In the recent past it has been found that a considerable pressure drop occurred during the extrusion of linear polyethylene in the course of capillary flow. The pressure drop resides within a narrow temperature window of one to two degrees Celsius. In this research the hydrodynamic condition and molecular origin of the extrusion window of linear polymer were investigated further. The advantage of the extrusion window, viz. smooth extrudate with less die swell ratio attained at low extrusion pressure and temperature, has potential in industrial applications. However, the extrusion window, corresponding to linear polyethylene (PE) with relatively low polydispersity (<7), has a narrow window temperature interval, circa 1~2°C, thus it could not be applied to industrial scale processing at the industrial scale. To have a fundamental insight and make the process industrially viable, research in this thesis was devoted to broaden the extrusion window to tolerate the thermal fluctuations in conventional processing. To achieve this goal molecular weight dependence of window temperature and flow criticalities is revealed. The hydrodynamic conditions of the extrusion window observed in a rate-controlled rheometer and stick-slip flow studied in a stress-controlled rheometer could be traced back to the same origin, viz. slip flow arises due to the disentanglement of adsorbed chains on capillary wall from free chains in the bulk. Secondly, a dual window effect was uncovered in the course of capillary flow of a bimodal PE, which is consistent with the window temperature dependence on molecular weight. Moreover, it was found that flow induced orientation within the window effect is even less than that observed in steady state flow at a relatively low shear rate. This implies that in the window region only relaxed free chains are extruded through the capillary die and most of the adsorbed chains, which could be disengaged from the entangled melt, remain sticking to the inner capillary wall. This observation is consistent with the hydrodynamic origin of high-surface-energy-die slip flow. Finally, a unimodal linear PE with extremely broad molecular weight distribution, i.e. polydispersity (PDI) is 27, showed a broad window effect, circa 8°C, at an appropriate apparent shear rate. The molecular origin of such a broad window effect is due to its broad molecular weight distribution. These results have further implications for energy efficient processing.

Ce travail de thèse a pour but d'analyser les variations de vitesses sur des grandes failles décrochantes en contexte intracontinental, capables de produire des séismes de très fortes magnitudes (M > 7.5). Afin d'illustrer c es variations d'activités, cette analyse a été effectuée sur deux zones d'études situées en domaine continental et sismiquement actives: la région ouest de la Mongolie (failles de Bogd et Bolnay) et le nord de l'Iran (failles d'Astaneh et de Tabriz). À partir d'une approche morphotectonique et paléosismologique, les cinématiques, les vitesses de failles et les intervalles de récurrence entre les séismes majeurs ont été estimés, permettant d'analyser les caractéristiques du cycle sismique sur chacune des failles. En Mongolie, les failles de Bogd et Bolnay présentent respectivement des vitesses de ~ 1,2 et 2,6 mm/an, qui semblent être constantes sur la période Pleistocène supérieur-Holocène. Ces deux failles présentent également des glissements caractéristiques et des intervalles de temps similaires entre les séismes majeurs. Les analyses paléosismologiques suggèrent qu'un essaim sismique comparable à celui enregistré au XXème siècle a eu lieu il y a environ 3000 ans.En Iran, une vitesse géologique de 2 mm/an a été estimée sur la faille d'Astaneh et les données paléosismologiques suggèrent des intervalles de récurrence qui varient entre 1600 et 2200 ans, associés à des déplacements en surface compris entre 3 et 4,5 m. Nous avons également estimé une vitesse de 7 mm/an sur la faille de Tabriz, en accord avec les données GPS, suggérant que la vitesse sur cette faille est constante depuis 45 ka. / The aim of this thesis is to analyze if variations in slip rates occur along strike-slip faults, in intracontinental domain, these faults producing large earthquakes (M> 7.5). To illustrate these variations, this work has focused in two area located in the most tectonically active continental domains in the world: in the western part of Mongolia (Bogd and Bulnay faults) and in the northern part of Iran (Astaneh and Tabriz faults). Using morphotectonic and paleoseismological analyses, the kinematics, the slip rates and the recurrence times have been estimated and allow us to describe the characteristics of seismic cycle along these faults. In Mongolia, the slip rates are estimated at ~1.2 and ~2.6 mm/yr along the Bogd and the Bulnay faults, respectively, with no variations of geological slip rates over the Pleistocene-Holocene period. These two faults present characteristic slips and similar recurrence times between large earthquakes. The paleoseismological investigations suggest that a cluster occurred 3000 years ago, similar to the seismic cluster recorded in Mongolia during the XX century. In Iran, the slip rate was estimated to 2 mm/yr along the Astaneh fault and the recurrence times are ranging from 1600 to 2200 years, associated with offsets comprised between 3 and 4.5 m. We have also estimated a slip rate of ~7 mm/yr along the Tabriz fault, in agreement with the present day rate estimated by GPS, suggesting no variations in the slip rate over the past 45 ka.

