Kinematic Alpha Tensors and dynamo mechanisms in a von Karman swirling flow

We provide experimental and numerical evidence of in-blades vortices in the von Karman swirling flow. We estimate the associated kinematic α-effect tensor and show that it is compatible with recent models of the von Karman Sodium (VKS) dynamo. We further show that depending on the relative frequency of the two impellers, the dominant dynamo mechanism may switch from α^2 to α − Ω dynamo. We discuss some implications of these results for VKS experiments

Advanced modelling for design helping of heterogeneous CLT panels in bending

International audienceCross Laminated Timber (CLT) panels are more and more common in timber construction. When submitted to out-of-plane loads, their main structural issue is the low transverse shear strength of cross layers which leads to rolling shear failure [1, 2]. The absence of specific standards yields to CLT panels having lateral boards glued each other or not, depending on the producer. The resulting discontinuities in the non-gluing case influence the global mechanical response [3]. In addition, the timber construction market requires new technical solutions for CLT. Periodic voids within the panel lead to lighter and more thermally efficient floors. However this geometry increases the panel’s heterogeneity and the difficulties in predicting the actual bending behaviour, especially the shear effects.In the first part of this work we focused our attention to a CLT layer having weak heterogeneities, namely the gaps between boards. These heterogeneities are taken into account by means of a (fictitious) equivalent and homogeneous CLT layer which mechanical properties are defined with respect to the board’s reference frame. Such an equivalent layer is combined with the exact 3D solution for laminated plates in bending [4] and a failure criterion for wood [5]. The predicted behaviour is in good agreement with a reference experimental test [6] in terms of global stiffness and variation of failure modes within the apparent elastic regime. The validated model is therefore used to investigate the influence of varying some panel’s properties on the bending response.Innovative CLT panels having periodic voids (filled by an isolating material) are already in production. An experimental campaign proved how this lay-up increases their shear weakness. The ratio wood/void can approximate the reduced elastic properties of these strongly heterogeneous panels. This approach has been already used [2] with design method for CLT in bending [7] and can be simply implemented in the Equivalent – Layer model. As a starting point we aim to compare the experimental behaviour with the predicted one using reduced mechanical properties by the ratio wood/void. These properties are combined with the model developed for weak heterogeneities and design methods for CLT in bending [7, 8].Nevertheless, such a simplified approach can’t reproduce the complexity of stresses’ and strains’ distribution, especially transverse shear ones. Therefore a more accurate model is currently in development. This solution can precisely predict the influence of high heterogeneities by means of a periodic homogenization scheme. Panel’s reduced elastic properties (EI – GA) derived with such an advanced modelling can be finally used for practical design of bending members

Comportement en flexion de panneaux en bois lamellé croisé hétérogènes

National audienceDans le domaine de la construction bois, les panneaux en bois massif lamellés croisés (CLT – Cross Laminated Timber) sont de plus en plus utilisés en tant que plancher ou toiture. Ils sont composés de plusieurs couches en bois empilées et collées de façon croisée, pour obtenir des bonnes propriétés mécaniques et hygrométriques dans les deux directions.Un enjeu technologique en développement est d’enlever du bois des planchers CLT et le remplacer avec du matériau isolant afin de rendre les panneaux plus légers et plus performants acoustiquement et thermiquement. L’utilisation de ces nouveaux planchers est encore limitée, à cause d’une connaissance insuffisante de leur comportement mécanique en flexion.Des essais de flexion 4-points sur des planchers CLT massifs et aérés ont été conduits. Cette campagne essais a montrée l’augmentation des effets de cisaillement quand le pourcentage des vides augmente. En plus, le plancher le plus aéré a montré des modes de ruine complexes liées aux effets de cisaillement roulant (RT) et traction perpendiculaire aux fibres difficiles à prévoir avec les méthodes simplifiées des ingénieurs. Ensuite, les planches en bois des planchers ont été testées pour déterminer les raideurs élastiques et les résistances. Les essais de caractérisation comprennent : traction parallèle aux fibres, compression selon les trois directions et cisaillement roulant.Une première approche pour reproduire le comportement des planchers CLT aérés peut être celui d’utiliser des méthodes pour les CLT massifs et réduire les propriétés mécanique du bois issues des essais de caractérisation par le pourcentage du vide. Les deux méthodes pour le calcul en flexion choisies sont : la méthode d’analogie du cisaillement (Kreuzinger, 1999) adoptée par la norme allemande (DIN, 2004) et un modèle développé récemment qui combine une solution analytique 3D (Pagano, 1970) avec une couche CLT homogène équivalente (Franzoni et al, 2015).Une modélisation plus avancée du comportement en flexion de ces panneaux très hétérogènes en bois est en cours. Le modèle choisi est un schéma d’homogénéisation périodique géré par une théorie de plaque pour les stratifiés (Lebée, 2012). À ce moment, seulement la raideur en flexion a été calculée avec cette méthode. Cette modélisation avancée permettra de déterminer les principaux paramètres pour concevoir ces nouveaux planchers aérés en bois, comme la raideur en flexion, la raideur en cisaillement, le chargement critique et le mode de ruine associé

