An Asymptotic Linear Thin-Walled Rod Model Coupling Twist and Bending

A linear one-dimensional model for thin-walled rods with open strongly curved cross-section, obtained by asymptotic methods is presented. A dimensional analysis of the linear three-dimensional equilibrium equations lets appear dimensionless numbers which reflect the geometry of the structure and the level of applied forces. For a given force level, the order of magnitude of the displacements and the corresponding one-dimensional model are deduced by asymptotic expansions. In the case of low force levels, we obtain a one dimensional model whose kinematics, traction and twist equations correspond to Vlassov ones. However this model couples twist and bending effects in the bending equations, at the difference from Vlassov model where the twist angle and the bending displacement are uncoupled.Запропоновано отриману асимптотичним методом одновимірну модель для тонкостінного стержня з відкритим сильно скривленим поперечним перерізом, яка враховує взаємо- зв’язок між скручуванням та згином. За допомогою аналізу розмірностей в лінійних тривимірних рівняннях рівноваги знайдено безрозмірні величини, які характеризують геометрію стержня та рівень прикладених сил. Для заданого рівня сил методом асимптотичного розкладу отримані порядок змі- щень та відповідна одновимірна модель. У випадку низького рівня сил отримано одновимірну модель, кінематичні рівняння, рівняння кручення та згину відповідають моделі Власова. Однак ця модель враховує в рівняннях згину взаємодію між згином і крученням на відміну від моделі Власова, яка таку взаємодію не враховує.Запропоновано отриману асимптотичним методом одновимірну модель для тонкостінного стержня з відкритим сильно скривленим поперечним перерізом, яка враховує взаємо- зв’язок між скручуванням та згином. За допомогою аналізу розмірностей в лінійних тривимірних рівняннях рівноваги знайдено безрозмірні величини, які характеризують геометрію стержня та рівень прикладених сил. Для заданого рівня сил методом асимптотичного розкладу отримані порядок зміщень та відповідна одновимірна модель. У випадку низького рівня сил отримано одновимірну модель, кінематичні рівняння, рівняння кручення та згину відповідають моделі Власова. Однак ця модель враховує в рівняннях згину взаємодію між згином і крученням на відміну від моделі Власова, яка таку взаємодію не враховує

Analyse non linéaire en grandes rotations et grands déplacements des structures minces métalliques

Un outil d'aide pour l'ingénieur en calcul des structures a été développé et proposé. Cet outil permet de simuler numériquement de façon plus complète le comportement non linéaire (géométrique et matériel) des structures métalliques, compte tenu de ses imperfections (contraintes et déformations résiduelles internes). Ce rapport contient la stratégie adoptée et les modèles numériques associés. Nous présentons les techniques et algorithmes de résolution les plus prometteuses dans le calcul non linéaire des structures subissant de grands déplacements et de grandes rotations. Les ingrédients de la cinématique des rotations finies et différentielles sont exposés avec le souci de rendre simple la comphésension de cette cinématique par les ingénieurs. La formulation et la validation d'un modèle de poutre 30 et d'un modèle de coques, fondés sur une cinématique "exacte", sont égaiement présentées. Deux applications industrielles sont réalisées dans le but de démontrer l'utilité pratique du modèle proposé. La première consiste à faire l'étude de la résistance post-critique d'un panneau ondulé. La seconde concerne la simulation d'un essai ROPS (Roll-Over Protective Structure) d'un camion forestier en tenant compte des contraintes et déformations résiduelles. Comparés aux solutions de référence: les résultats numériques obtenus sont très satisfaisants et révèlent la robustesse des logiciels développés. An engineering aided-tool for structural computations has been developed and proposed. This tool allows the complete (total) numerical simulation of the nonlinear behavior (geometrical and material nonlinearities) of metallic structures, taking into account their imperfections (residual stresses and deformations). This report presents the strategy and the models associated with the proposed tool. Herein are presented promising algorithms and techniques for nonlinear computations of structures subjected to large displacements and large rotations. The kinematic of hite and differential rotations are (re)developed with the concern of easier understanding by structural engineers. The formulation and then the validation of 3D beam and shell models, based on the so-called "exact" kinematics, are also presented. In order to illustrate the practical features of the proposed tool, two industrial applications are considered. The first one consists of studying the post-critic resistance of an ondulated panel. The second one concerns the simulation of ROPS (Roll-Over Protective Structure) test of a ranger truck taking into account residual stresses and deformations. The results are very satisfying and shows the robustness of the developed software

