Numerical simulation of grain-size effects on creep crack growth by means of grain elements

The effect of grain size on creep crack growth is investigated by means of a numerical technique in which the actual crack growth process is simulated in a discrete manner by grain elements and grain boundary elements. The grain elements account for the creep deformation of individual grains, while grain boundary cavitation and sliding are accounted for by grain boundary elements between the grains. This grain-element technique allows for an independent study of multiple grain size effects: a (direct) size effect related to the specimen size/grain size ratio or an (indirect) effect related to the effect of grain size on nucleation rate and creep resistance. Preliminary numerical results are presented concerning the direct effect of grain size, which predict that the crack growth rate and brittleness increase with grain size.

Microstructural modelling of creep crack growth from a blunted crack

The effect of crack tip blunting on the initial stages of creep crack growth is investigated by means of a planar microstructural model in which grains are represented discretely. The actual linking-up process of discrete microcracks with the macroscopic crack is simulated, with full account of the underlying physical mechanisms such as the nucleation, growth and coalescence of grain boundary cavities accompanied by grain boundary sliding. Results are presented for C*-controlled mode I crack growth under small-scale damage conditions. Particular attention is focused on creep constrained vs. unconstrained growth. Also the effect of grain boundary shear stresses on linking-up is investigated through shear-modified nucleation and growth models. The computations show a general trend that while an initially sharp crack tends to propagate away from the original crack plane, crack tip blunting reduces the crack growth direction. Under unconstrained conditions this can be partly rationalized by the strain rate and facet stress distribution corresponding to steady-state creep.

Modeling for control of an inflatable space reflector, the nonlinear 1-D case

In this paper we develop a mathematical model of the dynamics for an inflatable space reflector, which can be used to design a controller for the shape of the inflatable structure. Inflatable structures have very nice properties, suitable for aerospace applications. We can construct e.g. a huge light weight reflector for a satellite which consumes very little space in the rocket because it can be inflated when the satellite is in the orbit. So with this technology we can build inflatable reflectors which are about 100 times bigger than solid ones. But to be useful for telescopes we have to actively control the surface of the inflatable to achieve the desired surface accuracy. The starting point of the control design is modeling for control, in the case port-Hamiltonian (pH) modeling. We will show how to derive a nonlinear infinite dimensional pH model of a 1-D Euler-Bernoulli beam with piezo actuation. In the future we will also focus on 2-D models.

A New Model for Void Coalescence by Internal Necking

A micromechanical model for predicting the strain increment required to bring a damaged material element from the onset of void coalescence up to final fracture is developed based on simple kinematics arguments. This strain increment controls the unloading slope and the energy dissipated during the final step of material failure. Proper prediction of the final drop of the load carrying capacity is an important ingredient of any ductile fracture model, especially at high stress triaxiality. The model has been motivated and verified by comparison to a large set of finite element void cell calculations.

Analyse par géomatique des bilans et des flux d'azote et de phosphore dans un bassin versant agricole: le cas de la rivière Boyer.

L'essor et la concentration géographique des productions animales, dans certains bassins versant à vocation agricole, génèrent d'imposants volumes de fumiers et de lisiers qui dépassent souvent la superficie de sol disponible pour les valoriser. On assiste alors à une surfertilisation des cultures, qui provoque l'accroissement de la teneur en phosphore du sol, le risque de transfert vers l'environnement ainsi que le lessivage des nitrates. Ces nutriments, lorsqu'ils dépassent un certain niveau, sont responsables de l'eutrophisation des cours d'eau. Cette problématique de pollution diffuse est actuellement largement responsable de la détérioration de la qualité des eaux dans plusieurs régions du Québec. Ce projet de maîtrise a pour objectif d'analyser les bilans et les flux d'azote et de phosphore dans le bassin versant de la rivière Boyer, un bassin où la pollution diffuse a été constatée. Ceci permet d'estimer les stocks d'éléments nutritifs présents et de définir les zones critiques où les pertes vers l'environnement sont les plus susceptibles de se produire. Pour ce faire, nous devons considérer plusieurs données spatiales des différents facteurs qui interviennent, telles que l'occupation du sol, la topographie, la pédologie, les conditions climatiques, les différentes pratiques culturales, etc. Ces informations sont intégrées en exploitant les propriétés des Systèmes d'Information Géographique (SIG) qui tiennent compte de la localisation spatiale des données considérées. Dans le cadre du présent travail, nous exploitons le SIG IDRISI. Afin d'obtenir une représentation réaliste du mode de fonctionnement du bassin versant à l'étude, un bilan des apports et des exportations d'azote et de phosphore et des modèles de pertes annuelles d'azote et de phosphore sont établis au sein du SIG. Les pertes annuelles de phosphore particulaire et soluble peuvent être estimées en intégrant un modèle de perte de sol au SIG. Les pertes annuelles d'azote, par lessivage et ruissellement superficiel, sont estimées à l'aide d'un modèle intégré au SIG, qui est construit à partir de coefficients de pertes tirés de la littérature. Les charges annuelles de phosphore et d'azote sont cumulées sur l'ensemble du bassin versant. Le cumul se fait suivant les directions d'écoulement, qui sont déterminées grâce à un algorithme de drainage interfacé au logiciel IDRISI. Cet algorithme utilise un modèle numérique d'altitude (MNA) pour générer les directions d'écoulement suivant la plus forte pente. Une comparaison entre les valeurs des concentrations d'azote et de phosphore, issues des simulations et des valeurs mesurées en 28 points d'échantillonnage du bassin, permet de discuter des modèles développés et d'établir des relations avec certaines caractéristiques du territoire