentelles impliquant des vitesses de chargement élevées et des conditions quasi adiabatiques, ces matériaux sont souvent sensibles au cisaillement adiabatique par bande. Les bandes de cisaillement adiabatique (BCA) sont des zones étroites de cisaillement intense qui résultent d'une instabilité thermomécanique et qui conduisent à une rupture prématurée du matériau. À un stade avancé du processus de localisation, des micro-cavités (MCs) ont été observées dans les BCAs. Ces MCs peuvent coalescer pour former des fissures et mener à la rupture de la structure. Ainsi, les mécanismes couplés d'ASB+MC agissent comme un précurseur à la rupture catastrophique et il est par conséquent important de modéliser numériquement leurs effets dans des structures soumises à des sollicitations à haute vitesse. Les BCAs apparaissent aussi dans certaines applications industrielles, telles que l'usinage à grande vitesse, où elles favorisent le festonnement du copeau. Un postulat de grande échelle est appliqué ici où la longueur caractéristique du volume élémentaire représentatif (VER) est plus grande que la largeur de bande, et non l'inverse comme fait communément. L'objectif du travail présenté est d'enrichir un modèle décrivant les effets des BCAs en prenant en compte les conséquences de l'endommagement par MC dans le processus progressif de la rupture. Les effets des BCAs et des MCs sur la réponse du VER sont doubles : cinématique, à savoir une déviation progressif de l'écoulement plastique dans le plan de la bande décrite via des gradients de vitesse induits par les BCAs et par les MCs; et matériel, à savoir une dégradation anisotrope des modules élastiques et plastiques décrite via des variables tensorielles d'ordre deux de détérioration induite par les BCAs et par les MCs. L'amorçage des BCAs est déterminé à partir d'une analyse linéaire de stabilité et celui des MCs par une valeur critique du taux de restitution d'énergie local. L'intérêt de ce modèle avancé est démontré par comparaison avec un modèle orienté application du type (1-D) où D est une variable de détérioration isotrope. Le modèle enrichi ASB+MC est implémenté comme matériau utilisateur dans le code de calculs commercial par éléments finis LS-DYNA. [...]
Analyse des défauts de paroi de trou et de leur criticité sur la tenue mécanique des structures composites percées by Soraya Catche( Book )

2 editions published in 2013 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les structures composites sont de plus en plus présentes dans le domaine aéronautique. Le perçage, procédé qui permet le montage de fixations pour assembler ces structures, peut induire des défauts tels que délaminages, écaillages, arrachements de fibres ou surchauffes au niveau de l'alésage.Dans la littérature les auteurs s'intéressent principalement aux défauts créés en entrée et en sortie de trou. Aussi, cette recherche s'est focalisée sur les défauts de paroi crées par l'opération de perçage. Une caractérisation qualitative et quantitative a été proposée et le lien entre ces défauts et la tenue mécanique a été évalué.L'état de surface des parois est quantifié via sa rugosité qui mesure globalement les défauts générés lors du perçage. Jusqu'à présent, la qualité de la surface est estimée par un critère de rugosité géométrique Ra issu de la culture métallique. Il présente un certain nombre d'incohérences pour les perçages des composites. Dans ce travail de thèse, les relations entre les paramètres de perçage, le matériau de l'outil, sa géométrie et la qualité des alésages mesurée par les critères normalisés d'état de surface ont été établies. Un critère de qualité des parois de trou pour les matériaux composites autre que les critères normalisés a été proposé.La nature intime de la surface de contact influence clairement la qualité du transfert de charge par contact localisé. Dans un premier temps, l'influence des défauts de paroi sur la tenue en matage quasi-statique a été établie, ensuite, la tenue en compression quasi-statique des stratifiés C/E liée à la présence de défauts de paroi a été étudiée. Une analyse de la tenue en fatigue des stratifiés percés liée à la présence des défauts d'état de surface a aussi été réalisée. Enfin, une analyse numérique originale par éléments finis incluant une représentation géométrique des défauts observés, a permis de mieux cerner la cinétique d'endommagement des stratifiés percés liés à la présence de défauts de paroi
A new partitioning method for machining free-form surfaces : application to parallel plane strategy in 3 axes and 3+2 axes by Duy Duc Vu( Book )

2 editions published in 2019 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les surfaces gauches sont très largement utilisées dans la modélisation d'objets. L'obtention de ces modèles se fait directement par usinage ou par réalisation d'un moule qui sera utilisé en fonderie ou en matriçage. Les logiciels de fabrication assistée par ordinateur ne proposent pas d'aide à l'utilisateur pour la planification des trajectoires. Les choix d'outils, de posage de la pièce dans l'espace de la machine et de stratégie sont souvent arbitraires et reposent sur des habitudes qui souvent conduisent à une faible efficacité. Nous nous proposons dans cette thèse, en vue d'augmenter la productivité, d'établir un critère permettant de justifier le choix de la géométrie de l'outil, du posage et de la stratégie associée. Des travaux de recherche ont prouvé l'efficacité des outils toriques par rapport aux outils sphériques en termes de taux d'enlèvement de matière. Cependant il a été montré que cette efficacité n'est avérée et maximale que pour une direction d'usinage bien précise qui est celle de la plus grande pente. La direction optimale d'utilisation des outils toriques variant sur toute la surface à usiner, des travaux plus récents ont proposé des méthodes de partitionnement de surface : la surface à usiner est découpée en zones qui sont chacune usinées suivant une direction optimale. La planification de trajectoires d'usinage des surfaces complexes se heurte aujourd'hui au problème du choix du nombre de zones lors du découpage de la surface à usiner : un découpage trop grossier ne permettra pas de garantir l'efficacité de l'utilisation d'un outil torique mais un découpage trop fin induira des temps de déplacement entre zones importants et des changements de direction fréquents qui forcent la machine à ralentir et ainsi pénaliseront la productivité. Une méthode de découpage minimal de la surface complexe garantissant l'efficacité d'un outil torique est donc développée et proposée dans ces travaux. Un coefficient d'efficacité permettant de quantifier l'intérêt de l'utilisation d'un outil torique par rapport à un outil sphérique est introduit puis une stratégie de découpage de la surface garantissant l'efficacité d'un outil torique en tout point usiné est établie. La méthode est ensuite étendue en prenant en compte dans un premier temps un posage optimal puis en modifiant le posage (sur une machine 5 axes utilisée en 3+2 axes) pour chaque zone considérée. De nombreuses simulations démontrent l'efficacité de la méthode qui a également été validée expérimentalement
Apports du couplage non-intrusif en mécanique non-linéaire des structures by Mickaël Duval( Book )