Modélisation de la compliance de l'aorte dans le cas de pathologies de type anévrisme

The Abdominal Aorta Aneurysm (AAA) is a pathology that is defined by a localized and permanent dilation of the artery and which involves over 8.8% of the seniors. Currently, when a patient has a dilatation of the aorta leading to a surgery because of the rupture risk, the therapeutic decision is made depending on the diameter of the aneurysm. To determine this diameter, it is usually conducted an examination by medical imaging (ultrasound, CT, MRI...). However, it notes that the diagnosis can’t be satisfied with a single dimensional measurement face to induced risks: first of all, when the diameter exceed a certain growth, the risk of rupture can reach 50% but more than 5% of surgical procedures may cause the patient's death. Other metrics such as compliance of the artery can be used for the decision for surgery. Compliance corresponds to a precise definition by cardiologists: this is a quantity that characterizes the deformability, describing the ability of aorta to distend under the influence of blood pressure. From our point of view, this concept is insufficient because, generally, in the case of an aneurysm, rupture is highly localized because of the complexity of the shape. It is therefore necessary to extend its definition in a quantity not localized at a section or a specific location but to the whole wall. Diagnostics methods will be more reliable if they can determine localized compliance. From a mechanical standpoint, determining compliance is thus transformed into the measurement of localized parietal elasticity of aorta. The elasticity is not a directly measurable parameter. Therefore, the problem comes down to determining the local strain of the aortic wall in the hemodynamic condition. Solving this problem is complex. Indeed, the mechanical stresses are dependent on the flow of blood, the artery surrounding organs, the material properties of the artery and the geometry of the aneurysm which are specific to each patient. At present, many numerical and experimental works is done but few studies have well correlated medical imaging techniques for the diagnostic aid. It is in this context that are my thesis in collaboration both with the Dijon University Hospital where were performed all experiments using MRI and GMedTech laboratory GMIT (Galway- Mayo Institute of Technology) in Ireland who provided the replicas and their expertise in the cardiovascular area. This work, conducted on various form of phantoms in Vitro, are intended, first to build a metrological methodology to help doctors understand and validate MRI measurements using other devices measurement, on the other hand, to improve the methods of diagnosing the abdominal aortic aneurysm. The principle of this work is to develop experimental modeling in vitro in a metrology framework and correlate the results from different measurement techniques and numerical modeling throughout a cycle reproducing the hemodynamic conditions. To consider the problem as a whole, not only the evolution of deformation representing the elasticity of the aorta should be studied, but also the evolution of soliciting flow. Therefore, in this thesis, several devices such as stereovision, Particle image velocimetry (PIV), MRI kinetic sequence but also the flow 2D and 4D were employed. Various numerical models were established to not only correlate the results with those obtained experimentally, therefore, to improve the credibility of our study, but also to be part of the aid protocol to the diagnosis that we have proposed. In the end, all the results from different experimental and numerical models have led to propose a validated and feasible diagnosis protocol based on MRI sequences. The application of this protocol on a realistic AAA complex phantom showed its feasibility. We can therefore say that the feasibility of the proposed