De senaste årens långa och kalla vintrar har lett till ett ökat antal halkolyckor. Genom att undersöka halkolyckors utsträckning samt halkskydd som fanns tillgängliga konstaterades det att ett behov av nya halkskydd fanns. Enkäter för att ge svar på användning av halkskydd togs fram och svar från personer i åldrarna 20-65 visade att man överlag inte använde halkskydd. I stor utsträckning berodde det på halkskyddens dåliga kvalité och den negativa stämpeln som fanns på dem . Textila material undersöktes för att finna lämpliga egenskaper. Parametrarna som ett textilt material skulle uppfylla var att inneha högfriktion, slitstyrka, häftande och samtidigt vara miljövänligt. Av bakgrundsmaterialet togs en kravspecifikation fram och koncept som utvärderades. Det koncept som fick högst omdöme kan vara svaret på ett nytt mer användarvänligt, funktionellt och attraktivt halkskydd.The recent long, cold winters have led to an increasing number of slipping accidents. By examining the slipping accidents extent and anti skid available, it was found that there was need for new anti-skid products.Surveys to reveal facts about the usage of anti skid devices were generated and responses from people aged 20-65 showed that people did not use anti-skid. To a large extent it was because of anti-skid products poor quality and the negative stigma placed upon them.Textile materials were examined to find suitable properties. The parameters of the textile material would meet was to hold high friction, wear resistance, adhesive while being environmentally friendly. Background material was presented and a set of requirements and concepts that were evaluated. The concept that received the highest rating may be the answer to a new more user-friendly, functional and attractive non-slip. / Program: Textil produktutveckling med entreprenörs- och affärsinriktning

La partie superficielle des zones de subduction (0-10 km de profondeur) a longtemps été considérée comme asismique. Cependant la découverte de séismes très basses fréquences dans cette zone, ainsi que la propagation très superficielle de la rupture cosismique lors du séisme de Tohoku-Oki (Japon) remettent en question cette hypothèse jusqu’alors largement admise. L’une des raisons pour lesquelles le potentiel sismogénique de cette zone est mal contraint réside dans le fait que les processus qui y règnent sont complexes, mêlant déformation et diagenèse (principalement la transformation des argiles de type transition smectite vers illite), et ainsi difficilement reproductibles en laboratoire. Au cours de cette thèse, des expérimentations en presse triaxiale sur échantillons smectitiques (représentatifs des matériaux accrétés dans les prismes d’accrétion) et illitiques ont été réalisées sous différentes conditions de pression de confinement (de 50 à 200 MPa) et de température (20°C et 300°C). Ces expériences ont été menées afin d’identifier les modes de déformation de ces échantillons, et de déterminer les effets couplés de cette déformation et de la diagenèse sur la rhéologie de ces roches et notamment leur potentiel à générer des instabilités de glissement. Dans ces expériences, le style de déformation est à chaque fois similaire, avec, tout d’abord, une localisation progressive de la déformation le long d’une zone de cisaillement, puis formation d’une fracture. Malgré cette constance dans le style de déformation, le comportement rhéologique des échantillons, lui, est drastiquement opposé entre les expériences à 20 et à 300°C, avec un comportement exclusivement durcissant à 20°C (i.e. stable) quel que soit la minéralogie, et un comportement qui évolue systématiquement vers du stick-slip (i.e. instable) à 300°C (pour les échantillons smectitiques). Ces résultats montrent que la réactivité chimique des smectites au cours de la diagenèse (activée dans les expériences à 300°C) conditionne la formation d’instabilités de glissement. Nous proposons que la réactivité chimique des smectites dans les zones de subduction pourrait promouvoir la propagation de la rupture cosismique vers la surface. / The shallow portion of subduction zones (0-10 km depth) has long been considered as unable to store and release seismic energy. However, the detection of very-low frequency earthquakes in this zone, as well as the propagation of the coseismic rupture to the trench during the Tohoku-Oki earthquake, question this hypothesis. The difficulty to assess the seismogenic potential of this shallow portion lies principally in the complexity of the processes that occur in this zone, combining deformation and diagenesis (especially the smectite-to-illite transition), and hence not easily reproducible in laboratory. In order to analyse the mechanical properties of the shallow portion of subduction zones, triaxial tests have been performed with smectitic and illitic samples, under confining pressure between 50 and 200 MPa and at temperature of 20 and 300°C. The aim of these experiments was to identify the deformation modes of such sedimentary material and to determine the effects of deformation and diagenesis on rheology of these materials and on the rock potential to exhibit instable failure. In the experiments, deformation operates under the same pattern with a progressive localisation from shear band to fracturation. Even if the deformation style does not differ much between experiments, the rheology of the samples tested at 20°C and at 300°C contrasts drastically. Indeed, while the samples (smectitic and illitic) tested at 20°C show exclusively a strengthening behaviour (i.e. stable), the smectitic samples tested at 300°C exhibit a rheology that systematically evolves from strengthening to stick-slip behaviour (i.e. unstable). These results indicate that the chemical reactivity of smectite under diagenetic conditions (diagenesis is activated in the experiments conducted at 300°C) constitutes a weakening mechanism promoting unstable sliding. Finally, we propose that, at the subduction zone scale, the chemical metastability of smectite could promote the propagation of the coseismic rupture to the very shallow portion of accretionary prisms.

