The purpose of this study was to develop a simple one- dimensional finite element for the nonlinear analysis of symmetrically and unsymmetrically laminated composite beams including shear deformation. There is a need for a simple and efficient method for analyzing unsymmetrically laminated beams since no other study on this topic is currently available. The beam element has ten degrees of p freedom at each of the two nodes: the axial displacement, the transverse deflection due to bending and shear, the twisting angle, the inplane shear rotation, and their derivatives along the axial direction. The formulation, solution procedure, and the computer program have been evaluated by solving a series of examples on the static response, free vibration, buckling, and nonlinear vibrations of isotropic and laminated beams. For unsymmetrically laminated beams, the nonlinear vibrations were found to have a soft spring behavior for certain boundary conditions as opposed to a hard spring behavior observed in isotropic and symmetrically laminated beams. The inplane boundary conditions were found to have a significant effect on nonlinear responses. / Master of Science

La notion de mouvement holomorphe a été introduite en 1983 par Mañé, Sad et Sullivan pour étudier certaines familles de fonctions rationnelles. Dans ce mémoire, on se propose d'utiliser les mouvements holomorphes dans le contexte des systèmes de fonctions itérées (IFS). Dans un premier temps, nous serons amenés à définir l'attracteur d'un IFS. Par la suite, on s'intéressera à la notion de quasiconformité, qui est intimement liée aux mouvements holomorphes. Finalement, après avoir exposé certains résultats de prolongement, nous déterminerons des critères qui nous assurent de l'existence d'un mouvement holomorphe de l'attracteur d'une famille d'IFS.

This study investigates the reliability of SnPb and SnAg solder joints in semiconductor packages subjected to thermal cycling. More specifically, solder joint crack growth and life are experimentally measured, and FEM models are run to explain the test results. Ultimately a life-prediction model is proposed for both SnPb and SnAg solder joint packages. Motorola 357-plastic ball grid array packages on printed wiring boards were thermal cycled with the following test parameters: SnPb and SnAg solders, three post-process conditions (aged, aircooled and quenched), four package layouts on the printed circuit boards (singledense, single-sparse, double-alternating, and double-dense), three accelerated thermal cycling protocols (0°C to 100°C, -40°C to 125°C, and -55°C to 125°C), and tests run at Motorola and the University of Texas. At predetermined thermal cycles, packages were removed from the environmental chambers, dyepenetrated, packages removed to expose the solder joints, and optical images taken. Images were processed to measure crack area, shape, orientation and length to show crack growth. Selected joints were sectioned and polished to investigate microstructure and failure modes. Selected boards were connected to an ANATECH event detector to monitor life from joint failures. FEM crack initiation and propagation models were developed to better understand failure mechanisms. Major experimental results are: 1) SnPb joints have about 50% faster crack growth rates than SnAg joints, subsequently SnPb joints have half the life of SnAg joints, 2) air-cooled and quenched packages had similar failure characteristics, but aged SnPb joints had lower life and aged SnAg joints had significantly longer life than the comparable nonaged joints, 3) double-dense package layout significantly decreased life (by 75%) over the other package layouts, which were similar to each other, 4) the test results at the two locations (UT and Motorola) were similar for SnPb solder joints, but significantly different for SnAg solder joints, and 5) the largest cracks occurred at the corners of joints just under the die edge. Major FEM simulation results are: 1) the crack initiation life of SnAg joints is approximately 100% longer than SnPb joints, 2) shear load is a major cause of crack growth, but the contribution of tensile load increases as the cracks grow, 3) primary cracks at the board interface appear to reduce the propagation rate of the primary crack on the package interface, 4) secondary cracks are suppressed when compressive stresses prevent voids from nucleating, 5) the double-dense configuration shows no PWB warping due to symmetry, and its stresses are larger than for the other package layouts, and (6) the stresses and strains for single-dense, single-sparse, and double-alternating package layouts are similar because the stresses/strains are dominated by local effects due to the CTE mismatch between the die and board. Based upon the experimental results and FEM simulations, a lifeprediction model based upon a severity metric was proposed. The metric estimates damage to the solder joints and links material properties and parameters associated with package layout and thermal test conditions to the time-dependent creep, time-independent plastic deformation, and a time-dependent and geometric effective stress of the solder. The severity metric predicted life very well for most of the data tested and was more accurate than the industry-standard life-prediction models for SnPb solder joints.

