Le mémoire porte sur l'étude de la fiabilité des assemblages utilisant des alliages de brasure sans-plomb en environnement sévère pour des applications électroniques. Une méthode de préparation métallographique fiable et reproductible en vue de l'analyse microstructurale est présentée. L'effet du vieillissement thermique statique sur l'évolution microstructurale de billes de brasure en SAC, la tenue à la fatigue mécanique des assemblages brasés et l'étude de l'endommagement thermomécanique sont développés. Le seul effet notable constaté après vieillissement thermique est l'augmentation des épaisseurs des intermétalliques de contact. A la suite de sollicitations mécaniques, les ruptures sont plus souvent observées dans les pistes que dans les brasures, et ne permettent pas d'incriminer des éléments de la microstructure brasée comme facteurs déterminant de propagation des fissures. Les sollicitations thermomécaniques conduisent à une recristallisation, et les fissures se propagent alors le long des joints de grains recristallisés.

Esta dissertação descreve o desenvolvimento de um goniômetro de enlace indutivo para medição de ângulos articulares. O goniômetro tem por objetivo medições de ângulos até 360° e a possibilidade de medição em articulações com mais de um grau de liberdade. Para isto utiliza como base o trabalho de Laskoski (2010) e os sistemas de navegação aeronáuticas. O experimento realizado por Laskoski (2010) efetua medições até 180° as bobinas precisam estar alinhadas. Os sistemas utilizados em navegações aeronáuticas utilizam a bússola eletrônica e o automatic direction finder, estes sistemas trabalham com grandezas na ordem de quilômetros. Este experimento visa adaptar os sistemas de navegação utilizando o campo magnético para poder efetuar medições de ângulo em pequenas distâncias. Os testes foram satisfatórios comparando os erros encontrados com os resultados dos experimentos de Laskoski (2010) e Carbonaro et al. (2014). O erro máximo em uma distância de 7,5 cm é de 10,6°e o desalinhamento entre a bobinas de +20° e -20° gera um erro de no máximo 1,71°. / This dissertation describes the development of an inductive goniometer for the measurement of joint angle. The goniometer aims to measure angles up to 360 ° and the possibility of measurement in joints with more than one degree of freedom. For this it uses as base the work of Laskoski (2010) and aeronautical navigation systems. The experiment performed by Laskoski (2010) makes measurements up to 180 ° and the coils need to be aligned. The systems used in aeronautical navigations use the electronic compass and the automatic direction finder, that systems work with magnitudes in the order of kilometers. This experiment aims to adapt the navigation systems using the magnetic field to be able to measure angles at small distances. The tests were satisfactory comparing the errors found with the results of the experiments of Laskoski (2010) and Carbonaro et al. (2014). The maximum error over a distance of 7.5 cm is 10.6 ° and the misalignment between the coils of + 20 ° and -20 ° generates an error of at most 1.71 °.

Nos travaux se focalisent sur l’impact des hétérogénéités structurales sur la diffusion de l’hydrogène dans les métaux. Dans ce cadre, des essais de perméation sont simulés par la méthode des éléments finis, afin de comprendre l’impact des caractéristiques métallurgiques sur les données extraites lors de ce type d’analyse. Afin de pouvoir séparer les différents mécanismes intervenant lors de la diffusion, l’étude est conduite en plusieurs étapes. A l’échelle de la membrane, les effets du piégeage et de la présence d’une couche d’oxyde à la surface du matériau sont considérés. Tandis que le piégeage et la couche d’oxyde diminuent tous deux la diffusivité effective, leurs effets sont opposés sur les concentrations en hydrogène en subsurface mesurées. D’autre part, les effets du piégeage lors de la désorption de l’hydrogène sont plus particulièrement étudiés. Il s’avère nécessaire de prendre en considération les fréquences de saut des atomes d’hydrogène afin de se rapprocher des données expérimentales. Ces premières études ayant portées sur des membranes homogènes, nous nous sommes consacrés, dans une dernière partie, aux effets de la microstructure sur la diffusion. Pour cela, nous considérons l’influence des joints de grains dits « généraux », qui se comportent comme des courts-circuits de diffusion pour l’hydrogène. La microstructure entraîne l’apparition d’effets d’échelle, lorsque l’épaisseur de la membrane se rapproche de la taille de grains. Qui plus est, en considérant un modèle à trois dimensions, les triples joints amplifient ces effets d’échelle, notamment dans le cas de matériaux nanocrystallins. / Our work focuses on the impact of structural heterogeneities on the diffusion of hydrogen in metals. In this context, permeation tests are simulated using the finite element methods, to understand the effects of the metallurgical properties on the data extracted with such analysis. To separate the different mechanisms occurring during diffusion, the study is led by several steps. At the scale of the membrane, the effects of trapping and the presence of an oxide layer at the surface of the material are considered. While the trapping and the surface layer both slow down the effective diffusivity, their effects are opposed on the measured hydrogen subsurface concentrations. On the other hand, the effects of trapping during the desorption are more specifically studied. It appears that taking into account the jump frequencies of the hydrogen atoms is required to get closer to the experimental data. Since the first studies dealt with homogeneous membranes, we focus in a last part on the effects of the microstructure on hydrogen diffusion. To do so, we consider the influence of “random” grain boundaries, acting as hydrogen diffusion short-circuits. Scale effects appear due to the microstructure when the membrane thickness approaches the grain size. Moreover, by using a three-dimensional model, triple junctions emphasize the scale effects, especially for nanocrystalline materials.