Η υστέρηση είναι ένα μη γραμμικό φαινόμενο, το οποίο είναι πολύ κοινό σε διάφορους κλάδους της επιστήμης, συμπεριλαμβανομένων της φυσικής, της μηχανικής και της βιολογίας. Η μαθηματική θεμελίωση του φαινομένου της υστέρησης οφείλεται σε διάφορες εφαρμογές, οι οποίες αποτελούν και τα πρακτικά παραδείγματα, τα οποία την υποστηρίζουν. Για το λόγο αυτόν πλήθος μοντέλων, τα οποία πήραν την ονομασία τους από τους επιστήμονες που τα πρότειναν (π.χ Duhem, Weiss, Preisach κ.ο.κ), πρώτα χρησιμοποιήθηκαν για συγκεκριμένες εφαρμογές και μετά θεωρήθηκαν ως μοντέλα υστέρησης. Το φαινόμενο της υστέρησης, όπως και η μαθηματική του ανάλυση, έχει μελετηθεί διεξοδικά [1,2] και για το λόγο αυτό έχουν προταθεί αρκετά μαθηματικά εργαλεία. Εντούτοις, το πρόβλημα της αναγνώρισης (επίτευξη μαθηματικών μοντέλων επί τη βάση πειραματικών μετρήσεων) συστημάτων με υστέρηση δεν έχει λάβει τη δέουσα προσοχή ακόμα. Στις περισσότερες των περιπτώσεων, η αναγνώριση περιορίζεται σε πρακτικά ζητήματα (κυρίως για προσομοιώσεις συστημάτων με υστέρηση), κατά τα οποία επιλέγεται ένα συγκεκριμένο μοντέλο υστέρησης και χρησιμοποιείται μία μέθοδος εκτίμησης (π.χ μη-γραμμική βελτιστοποίηση), δίχως να δαπανάται επιπλέον προσπάθεια σε βαθύτερα θεωρητικά θέματα (π.χ κατά πόσο η εκτίμηση είναι η βέλτιστη ή αν είναι μοναδική κ.ο.κ). Αξίζει να σημειωθεί ότι το πρόβλημα της αναγνώρισης είναι βαθύτερο και χρήζει επιπλέον θεωρητικής ανάλυσης βάσει αρχών και εργαλείων από το γνωστικό αντικείμενο της “Θεωρίας Αναγνώρισης Συστημάτων”, έτσι ώστε να επιτυγχάνονται τα βέλτιστα αποτελέσματα. O πρώτος στόχος της παρούσα διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθοδολογίας ανίχνευσης μη γραμμικής συμπεριφοράς (όπως για παράδειγμα η υστέρηση) αποκλειστικά επί τη βάση πειραματικών μετρήσεων. Η βασική ιδέα για την επίτευξη του σκοπού αυτού είναι η χρήση της Συνάρτησης Συνάφειας (Coherence Function), η οποία αναμένεται να μειωθεί με την ύπαρξη μη γραμμικοτήτων [3]. Μετά την ανίχνευση, ο στόχος είναι η ανάπτυξη ολοκληρωμένης μεθοδολογίας για την αναγνώριση φυσικών συστημάτων με υστέρηση, βάσει του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell (Maxwell Slip model – [4]). Ο συγκεκριμένος στόχος αντιμετωπίζεται υπό το πρίσμα της θεωρίας αναγνώρισης συστημάτων (System Identification) και ως εκ τούτου τα βασικά θέματα θεωρητικής φύσεως τα οποία αντιμετωπίζονται είναι, τα ακόλουθα:  Η εκ των προτέρων αναγνωρισιμότητα (μοναδικότητα της παραμετροποίησης – uniqueness of representation) της δομής του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Η επίδραση των αρχικών καταστάσεων στην εκτίμηση του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Ο σχεδιασμός της διεγέρσεως έτσι ώστε τα διαθέσιμα δεδομένα να περιέχουν όλη τη δυνατή πληροφορία για την επιτυχή αναγνώριση του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  H επιλογή και η αριθμητική εφαρμογή κατάλληλης εκτιμήτριας των παραμέτρων του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Η μελέτη της εκ των υστέρων αναγνωρισιμότητας (a posteriori identifiability) του Μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Η μελέτη της ποιότητας της εκτίμησης του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell, το οποίο συνεπάγεται την μελέτη της συνέπειας (consistency) και της ασυμπτωτικής κανονικότητας των εκτιμήσεων (asymptotic normality).  Η διαδικασία επιλογής της δομής (model structure selection) του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell.  Ο έλεγχος εγκυρότητας (model validation) του εκτιμώμενου μοντέλου ολίσθησης του Maxwell. Επί τη βάση των παραπάνω βασικών θεμάτων, αναπτύσσονται κατάλληλα εργαλεία και λεπτομερείς διαδικασίες με σκοπό να δοθούν απαντήσεις. Προκειμένου να φανερωθεί η πρακτικότητα και εφαρμοσιμότητα των προαναφερθέντων θεωρητικών θεμάτων, είναι αναγκαία η εφαρμογή τους σε ένα πραγματικό σύστημα με υστέρηση. Από το πλήθος των διαθέσιμων συστημάτων αυτού του είδους, επιλέγεται ένα πραγματικό μηχανικό σύστημα με τριβή. Αξίζει να σημειωθεί ότι συστήματα αυτού του είδους όχι μόνο είναι πολύ κοινά σε μηχανολογικές εφαρμογές, άλλα η αναγνώριση τους αποτελεί πρόκληση, λόγω της πολύπλοκης φύσης της υστέρησης που παρουσιάζουν. Συγκεκριμένα τα εν λόγω