Silicon-based nanostructures are essential building blocks for nanoelectronic devices and nano-electromechanical systems (NEMS), and their mechanical and electrical properties play an important role in controlling the functionality and reliability of the nano-devices. The objective of this dissertation is twofold: The first is to investigate the mechanical properties of silicon nanolines (SiNLs) with feature size scaled into the tens of nanometer level. And the second is to study the electron transport in nickel silicide formed on the SiNLs. For the first study, a fabrication process was developed to form nanoscale Si lines using an anisotropic wet etching technique. The SiNLs possessed straight and nearly atomically flat sidewalls, almost perfectly rectangular cross sections and highly uniform linewidth at the nanometer scale. To characterize mechanical properties, an atomic force microscope (AFM) based nanoindentation system was employed to investigate three sets of silicon nanolines. The SiNLs had the linewidth ranging from 24 nm to 90 nm, and the aspect ratio (Height/linewidth) from 7 to 18. During indentation, a buckling instability was observed at a critical load, followed by a displacement burst without a load increase, then a fully recoverable deformation upon unloading. For experiments with larger indentation displacements, irrecoverable indentation displacements were observed due to fracture of Si nanolines, with the strain to failure estimated to be from 3.8% to 9.7%. These observations indicated that the buckling behavior of SiNLs depended on the combined effects of load, line geometry, and the friction at contact. This study demonstrated a valuable approach to fabrication of well-defined Si nanoline structures and the application of the nanoindentation method for investigation of their mechanical properties at the nanoscale. For the study of electron transport, a set of nickel monosilicde (NiSi) nanolines with feature size down to 15 nm was fabricated. The linewidth effect on nickel silicide formation has been studied using high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) for microstructural analysis. Four point probe electrical measurements showed that the residual resistivity of the NiSi lines at cryogenic temperature increased with decreasing line width, indicating effect of increased electron sidewall scattering with decreased line width. A mean free path for electron transport at room temperature of 5 nm was deduced, which suggests that nickel silicide can be used without degradation of device performance in nanoscale electronics.

M. Tech. Metallurgical Engineering. / Aims at improving Cu interconnection problem by homogeneous distribution of ruthenium and tantalum in Cu matrix for excellent interconnection in electronics packaging. The aim will be achieved through the following objectives.Development of appropriate technology for homogenizing submicron metal powders with suitable methods for controlling grain growth during sintering. Study the mechanisms of synergistic incorporation of Ru, and Ta on improving copper interconnection properties. To investigate metallurgical interactions and phenomena occurring during sintering. To investigate specific property and behaviour advantages intrinsic due to the composites and material mix.

Les applications modernes s’appuient sur des architectures qui combinent de plus en plus de composants logiciels émanant de plusieurs éditeurs, implantant des fonctions de plus en plus spécialisées, et très souvent déployés dans le « cloud ». De ce fait, ces applications nécessitent une dynamique et une adaptation certaines vis-à-vis des flux de données que leurs composants échangent et des besoins de qualité de service (QdS) que ces flux requièrent. Pour la majorité des applications, il s’avère difficile d’identifier à l’avance l’ensemble des flux et/ou d’exprimer précisément les besoins de QdS associés. Ainsi, fournir un service de communication réseau capable de répondre et de suivre les besoins de ces applications sans gaspiller, par surdimensionnement, l’utilisation des ressources réseau, pose plusieurs défis aux réseaux de communication supports, notamment un haut degré de flexibilité, largement au-delà des possibilités des réseaux de communication actuels. L’objectif de ce travail de thèse est de développer le concept de réseau guidé par les applications (ADN : Application Driven Networking), réseau capable d’offrir des services de communication personnalisés et dynamiques aux applications. Le qualificatif personnalisé signifie que le service ADN répond à des besoins de communication applicatifs exprimés avec un niveau de granularité très fin pouvant aller jusqu’aux flux élémentaires. Ces besoins peuvent être exprimés explicitement par l’application ou inférés par le réseau par analyse du trafic. L’aspect dynamique signifie que le service ADN est reprogrammé et ajusté pour suivre l’évolution des besoins de l’application dans le temps. Les contributions de ce travail de thèse couvrent plusieurs points. Nous avons défini l’architecture générale d’un réseau ADN bâti sur une infrastructure réseau de type SDN (Software Defined Network) en explicitant ses composants fonctionnels et en spécifiant les interfaces entre composants. Nous avons développé les algorithmes de ses principaux composants, notamment deux algorithmes d’allocation de ressources réseau qui calculent les chemins de données et les ressources réseau à y réserver pour satisfaire les exigences de bande passante et de délai des services ADN, tout en optimisant l’utilisation de ressources. Nous avons mis au point deux heuristiques de migration des services ADN afin de répartir aux mieux la charge du réseau et d’augmenter l’admissibilité des requêtes des services ADN à venir. Nous avons développé un prototype démonstrateur de réseau ADN qui fournit un ensemble de services ADN à des applications dynamiques basées sur le middleware temps réel DDS (Data Distribution Service). / Modern applications are typically composed of lots of software components that tend to implement self-contained specialized functions. These components are often supplied by many software editors and provisioned and accessed via the cloud. As a consequence, the data flows that are exchanged between applications’ components and their QoS requirements vary over time. Moreover, in many situations, it is quite difficult to pre-identify this set of data flows and/or express precisely the associated QoS. Hence, providing a network service that meets application requirements and dynamically evolves with their needs without uselessly wasting network resources poses several challenges to the underlying communication network. Notably, the necessity of a high level of flexibility, far beyond the capabilities of today’s communication networks. The aim of this PhD is to develop the Application Driven Networking (ADN) concept, which is able to provide tailored and dynamic network services to applications. Tailored means that the ADN service captures a fine-grained description of application needs, which can consider elementary flows. These needs can be expressed, either, explicitly by the application or inferred by the network by traffic analysis. The dynamic facet means that the ADN service is reprogrammed and adjusted to fit to evolving application needs. The main contributions of this thesis are the following. First, a general architecture of the ADN network built on top of a Software Defined Network (SDN) infrastructure is proposed. Algorithms related to the ADN functional components are also proposed, in particular two network resource allocation algorithms that calculate the optimal (in terms of network resource utilization) data paths and the required network resources that meet application requirements. Two ADN service migration heuristics are also proposed to efficiently distribute the network load and increase the acceptance of forthcoming network service requests. An ADN network prototype is developed as proof of concept. It provides ADN services to dynamic applications with QoS requirements built on top of the DDS (Data Distribution Service) middleware.