protocol is demonstrated and that based on MRI (…).L’Anévrisme de l’Aorte Abdominale (AAA) est une pathologie qui est définie par une dilatation localisée et permanente de l’artère et qui concerne plus de 8.8% des personnes âgées. Actuellement, lorsqu’un patient présente une dilatation de l’aorte impliquant l’éventualité d’une intervention chirurgicale en raison du risque de rupture, la décision thérapeutique est prise en fonction du rapport des diamètres de l’artère au niveau de l’anévrisme et à proximité de celui-ci. Pour déterminer ces diamètres, il est généralement procédé à un examen par imagerie médicale (Echographie, Tomographie, IRM,..). On constate cependant que le diagnostic ne peut pas se contenter d’une mesure dimensionnelle simple face aux risques induits: d’une part, passé une certaine excroissance, le risque de rupture peut atteindre 50% mais d’autre part plus de 5% des interventions chirurgicales provoquent le décès du patient. D’autres paramètres de mesure comme la compliance de l’artère, peuvent être à la base de la décision d’une intervention chirurgicale. La compliance correspond à une définition précise utilisée par les cardiologues : c’est une grandeur qui permet de caractériser l’aptitude à la déformation, décrivant la capacité de l'aorte à se distendre sous l'influence de la pression sanguine. De notre point de vue cette notion est insuffisante car, généralement, dans le cas d’un anévrisme, la rupture est très localisée du fait de la complexité de la forme de celui-ci. Il est donc nécessaire d’étendre sa définition à une grandeur localisée non pas au niveau d’une section mais à un endroit précis de la paroi. Les moyens de diagnostics seront d’autant plus fiables qu’ils pourront détecter la compliance localisée. De point de vue mécanique, la détermination de la compliance se transforme donc en la mesure de l'élasticité pariétale aortique localisée. L’élasticité n’est pas un paramètre mesurable directement. Donc, la problématique revient à la détermination de la déformation locale de la paroi aortique sous la sollicitation hémodynamique. La résolution de ce problème reste complexe. En effet, les sollicitations mécaniques dépendent de l’écoulement du sang, des organes environnants l’artère, des propriétés matérielles de l’artère et de la géométrie de l’anévrisme qui sont spécifiques à chaque patient. A l’heure actuelle, beaucoup de travaux numériques et expérimentaux sont effectués mais peu d’études ont permis de bien corréler les techniques d’imageries médicales pour l’aide au diagnostic. C’est dans ce contexte que se situent les travaux de ma thèse, réalisée en collaboration, à la fois avec le CHU de Dijon où ont été effectuées toutes les expérimentations à l’aide d’IRM, le laboratoire GMedTech, GMIT (Galway-Mayo Institute of Technology) en Irlande qui nous a fourni les répliques ainsi que leur savoir-faire dans le domaine cardio-vasculaire et le Laboratoire DRIVE situé à Nevers où ont été menées les mesures d’écoulement par PIV. Les travaux, menés sur des fantômes de diverses formes in vitro, ont pour finalité, d’une part, de construire une méthodologie métrologique pour aider les médecins à comprendre et à valider les mesures d’IRM à l’aide d’autres dispositifs de mesure, d’autre part, de permettre d’améliorer les méthodes de diagnostic des pathologies de type d’anévrisme de l’aorte abdominale. Le principe de ces travaux est donc de mettre en place une modélisation expérimentale in Vitro dans un cadre métrologique d’intercomparaison par divers moyens de mesure et de corréler leurs résultats au long d’un cycle reproduisant les conditions hémodynamiques de mesure, mais aussi de confronter ces résultats à de modélisations numériques. Pour prendre en compte le problème dans sa globalité, non seulement l’évolution de la déformation, représentant l’élasticité de l’aorte, a dû être étudiée mais aussi l’évolution du flux sollicitant la paroi (…)