συστήματα παρουσιάζουν διαφορετικό είδος υστέρησης ανάλογα με την περιοχή λειτουργίας τους. Έτσι, όταν λειτουργούν στην περιοχή προολίσθησης (δεν παρουσιάζεται μακροσκοπική κίνηση, η σχετική μετατόπισης μεταξύ των επιφανειών που έρχονται σε επαφή είναι της τάξεως των 2 - 5 μm (presliding regime [5]) εμφανίζεται υστέρηση (σχεδόν) ανεξάρτητη του ρυθμού, με χαρακτηριστικά μακράς μνήμης (hysteresis with nonlocal memory) μεταξύ της (μικρο)μετατόπισης και της δύναμης τριβής [6,7,8]. Όσο η σχετική μετατόπιση των επιφανειών που έρχονται σε επαφή αυξάνεται, τότε όλο και περισσότεροι δεσμοί (junctions) σπάνε και τελικά παρατηρείται μακροσκοπική μετατόπιση με αποτέλεσμα το σύστημα να εισέρχεται στην περιοχή ολίσθησης (sliding regime). Στην περιοχή αυτή, ο προηγούμενος τύπος της υστέρησης εξαφανίζεται και εμφανίζεται υστέρηση, μεταξύ της μετατόπισης και της δύναμης τριβής, ρυθμού εξαρτώμενης [8,9,4]. Αξίζει να σημειωθεί ότι ένα σύστημα με τριβή μεταβαίνει από την μια περιοχή λειτουργίας στην άλλη (π.χ κατά την αλλαγή στη φορά της κίνησης) αρκετές φορές ακόμα και κατά την τυπική του λειτουργία. Το γεγονός αυτό καταδεικνύει τη δυσκολία του προβλήματος. Προκειμένου να επιλυθεί το πρόβλημα της αναγνώρισης μηχανικών συστημάτων με τριβή, αρχικά μελετάται το σύστημα μόνο στην περιοχή προολίσθησης. Για το λόγο αυτό διεξάγονται κατάλληλα πειράματα στην περιοχή αυτή, μετρώνται τα σήματα της μετατόπισης και της τριβής προολίσθησης και εφαρμόζεται αναγνώριση του συστήματος επί τη βάση του Μοντέλου ολίσθησης του Maxwell. Η εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας οδηγεί σε σχεδόν άψογα αποτελέσματα, καταδεικνύοντας την ικανότητα του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell να περιγράφει τη δυναμική του συστήματος στην περιοχή προολίσθησης. Αφού μελετήθηκε το σύστημα εντός της περιοχής προολίσθησης, το επόμενο βήμα περιλαμβάνει τη γενικότερη (και πιο πιθανή) περίπτωση, κατά την οποία το σύστημα λειτουργεί στη συνδυασμένη περιοχή προολίσθησης - ολίσθησης. Όπως και πριν, διεξάγονται πειράματα και μετρώνται τα σήματα μετατόπισης και τριβής. Αν και η αναγνώριση του συστήματος, μέσω του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell στη συνδυασμένη περιοχή, δίνει χειρότερα συγκρινόμενα με τα προηγούμενα, αποτελέσματα, η χρήση του μοντέλου παρουσιάζεται αρκετά υποσχόμενη. Το γεγονός ότι η αναγνώριση, μέσω του μοντέλου ολίσθησης του Maxwell, στη συνδυασμένη περιοχή προολίσθησης - ολίσθησης οδηγεί σε χειρότερα αποτελέσματα οφείλεται στο ότι η εν λόγω δομή του μοντέλου δεν είναι σε θέση να ερμηνεύσει πλήρως την πολυπλοκότητα της υστέρησης που εμφανίζεται στην περίπτωση αυτή. Έτσι, κρίνεται απαραίτητη η κατάλληλη επέκταση της βασικής δομής. Για το λόγο αυτό προτείνεται κατάλληλη, επί τη βάση της βασική δομής, επέκταση. Η χρήση της νέας δομής του μοντέλου για την αναγνώριση του συστήματος στη συνδυασμένη περιοχή προολίσθησης - ολίσθησης οδηγεί σε εξαιρετική βελτίωση των αποτελεσμάτων, καταδεικνύοντας την καταλληλότητά της. Προκειμένου οι δυνατότητες της νέας δομής να παρουσιαστούν καλύτερα, αναπτύσσεται ένα απλό σύστημα ελέγχου πρόσω-αντιστάθμισης (feedforward), βασισμένο στην προτεινόμενη νέα δομή. Ο παραπάνω έλεγχος έχει ως αποτέλεσμα την επίτευξη εξαιρετικά χαμηλού σφάλματος εντοπισμού (tracking error), υποδεικνύοντας την εξαιρετική αντιστάθμιση της αναπτυσσόμενης τριβής και ως εκ τούτου την ικανότητα της προτεινόμενης δομής να ερμηνεύει τη δυναμική του συστήματος με τριβή, όταν αυτό δουλεύει στην συνδυασμένη περιοχή προολίσθησης - ολίσθησης. / Hysteresis is a nonlinear phenomenon which is common in various branches of science and technology, including physics, mechanics, biology, civil and mechanical engineering. It is well known that many applications stimulate and provide lively support to mathematical construction. For instance, several well - known models which named after the physicists and engineers who proposed them (Rayleigh, Duhem, Weiss, Prandtly, Preisach, Bouc and so on) was entangled with applications before being viewed as models of hysteresis. The study of hysteresis phenomena as well as their mathematical analysis have been systematically researched [1,2] and several mathematical modelling