Les grues à tour sont des engins de levage utilisés de manière cyclique sur les chantiers de construction. De ce fait, la prise en compte du phénomène de fatigue dans le dimensionnement des charpentes de grue est primordiale. La fatigue est usuellement considérée dans les normes au moyen de règles déterministes ayant pour but de garantir l’intégrité de la structure sous diverses conditions d’utilisation. Bien que cette approche fournisse des résultats satisfaisants dans la plupart des cas, celle-ci ne permet pas d’évaluer le niveau de fiabilité des éléments de charpente en fonction de leur durée d’exploitation. De ce point de vue, les approches probabilistes permettent de pallier cette difficulté en proposant des outils pertinents servant à caractériser et à propager les incertitudes liées à la fatigue au travers d’un modèle mécanique. Une approche probabiliste originale permettant la prise en compte des incertitudes liées à la fatigue dans le dimensionnement des charpentes de grues à tour est proposée dans ce manuscrit. La méthode proposée est basée sur la définition de deux densités de probabilité représentant respectivement les variabilités liées à la résistance des joints soudés d’une part, et les nombreuses dispersions associées à la sollicitation des éléments de charpente d’autre part. La définition de la densité de probabilité de résistance repose sur la capitalisation d’un grand nombre de résultats d’essais d’endurance sur structures soudées, tandis que la définition de la distribution de sollicitation est basée sur une modélisation à deux niveaux tenant compte de divers jeux de données collectés sur chantier. Les résultats de l’analyse de fiabilité présentée dans ce manuscrit démontrent la pertinence des approches probabilistes dans le cadre du dimensionnement en fatigue des éléments de charpente de grue à tour. / Tower cranes are lifting appliances which are cyclically used on construction sites. Thus, the consideration of the fatigue phenomenon in the design of crane structural members is essential. This phenomenon is usually taken into account in standards by means of deterministic rules enabling to ensure structural safety under various operating conditions. Although it provides satisfactory results in most cases, the deterministic approach do not enable to evaluate the reliability of crane structural members according to their operating time. From this point of view, probabilistic approaches allow to overcome this difficulty by proposing relevant tools enabling to characterize and propagate uncertainties related to fatigue through a mechanical model. An original probabilistic approach enabling the consideration of the uncertainties related to crane members fatigue design is proposed in this manuscript. It relies on the definition of two probability density functions related respectively to the strength variability of crane welded joints on one hand, and the dispersion of operating conditions (stress) on this other hand. The definition of the strength distribution stems from the capitalization of various welded joint fatigue test results, while the characterization of the stress distribution relies on the analysis of various data sets coming from crane monitoring performed on different construction sites. The results coming from the reliability analysis presented in this manuscript show the relevance of probabilistic approaches in the frame of tower crane structural members fatigue design.