La réduction d'émission des gaz à effet de serre devient actuellement une priorité mondiale. À cet égard, CC^Solution inc. a développé une technologie qui pourrait permettre aux industriels de réduire leurs émissions de CO2 (principal gaz à effet de serre) grâce à l'action d'un catalyseur biologique, soit une métallo-(Zn)-enzyme immobilisée à l'intérieur d'un bioréacteur et capable d'hydrater le CO2 en HCO3". Or il s'avère que la température des effluents gazeux industriels est souvent très élevée, ce qui est incompatible avec l'enzyme actuellement utilisée qui serait rapidement dégradée. Cependant, il existe des micro-organismes vivants à hautes températures (thermophiles) qui produisent des enzymes adaptées et donc fonctionnelles dans de telles conditions. Methanobacterium thermoautotrophicum en est un bel exemple puisqu'on la retrouve dans les sources thermales où la température avoisine 70° C et qu'elle synthétise une enzyme, l'anhydrase carbonique (MTCA), capable d'hydrater le CO2. Le projet avait pour but la production d'une anhydrase carbonique thermostable, active sous une forme immobilisée et donc capable d'hydrater le CO2 en HCO3" dans un bioréacteur destiné à la réduction du dioxyde de carbone dans un environnement ouvert ou fermé. Ce projet se divisait en trois étapes : le clonage du gène de MTCA à partir de l'ADN génomique de M. thermoautotrophicum, la purification de MTCA par chromatographie échangeuse d'ions, la mise à l'échelle des étapes de production de MTCA et l'étude de l'immobilisation de MTCA selon deux méthodes. La première méthode d'immobilisation consistait à la liaison covalente sur fibre de coton à l'aide de glutaraldéhyde, l'autre à la séquestration dans un réseau poreux de silice à partir de tetramethoxysilane (TMOS). La séquestration dans un réseau poreux de silice s'est avérée plus efficace que la liaison covalente sur fibre de coton pour la récupération d'activité post-immobilisation et a donc été choisie pour subir les essais sur la résistance thermique. En ce qui a trait à la séquestration, un mélange typique d'alkoxysilane (TMOS-H2O-HCI), aussi appelé sol-gel, a été utilisé. L'optimisation des paramètres de maturation du sol-gel a permis de conserver une activité relative d'hydratation du CO2 allant jusqu'à 25 % de l'activité initiale de l'enzyme libre en solution. La vitesse de consolidation du réseau de silice serait un facteur capital pour la conservation de l'activité post-immobilisation. Un même lot de sol-gel enrichi en MTCA a été soumis à des cycles répétés d'essais d'hydratation du CO2. Une diminution appréciable de 50% d'activité fut observée suite au premier essai, mais cette diminution tend à s'atténuer lors des cycles subséquents. L'impact de la silanisation sur la résistance thermale de MTCA a également été étudié. La séquestration de MTCA dans un réseau de silice a permis d'augmenter d'environ 15° C la plage d'activité de l'enzyme pour atteindre 85° C et ce, comparativement à la forme libre en solution, suite à un traitement à la chaleur de 15 min. Cet effet serait dû à la formation d'une cage de silice autour de l'enzyme menant une consolidation des structures tertiaires et quaternaires. La séquestration d'anhydrases carboniques dans un réseau poreux de silice s'est avérée une avenue fort prometteuse pour le développement futur de procédés enzymatiques d'hydratation du CO2 à hautes températures.

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Typescript (photocopy). / Digitized by Kansas Correctional Industries

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