tools have been proposed. Nevertheless the problem of inverse modelling (that is identifying from available experimental data a model that provides the optimum representation of the system under study) of a system with hysteresis have not been investigated thoroughly. In the most of the cases the hysteresis identification is often limited to practical issues such that postulating a hysteresis model and applying an estimation technique (i.e. nonlinear optimization) for obtaining its parameters. However the problem is much deeper and a more theoretical analysis, employing principles and tools from the "System Identification Theory", should be applied in order the optimum results to be obtained. The dissertation aims at proposing a methodology for detecting nonlinearities (such as hysteresis) utilizing experimentally obtained excitation - response data only. The key feature for doing so is the Coherence Function, which is expected to be decreased with the appearance of nonlinear behavior [3]. Following this a complete methodology for identifying systems with hysteresis based upon the Maxwell Slip model [4] is established. This problem is addressed from the ``System Identification" point of view, and therefore the critical issues primarily addressed here are:  The a priori identifiability (or uniqueness of representation) of the Maxwell Slip model structure.  The excitation design for achieving ``rich" enough data for the Maxwell Slip model identification purpose.  The selection and numerical implementation of an estimator  The a posteriori identifiability (whether the model can be identified from a actual experiment under real conditions) of the Maxwell Slip model.  The estimator asymptotic statistical properties, such that consistency and asymptotic normality  The model structure selection  The model validation Based upon these questions, answers are provided and detailed guidelines are established. In order the established theoretical findings to be solidify and their practicality to be revealed, their application to an actual system with hysteresis is required. From the huge number of the available systems with hysteresis, a real (experimental) mechanical system with friction is selected. This kind of systems are not only quite common in mechanical engineering applications (friction perhaps is the most common source of nonlinearities in mechanical systems), but also extremely challenging due to its complicated hysteresis nature (different types of hysteresis appear according to the operational regime). In order the latter to be more clear consider that whenever a system with friction operates within presliding regime (no macroscopic movement between the two surface in contact - the relative displacement is approximately 2 – 5 μm for steel materials [5], then there is a (almost) rate-independent hysteresis with nonlocal memory between the displacement and friction force [6,7,4]. As the relative displacement increases then more and more junctions break and finally there is a macroscopic relative motion and therefore the sliding regime begins. In this case the previous type of hysteresis disappears, and a new rate-dependent hysteresis between the displacement and friction force appears [8,9,4]. However, the system transits from the one regime to the other, (i.e at velocity reversals) several time during its typical operation, thus the type of hysteresis appears depends on the operational regime and thus to the system motion. Unavoidably this makes the identification problem quite challenging. Firstly the system under study is considered within the presliding regime only. Experiments were carried out and actual presliding displacement - friction force signals were obtained. The application of the proposed methodology yields almost excellent results, indicating its ability of capturing the underlying presliding frictional dynamics. The obvious next step is to consider the most common case, which is operation within both presliding - sliding dynamics. Experiments were implemented and displacement - friction force signals were collected. In this case the identification results based upon the Maxwell Slip model, though not so good as before, appear to be very promising. For that reason a proper extension of the basic Maxwell Slip model structure is proposed and implemented. This modification yields to significant improvement, and excellent results are achieved. In order the potentiality of the proposed extended Maxwell Slip model to be demonstrated better, a simple feedforward friction compensation scheme, based upon the extended model, is implemented. The results demonstrate excellent friction compensation, yielding extremely low tracking error, not only in each operational regime but also during regime transitions.