2 editions published in 2016 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

This PhD thesis, part of the ANR ICARE project, aims at developing methods for complex analysis of large scale structures. The scientific challenge is to investigate very localised areas, but potentially critical as of mechanical systems resilience. Classically, representation models, discretizations, mechanical behaviour models and numerical tools are used at both global and local scales for simulation needs of graduated complexity. Global problem is handled by a generic code with topology (plate formulation, geometric approximation...) and behaviour (homogenization) simplifications while local analysis needs implementation of specialized tools (routines, dedicated codes) for an accurate representation of the geometry and behaviour. The main goal of this thesis is to develop an efficient non-intrusive coupling tool for multi-scale and multi-model structural analysis. Constraints of non-intrusiveness result in the non-modification of the stiffness operator, connectivity and the global model solver, allowing to work in a closed source software environment. First, we provide a detailed study of global/local non-intrusive coupling algorithm. Making use of several relevant examples (cracking, elastic-plastic behaviour, contact...), we show the efficiency and the flexibility of such coupling method. A comparative analysis of several optimisation tools is also carried on, and the interacting multiple patchs situation is handled. Then, non-intrusive coupling is extended to globally non-linear cases, and a domain decomposition method with non-linear relocalization is proposed. Such methods allowed us to run a parallel computation using only sequential software, on a high performance computing cluster. Finally, we apply the coupling algorithm to mesh refinement with patches of finite elements. We develop an explicit residual based error estimator suitable for multi-scale solutions arising from the non-intrusive coupling, and apply it inside an error driven local mesh refinement procedure. Through this work, a software tool for non-intrusive coupling was developed, based on data exchange between codes (Message Passing Interface protocol). Developments are integrated into a Python wrapper, whose role is to connect several instances of Code_Aster, the structural analysis code developed by EDF R&D, which will be used in the following work
Etude et modélisation du comportement en fatigue de l'alliage d'Aluminium 2618 anodisé soumis à des chargements multiaxiaux by Benaïssa Malek( Book )

2 editions published in 2020 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Les alliages d'aluminium anodisés sont largement utilisés dans la construction aéronautique en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques, leur résistance à la corrosion et leur faible densité. Cependant, le processus d'anodisation conduit souvent à une réduction de la résistance en fatigue. De plus, les pièces sont généralement soumises à des sollicitations multiaxiales en service et il apparaît donc nécessaire d'étudier, non seulement l'effet de l'anodisation, mais également de le corréler à la nature du chargement.L'objectif de la thèse est donc d'identifier et de caractériser les différents mécanismes impliqués dans l'effet de l'anodisation de l'alliage 2618-T851 sur sa tenue en fatigue et de déterminer l'impact de la nature du chargement. Dans un premier temps, des essais de fatigue uniaxiale en traction et torsion ont été effectués sur des éprouvettes à l'état brut présentant différentes rugosités de surface et sous différents rapports de contrainte. Il a été constaté que la rugosité de surface n'avait aucun effet quelle que soit la nature du chargement. En revanche, une contrainte moyenne normale ou de cisaillement non nulle réduit la durée de vie en fatigue. Les essais effectués sur les éprouvettes décapées, anodisées, imprégnées et finalement colmatées ont montré qu'en traction, l'abattement de la durée de vie est dû principalement à l'étape d'oxydation anodique. Par contre, en torsion, la tenue en fatigue de l'alliage n'est pas sensible au processus d'anodisation.Ensuite, le matériau a été étudié en fatigue multiaxiale, en traction-torsion sous différents rapports de contrainte et différents angles de déphasage à l'état usiné et anodisé. Nous avons constaté que l'anodisation a un effet néfaste comme dans le cas de la traction pure et que le matériau n'est pas sensible au déphasage quel que soit le rapport d'amplitude de contrainte. L'alliage a été étudié sous chargements multiaxiaux intégrant la pression interne pour analyser le comportement en fatigue de l'alliage sous ce type de chargement. L'analyse des faciès de rupture a montré qu'en général, nous retrouvons un amorçage de fissures à partir de particules intermétalliques Al9FeNi avec la présence d'un site unique pour l'alliage à l'état brut d'usinage et un amorçage à partir de la couche d'oxyde avec la présence de multi-sites dans le cas des éprouvettes anodisées.Concernant les prévisions de la durée de vie, nous avons utilisé différentes approches de type plan critique (Morel, Fatemi-Socie, Findley, Kluger et Macha) pour prédire les durées de vie sous différentes combinaisons de chargement. Finalement, un modèle inspiré du modèle de Kluger a été proposé
 
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EA 814

EA814

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UMR 5312

UMR5312

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