Bien que la maçonnerie en pierre soit une technique de construction ancestrale,le comportement mécanique de ce type de construction reste encore aujourd’hui méconnu.En conséquence, la réglementation concernant ces ouvrages est restrictive et considèredes marges de sécurité importantes, qui conduisent à un surdimensionnement de cetype de structure. Ce projet de recherche vise à développer un code de calcul adapté à l’étudede structures maçonnées, utilisable en bureau d’études afin d’aider les ingénieurs qui nepossèdent pas d’outils adaptés aux ouvrages maçonnés sur lesquels s’appuyer.Le logiciel de calcul aux éléments discrets LMGC90 a été choisi pour sa capacité à représenterle caractère discontinu de la maçonnerie. Une loi d’interface cohésive enmode mixte (I+II) aété mise au point afin de prendre en compte l’endommagement progressif et la dissipationd’énergie associés au comportement quasi-fragile des joints de mortier. Un protocole expérimentalpermettant d’estimer l’ensemble des paramètres cohésifs et frictionnels des jointsde mortier a également été mis au point.Le modèle numérique proposé est confronté à deux essais expérimentaux menés sur desmurs sollicités en cisaillement sous deux conditions aux limites différentes. L’analyse desrésultats obtenusmet en avant l’insuffisance de la loi deMode II proposée à décrire précisémentle comportement en cisaillement dans certains cas. Des voies d’amélioration concernantla modélisation sont donc proposées, comprenant notamment l’étude précise du couplageentre l’endommagement (comportement cohésif) et le comportement frictionnel desjoints sollicités en cisaillement. / Stone masonry is an age-old constructive technique, nevertheless the mechnicalbehavior of this type of construction is still misunderstood. Consequently, standardsfor masonry structural design are very conservative and overestimate design of this kind ofstructures. Moreover, engineers cannot rely on suitable design code to assess masonry buildings.This research project aims to develop a design code suitable for structural masonrydesign to help engineers.Discrete element code LMGC90 was picked for its capacity to take into account masonrydiscontinuities. A mixed mode I+II cohesive interface law is established in order to considerprogressive damage and energy dissipation associated to quasi-brittle behaviour of mortarjoints. An experimental procedure was also carried out to estimate the whole cohesive andfrictional parameters ofmortar joints.The proposed numerical model is confronted to two experimental tests on shear masonrywalls under two different boundary conditions. The results of the analysis shows that thedeveloped model fails at reproducing precisely the shear behaviour especially when the normalstress to the joint strongly increses during the test. Thus we discuss on the Mode II law,and more specifically on the separation of frictional and cohesive behaviours which must beresponsible for the deficient results.

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No / This paper presents experimental results of temperature distribution in fire in four typical types of steel-concrete composite joint (web cleat, fin plate, flush endplate and flexible endplate) with different fire-protection schemes. The test specimens were unloaded and the steelwork of each joint assembly was exposed to a standard fire condition [ISO 834, 1975: Fire Resistance Tests, Elements of Building Construction, International Organization for Standardization, Geneva] in a furnace. In total, 14 tests were conducted, including 4 tests without any fire protection and 10 tests with different schemes of fire protection. The main objective of these tests was to investigate the effects of three practical fire-protection schemes as alternatives to full fire protection of the entire joint assembly. The three alternative methods of fire protection were: (1) protecting a segment, instead of the entire length, of the beams; (2) unprotected bolts and (3) protecting the columns only. The main results of these tests are: (1) if all the steel work (excluding the bolts) in the joint assembly was protected, whether or not protecting the bolts had very little effect on temperatures in the protected steelwork other than the bolts. The bolt temperatures were higher if they were not protected than if they were protected, but the unprotected bolt temperatures in a joint with fire protection to other steelwork were much lower than bolt temperatures in a totally unprotected joint; (2) as far as joint temperatures are concerned, protecting a segment of 400 mm of the beam was sufficient to achieve full protection and (3) if only the column was protected, only the joint components that were in the immediate vicinity of the column (such as welds) developed noticeably lower temperatures than if the joint assembly was unprotected, but due to heat conduction from the unprotected steel beams, these temperature values were much higher than if the joint assembly was protected. Furthermore, the column temperatures in the joint region were much higher than the protected column temperatures.

L'utilisation des matériaux composites de polymères renforcés de fibres (PRF) est devenue relativement courante dans les usages d'infrastructures. La plupart des usages existants impliquent des structures en béton. Néanmoins, des travaux novateurs se sont concentrés dans l'utilisation de ces matériaux dans structures d'acier. Le but de cette recherche est de développer une méthodologie de renforcement et de réparation de connexions adaptée aux cornières à l'aide de matériaux composites. Différentes configurations de PRF de carbone permettant d'augmenter la résistance en aire nette et d'améliorer le comportement de connexions sont étudiés. Un programme expérimental constitué de quatre phases est développé à cet effet: une série d'essais de traction sur des joints à recouvrement double ont été réalisés avec différentes longueurs d'ancrage de PRFC pour la première phase, une évaluation de la contribution de PRFC selon le ratio aire nette/aire brute sur des plaques d’acier avec trous pour la deuxième phase, une étude de l’effet du nombre des couches de PRFC sur des plaques d’acier pour la troisième phase et la quatrième et dernière phase a porté sur le renforcement de connexions de cornières boulonnées en traction. Dans cette recherche il a été trouvé que la contribution du renforcement de PRFC se manifeste principalement dans la partie élastique du comportement de tous les spécimens ainsi que l’effet très significatif de la préparation de la surface sur la capacité en traction des joints. Une défaillance par décollement à l’interface adhésif-acier a été identifiée comme le mode de défaillance pour tous les spécimens.

published_or_final_version / Civil Engineering / Master / Master of Philosophy

published_or_final_version / abstract / Civil Engineering / Master / Master of Philosophy