Ce travail de thèse s’est focalisé sur les interactions entre bandes de glissement - localisant la déformation plastique dans les matériaux métalliques polycristallins - et joints de grains. Le matériau choisi comme support de l’étude est un superalliage base Nickel (UdimetTM 720Li). De récents travaux ont montré que les bandes arrêtées aux joints de grains peuvent induire dans les grains voisins des rotations cristallines concentrées au sein de régions appelées micro-volumes. Ce phénomène est observé aux températures faibles et intermédiaires (T < 500°C), sous chargement monotone et cyclique. Il est responsable des premiers stades d’endommagement et conduit à la formation des fissures fatales en fatigue.Une analyse statistique d’un grand nombre d’interactions bandes de glissement – joints de grains via des observations MEB sur éprouvettes pré-déformées a été menée en relation avec les configurations cristallographiques locales afin d’identifier celles qui favorisent ou inhibent la formation des microvolumes.Un rôle particulier de l’angle de twist traduisant l’alignement des systèmes de glissement de part et d’autre du joint de grains a été mis en évidence notamment dans le cas des joints de macle.Ensuite, le travail a porté sur l’établissement de deux stratégies de simulation numérique en champs complets par éléments finis de l’interaction d’une bande de glissement avec un grain voisin. L’étude de la réponse élastique du grain voisin et notamment l’analyse des distributions des rotations cristallines,des contraintes et scissions résolues au sein du grain en tête de la bande de glissement ont permis de mieux comprendre les conditions favorisant la transmission du glissement au joint de grains et celles conduisant à l’arrêt des bandes de glissement avec ou sans formation de micro-volumes. / This thesis research focused on interactions between slip bands – manifestation of plastic strain localization in polycrystalline metallic materials – and grain boundaries. The material chosen for the study is a nickel based superalloy (UdimetTM 720Li). Recent investigations have shown that slip bands blocked at grain boundaries can induce significant crystalline elastic rotation in highly localized regions – referred to as micro-volumes – in neighboring grains. This phenomenon is observed from room to intermediate temperatures (T < 500°C), under monotonic or cycling loading. It is responsible for the first stages of damage initiation and is at the origin of fatigue fatal cracks.A statistical analysis was carried out over a large data set of slip bands – grain boundaries interactions through SEM observations performed on pre-deformed samples. Local crystallographic configurations were investigated in order to identify those that favor or inhibit the formation of micro-volumes. A peculiar role of the twist angle - related to the alignment of slip systems on both sides of the grain boundary – was evidenced, particularly in the case of twin boundaries.Then, two strategies of numerical modeling of the interaction between a slip band and a neighboring grain using full-field finite element simulation were developed. In this work, the elastic regime only is considered and distributions of crystalline rotations, stresses and resolved shear stresses at the tip of theim pinging slip band in the neighboring grain were analyzed in order to better understand the conditions leading to the transmission of slip through the grain boundary and those leading to the termination of slip bands with or without formation of micro-volumes.