An end-to-end data-driven optimization framework for constrained trajectories

Abstract Many real-world problems require to optimize trajectories under constraints. Classical approaches are often based on optimal control methods but require an exact knowledge of the underlying dynamics and constraints, which could be challenging or even out of reach. In view of this, we leverage data-driven approaches to design a new end-to-end framework which is dynamics-free for optimized and realistic trajectories. Trajectories are here decomposed on function basis, trading the initial infinite dimension problem on a multivariate functional space for a parameter optimization problem. Then a maximum a posteriori approach which incorporates information from data is used to obtain a new penalized optimization problem. The penalized term narrows the search on a region centered on data and includes estimated features of the problem. We apply our data-driven approach to two settings in aeronautics and sailing routes optimization. The developed approach is implemented in the Python library PyRotor

Kinematic alpha Tensors and Dynamo Mechanisms in a von Karman Swirling Flow

International audienceWe provide experimental and numerical evidence of in-blades vortices in the von Karman swirling flow. We estimate the associated kinematic alpha-effect tensor and show that it is compatible with recent models of the von Karman sodium (VKS) dynamo. We further show that depending on the relative frequency of the two impellers, the dominant dynamo mechanism may switch from alpha^2 to alpha-omega dynamo. We discuss some implications of these results for VKS experiments

Experimental investigation of impact behavior of wood-based sandwich structures

Low carbon emission and sustainable development are shared goals throughout the transportation industry. One way to meet such expectations is to introduce lightweight materials based on renewable sources. Sandwich panels with plywood core and fiber reinforced composite skins appear to be good candidates. Additional properties of wood such as fire resistance or thermal and acoustic insulation are also essential for many ap- plications and could lead to a new interest for this old material. In this paper, Sandwich panels with two different types of plywood and four different skins (aluminum and glass, CFRP, or flax reinforced polymer) are tested under low-velocity/low energy impacts and their behavior is discussed

Manufacturing and quasi-static bending behavior of wood-based sandwich structures.

The quasi-static behavior of innovative wood based sandwich structures with plywood core and skins made either of aluminum or of fiber reinforced polymer (carbon, glass or flax composite skins) was investigated. The wood based sandwich structures were subjected to three point static bending tests to determine their strength and failure mechanisms. Two different manufacturing processes, namely vacuum bag molding and thermo-compression, were used to manufacture the structures. The influence of some aspects of the different manufacturing processes on the flexural behavior of wood based sandwich structures are discussed. It is shown that manufacturing processes influence strongly the static responses. Failure modes and strengths are investigated during quasi-static bending tests. Bending tests showed that the mechanical characteristics were very high compared to those of a reference sandwich that is currently used for civil aircraft floors. This new kind of structure is environmentally friendly and very cheap, and seems promising for the transportation industry in general

Bending behaviour of massive and aerated timber floors

National audienceDans le domaine de la construction bois, les panneaux en bois massif lamellés croisés (CLT – Cross Laminated Timber) sont de plus en plus utilisés en tant que plancher ou toiture. En raison de leur facilité et rapidité de mise en œuvre et de l’orientation croisée des couches transverses qui garantit des propriétés mécaniques et hygrométriques uniformes. Une première étude [1] a identifié des hétérogénéités « faibles » affectant leur comportement en flexion et proposée une modélisation avancée pour essayer de les prendre en compte. Cette modélisation s’appuie sur un comportement homogénéisé et simplifié d’une couche en bois, une solution analytique 3D [2] et un critère de rupture pour le bois [3]. Le modèle développé a été validé sur une expérience de référence des CLT en flexion [4] en termes de raideur et modes de ruine progressifs. Ensuite, des études paramétriques ont été conduites avec le modèle validé, afin d’améliorer la connaissance sur la mécanique de ces panneaux et d’explorer aussi des configurations innovantes.Un enjeu technologique en développement est d’enlever du bois des planchers CLT et le remplacer avec du matériau isolant afin de rendre les panneaux plus légers et plus performants acoustiquement et thermiquement. L’utilisation de ces nouveaux planchers est encore limitée, à cause d’une connaissance insuffisante de leur comportement mécanique en flexion. En effet, une campagne essais de flexion 4-points a montré des ruptures complexes liées aux effets de cisaillement et difficiles à prévoir avec les méthodes simplifiées des ingénieurs. Une modélisation avancée du comportement en flexion de ces panneaux très hétérogènes en bois est en développement et les premiers résultats seront présentés. Le modèle choisi est un schéma d’homogénéisation périodique géré par une théorie de plaque pour les stratifiés [5]. Ce modèle avancé permettra de déterminer les principaux paramètres pour concevoir ces nouveaux planchers aérés en bois, comme la raideur en flexion, la raideur en cisaillement, le chargement critique et le mode de ruine associé

An end-to-end data-driven optimisation framework for constrained trajectories

28 pagesMany real-world problems require to optimise trajectories under constraints. Classical approaches are based on optimal control methods but require an exact knowledge of the underlying dynamics, which could be challenging or even out of reach. In this paper, we leverage data-driven approaches to design a new end-to-end framework which is dynamics-free for optimised and realistic trajectories. We first decompose the trajectories on function basis, trading the initial infinite dimension problem on a multivariate functional space for a parameter optimisation problem. A maximum \emph{a posteriori} approach which incorporates information from data is used to obtain a new optimisation problem which is regularised. The penalised term focuses the search on a region centered on data and includes estimated linear constraints in the problem. We apply our data-driven approach to two settings in aeronautics and sailing routes optimisation, yielding commanding results. The developed approach has been implemented in the Python library PyRotor