Comportement mécanique différé et mouillabilité d'une craie pétrolifère

This thesis is organized around four main areas: a bibliographic study with experimental characterization of the study material, an experimental study of deferred hydromechanical behavior of multiphase chalk and a digital approach to modeling of visco-elastic-plastic behavior coupled observed. Lixhe chalk studied is similar to oil chalks the North Sea.Ce mémoire de thèse s'organise autour de quatre axes principaux : une étude bibliographique présentant une caractérisation expérimentale du matériau d'étude, une étude expérimentale du comportement hydromécanique différé de la craie multiphasique et une approche numérique de la modélisation du comportement visco-élastoplastique couplé observé. La craie de Lixhe étudiée est similaire aux craies pétrolifères de Mer du Nord

Contribution à l'amélioration de la fiabilité des modules IGBT utilisés en environnement aéronautique

L’augmentation de la puissance électrique consommée à bord des avions a récemment conduit à introduire des convertisseurs électroniques de puissance à base d'interrupteurs à IGBT dans de nombreuses applications aéronautiques. L'utilisation de ces interrupteurs diffère de leurs emplois traditionnels dans les domaines du ferroviaire ou de l'automobile. En effet, les sollicitations environnementales ainsi que les cycles de commandes électriques sont différents de ceux rencontrés jusqu’alors, ce qui amène à remettre en cause les résultats actuels au sujet de la durée de vie et de la fiabilité de ces interrupteurs. Face à ces interrogations, les sociétés THALES et Hispano-Suiza se sont associées au sein du programme de l’avion plus électrique MODERNE (MODular ElectRical NEtwork) initié par Airbus, en vue de développer des solutions à haut niveau de fiabilité pour des applications aéronautiques sévères. C’est dans ce contexte que prennent place les présents travaux, dont les objectifs sont dans un premier temps de proposer de nouvelles architectures de modules susceptibles de présenter de meilleures performances d’intégration, et dans un second temps d’en étudier la fiabilité. Pour répondre à ces questions, un état de l'art des technologies utilisables a été mené. La confrontation de ses technologies aux contraintes et recommandations aéronautiques a conduit au choix de deux approches d'assemblage, proposées avec un jeu de matériaux sélectionnés pour leurs propriétés physiques et en conformité avec les réglementations sur l’utilisation de matériaux polluants. À l'issue d'une analyse de défaillances, différents développements ont été conduits afin de modéliser et caractériser le comportement thermique, mécanique puis à défaillance des modules. Des modèles Éléments Finis de structures représentatives des solutions proposées ont alors été mis au point et exploités pour l'élaboration de règles de conception, sur la base de plans d'expériences couplés à de la simulation numériques. Les informations générées ont servi à la conception de trois prototypes destinés à des applications différentes. Les performances de ces prototypes ont été évaluées, notamment leurs fiabilités obtenues par des calculs mécano-fiabilistes ayant permis l'optimisation de la conception des différents modules. ABSTRACT : Within the framework of the electric plane programs, the aircraft industry is facing higher demands of electric power, fact which involves an increasing use of IGBT modules in aeronautical power converters. Although such modules have been well studied and known in railway and the automotive domains, they will be subjected to stresses and operational cycles specific to the aeronautical environment. Consequently, this requires manufacturers to answer some questions about their lifetime and reliability issues. Faced with these questions, THALES and Hispano-Suiza have associated in the more electric aircraft project launched by Airbus (MODERNE - MODular ElectRical NEtwork), with the aim of developing high reliability solutions for harsh aeronautic applications. This work takes place in this context, with the objectives of proposing power modules architectures likely to exhibit better performances and integration level, and then study the reliability of different prototypes. To answer these questions, technological studies of the possible packaging and connecting solutions, faced with aeronautical stresses and requirements led to the choice of two basic assembling approaches. A set of materials selected for their physical properties and their compliance with polluting materials regulations was also proposed. The potential failure modes of these solutions were pointed out and taken into account within experimental and numerical developments, to model and characterize the thermal, mechanical and failure behaviour of the modules. Then, different Finite Element models representative of the proposed technologies structures were developed and investigated for defining design rules on the basis of Designs of Experiments. The whole knowledge generated by the simulations was used to design three prototypes of IGBT module for different applications. The performance of these prototypes have been evaluated and compared to the requirements, including their reliability obtained by mechanical calculations coupled with probabilistic methods which led to their optimization

GENESIS, un environnement pour la création musicale à l'aide de modèles physiques particulaires

In the context of Computer Music, physical modeling is usually viewed as an approach to sound synthesis which offers particularly interesting sounds and dynamic behaviors. This is a reducing point of view, since the physical modeling allows also to work at the macro-structural level of the musical composition. Additionally, there is a lack of tools enabling musicians (composers) to embrace physical modeling (the design of their own models) as part of their to processes.GENESIS is an environment for creating music by means of CORDIS-ANIMA mass-interaction models. In GENESIS, physical models (or 'objects') can be fully considered as the basic symbols of a whole new musical language. The user will develop a new conceptual approach, an "intuitive physical thought”.As a first step, we expose the specificities of the approach compared with others for creating music with computers. The working processes we want to support are described. Finally, we present the features and interfaces we designed in order to allow and help theses processes.Les 'modèles physiques' sont de plus en plus utilisés en Informatique Musicale. Ils sont souvent envisagés comme de nouveaux modèles de synthèse de son venant étendre les techniques plus traditionnelles. C'est une position réductrice dans la mesure où ils permettent aussi d’aborder la création de la macro-structure musicale. De plus, le musicien est rarement invité à s’emparer de la modélisation physique elle-même – de la réalisation de ses propres modèles – dans le cadre de ses processus de création.L'environnement informatique GENESIS basé sur les modèles particulaires (ou masses-interactions) CORDIS-ANIMA fait des modèles physiques un véritable langage d'écriture musicale, dont les symboles sont des objets physiques virtuels. Avec lui, l'utilisateur est invité à développer une démarche conceptuelle nouvelle, une « pensée physique » intuitive.Dans un premier temps l'approche est caractérisée en regard d'autres démarches de création avec l'ordinateur, puis les processus de création attenants sont spécifiés.Dans un second temps, on introduit les fonctionnalités et l’ergonomie qui permettent et soutiennent ces processus et on présente leur mise en œuvre au sein de l’environnement complet pour la création musicale GENESIS