La microrobotique est un domaine de recherche en croissance rapide et les microsystèmes sont très demandés par un large éventail de notre vie. Aujourd’hui, des solutions d'automatisation massive sont déjà disponibles pour la production en série des microsystèmes, tandis que la production de petites quantités s'appuie principalement sur des processus manuels en l'absence de système de micro-manipulation flexible. Un processus manuel impose des contraintes à la productivité et la précision, ce qui accroît les difficultés pour les petites et moyennes entreprises à conquérir leur place sur le marché international. Dans ce contexte, la société pionnière pour la microrobotique Percipio Robotics a proposé une plate-forme cobotique Chronogrip, qui vise à gérer la micro-manipulation flexible. Toutefois, la solution n'est pas encore complète et il y a trois principaux défis à résoudre :• la dynamique de l'actionneur piézo-électrique stick-slip n'est pas entièrement comprise, ce qui retarde le développement des stratégies de suivi de trajectoire;• les interfaces haptiques ont peu de bande passante en raison des propriétés mécaniques, par conséquent il n'y a aucune option disponible qui soit capable de reproduire des informations haptiques de haute dynamique depuis le micromonde;• pour la micro-manipulation à la pince dans l'horlogerie, aucune interface haptique existante n'est en mesure d'assurer un fonctionnement intuitif et efficace.L’objectif de la thèse consiste à répondre à ces trois défis. La première partie de la thèse est consacrée à l'élaboration d'un modèle dynamique non linéaire de l'actionneur piézo-électrique stick-slip. Le résultat montre qu'il est le premier modèle dynamique qui puisse décrire la dynamique de l'actionneur dans des domaines temporels et fréquentiels, pour les fonctionnements en sous-pas et en grand déplacement, et à la fois pour les directions vers l'avant et l’arrière. La deuxième partie de la thèse est consacrée à développer une méthode pour étendre la bande passante d’une interface haptique en double étage en utilisant la technique de signal crossover. Le résultat montre que la bande passante est uniformément étendue à 1 kHz, ce qui rend possible la reproduction des phénomènes de haute dynamique depuis le micromonde. La troisième partie de la thèse vise à concevoir une interface haptique intuitive dédiée aux opérations d’horlogerie à la pince. Le design est également compatible avec l'utilisation conventionnelle d’une pince. Il est prévu d'intégrer tous les résultats de ces trois sujets de recherches dans la plate-forme de cobotique Chronogrip afin d’améliorer la productivité et l'efficacité de la micro-manipulation. / Microrobotics is a fast growing field of research and microsystems are in high demand from across a wide spectrum of our life. Nowadays, mass automation solutions are already available for large batch production of microsystems, while small batch production mainly relies on handmade processes due to the lack of flexible micro-manipulation system. Handmade processes have limited productivity and accuracy, which makes it more and more difficult for small and medium-sized enterprises to conquer their place on the international market. Under such circumstances, pioneer microrobotics company Percipio Robotics has proposed a desktop cobotic platform, Chronogrip, which aims to handle flexible micro-manipulation. However, the solution is not yet complete and there are three main challenges to resolve:• the dynamics of the piezoelectric stick-slip actuator is not fully understood, which delays the development of trajectory tracking strategies;• existing haptic interfaces have limited bandwidth due to their mechanical properties, consequently there is no available option that is able to render high dynamic haptic information from the microworld;• for tweezers-based micro-manipulation in watchmaking process, no existing haptic interface is able to provide intuitive and effective operation.The objective of thesis is to address these three issues. The first part of the thesis is dedicated to the development of nonlinear dynamic model of the piezoelectric stick-slip actuator. The result shows that it is the first dynamic model which can describe the actuator dynamics in time and frequency domain, for stepping and scanning mode, and for both forward and backward motion. The second part of the thesis is devoted to develop a method to extend the bandwidth of dual-stage haptic interface by using the signal crossover technique. The result shows that the bandwidth is uniformly extended to 1 kHz, which makes it possible to reproduce high dynamic phenomena from the microworld. The third part of the thesis aims to design an intuitive haptic interface for tweezers-based watchmaking operations. The design is also compatible with conventional tweezers-based usage. It is expected to integrate all of the three research results into the cobotic platform Chronogrip to enhance the productivity and effectiveness of micro-manipulation.

No description available.

The main objective of this work is to test the effect of two conical-shaped positive topographic obstacleson propagation of a discrete basement dextral strike-slip or transcurrent fault. A set of sandbox analogue (physical) models was constructed, in which two consecutive sand cones were placed progressivelycloser to each other. Key structural and strain parameters, such axial strain ratios and angular strain, aswell as the width and direction of the basins which formed during deformation were measured and analyzed. This procedure was then repeated with a basal decoupling layer of PDMS beneath each cone,to test the influence of this layer on the deformation.The results show that, for models without a basal decoupling layer, the distance between the two cones governs the end-stage deformation patterns of the topographic obstacles. The proximity of the topographic obstacles causes an increase of their deformation, i.e., results in higher axial strain ratios and angular strain. This effect is particularly noticeable in the first obstacle, which is affected by a strong clockwise rotation. The basal ductile which partly decouples the basement fault from the cover units nullifies the previous effect (the increase in deformation caused by proximity) and, when present, localizes the deformation by not only producing narrower pull-apart basins within the obstacles but alsoby increasing their rotation. / O objectivo deste trabalho foi o de estabelecer os efeitos de uma única falha de desligamento direito emdois obstáculos cónicos consecutivos, de relevo positivo. Adicionalmente, procura-se estabelecer o efeito que uma camada basal dúctil poderá ter na deformação dos obstáculos.Como tal, uma série de modelos análogos foram efetuados onde dois cones de areia consecutivosforam colocados sistematicamente mais próximos um do outro. Durante estas experiências, parâmetros chave de natureza estrutural e de strain foram medidos, tais como os rácios de strain axial e angular,bem como a direção e largura das bacias formadas. Este procedimento foi repetido com uma camadabasal de silicone (PDMS) colocada por baixo dos obstáculos. Os resultados mostram que, para modelos sem a camada de silicone basal, a distância de separação dos cones tem uma influência muito forte no produto final da deformação nos cones. A proximidade dos obstáculos causa um aumento da deformação (ex. valores mais elevados de strain angular e strain axial) em ambos os obstáculos. Este efeito é particularmente visível no primeiro obstáculo, sendo este afetado por uma rotação no sentido dos ponteiros do relógio mais elevada que o segundo.Por fim, verifica-se que a presença da camada basal dúctil nulifica o efeito anterior e, quando presente, focaliza a deformação, não só criando bacias de pull-apart mais estreitas mas tambémcausando uma maior rotação nos obstáculos.

Culverts throughout the country are approaching or are past their original design lives. These ‘baby boomer’ culverts will need to be repaired, rehabilitated, or replaced. Because entire culvert replacement is so expensive and intrusive, alternate measures to extend the culvert project life are growing increasingly popular. One such method is slip lining, where a ‘sleeve’ is installed within an existing culvert barrel and stabilized. Plastic pipe sleeves are very popular for slip lining primarily because the plastic material's lower Manning's roughness values allow for the culvert capacity to be maintained despite a reduction in culvert size. Unfortunately, the reduced friction within the barrel can create a barrier to fish passage due to increased water velocities. The increased velocities also cause greater outlet scour which can result in further obstacles to fish passage. These new fish barriers can greatly affect aquatic ecosystems by limiting the access that fish have to smaller tributaries used for spawning and rearing—access that is critical to the life cycles of many fish. It is suggested that mitigation of the increased velocities should go hand-in-hand with slip lined culvert design projects where fish passage (present or future) is to be considered. Can the demand for hydraulic capacity as well as the demand for fish passage be satisfied? Careful design and installation, coupled with post-project monitoring can result in slip lined culvert retrofits which successfully pass fish. Investigation of federal and state laws and various agency guidelines has informed the creation of a list of culvert conditions which should prompt consideration of slip lined culvert retrofit among other design alternatives. Additionally, a literature review and survey of all U.S. state Departments of Transportation as well as state Fish and Wildlife Departments has shown that there has been very limited experience in providing for fish passage through slip lined culverts. Literature and practice has pointed to the use of baffles and tailwater control weirs for velocity mitigation. Site visits have been made to the few states with this experience to assess developing technologies and record successful and unsuccessful installations. Additional hydraulic analysis using current software suggests general trends in the effects slip lined culvert retrofits on flow type, headwater, velocity as well as the effects of tailwater control weirs. Issues of sustainability, constructability and maintenance, as well as monitoring are addressed.