Modern sport helmets have been effective in reducing catastrophic head injuries such as skull fracture and subdural hematoma; yet, the high prevalence of minor traumatic brain injuries (mTBI) is an unresolved public health concern. Consequently, there is a need for greater scrutiny in a helmet's ability to mitigate collision forces that may correspond to mTBI risk. Current safety standards primarily assess a helmet's ability to minimize the whole head's peak acceleration during blunt impacts. Absent are dynamic measures local to the impact site itself due to the technical challenge to spatial map high impact force magnitudes with high temporal resolution. Inclusion of the latter measures may enhance the functional assessment of helmets. Thus, the aim of this research was to develop a localized impact mapping system (LIMS) for placement between the helmet and head interface and then to utilize the LIMS to evaluate the mechanical behaviour of various padding foams and helmets during controlled headform drop and projectile collision tests. Interposed between the helmet shell/padding and head surface, this LIMS consists of an array of discrete, thin force sensors connected to a compact signal conditioner and high speed data acquisition digital recorder. A first study demonstrated the feasibility of the LIMS to accurately capture impact events in terms of both force magnitude and temporal response. The results of this initial study demonstrated that the system could capture impact forces with acceptable error (~5%) and high correlation (0.97) between measures of global force and the sensor array. Furthermore, the LIMS demonstrated the ability to capture impact "footprints" that functionally differentiated material properties of density and temperature. A second study incorporated the LIMS as part of a standard controlled surrogate headform drop test for blunt impacts. The LIMS performed equally well on the curved cranial surface geometry of the headform and was able to differentiate unique impact contact distribution patterns based on the ice hockey helmet model's shell and padding configurations, including identification of high focal force concentrations (>16 MPa) during side impact. Of note, global head impact acceleration measures did not correspond to the magnitude of localized contact forces (R-square=0.22), but did correspond to net global contact force (R-square=0.98). A third study used the LIMS between a Hybrid III surrogate headform and an ice hockey helmet during controlled puck projectile collisions. The LIMS was effective at capturing local force distributions dynamics for short impact events lasting 2-4 ms, and again was able to distinguish between varied helmet model's padding materials and installed configurations. Five helmet models were subject to highly localized puck impact at two different velocities (V1=24.2 m/s, V2=33.3 m/s). At V2, peak contact pressures, averaged across all helmet models, were nearly double (393 N/cm^2) those recorded at the same location during vertical drop testing (201 N/cm^2). Again, linear acceleration data did not discern these differences in localized pressures. In summary, this novel testing approach provides an instrument for the assessment of helmet design and material properties on local impact dynamics, and demonstrates merit as an industrial and research tool to enhance head protection. / Les casques de sport modernes ont été efficaces pour réduire les traumatismes crâniens sévères tels que les fractures du crâne et les hématomes sous-duraux. Malgré tout, la prévalence élevée des lésions cérébrales traumatiques mineures reste un problème de santé publique non résolu. Par conséquence, il existe un besoin important pour un examen plus approfondi de la capacité des casques à atténuer les forces de collision qui pourraient correspondre à un risque de traumatisme cérébral mineur. Les normes actuelles évaluent principalement l'efficacité des casques à minimiser les accélérations maximales de la tête lors d'impacts contondants. L'absence de mesures dynamiques locales, plus précisément au site d'impact, est surtout dû au défi technique qui est d'insérer des matrices sensorielles avec une haute résolution temporelle. Le développement de cette dernière technique de mesure pourrait améliorer l'évaluation fonctionnelle des casques en général. Ainsi, l'objectif principal de cette recherche était de développer un système de cartographie d'impact local (CIL) tout en permettant l'insertion de ce système entre le casque et la tête, et ainsi, utiliser le CIL afin d'évaluer les caractéristiques mécaniques de differentes mousses de rembourrage et différents casques au cours de chute et de collision contrôlée sur une fausse tête. Interposé entre la calotte/rembourrage et la surface de la tête, ce CIL est constitué d'un réseau de capteurs de force discrets, minces, connectés à une grande vitesse d'acquisition de données numériques. Une première étude a démontré la faisabilité d'utiliser le CIL pour capturer avec précision des événements d'impact en termes d'amplitude et de force ainsi que la réponse temporelle. Par ailleurs, le CIL a démontré la capacité de capturer les «empreintes» d'impact et de différencier fonctionnellement divers matériaux en mousse et des densités. Une deuxième étude a intégré le CIL dans le cadre d'une norme d'essai contrôlé de fausse tête de substitution lors de chute sur objets contondants. Le CIL s'est révélé tout aussi précis sur la géométrie de la surface crânienne courbe et a été en mesure de différencier les modèles uniques d'impact de contact de distribution basé sur le modèle de coque des casques de hockey et de configurations de remplissage, y compris l'identification de concentrations élevées de force de contact (>16 MPa). Fait à noter, l'impact global des mesures d'accélération de la tête ne correspond pas nécessairement à l'ampleur des forces d'intervention (R-square=0.22). Une troisième étude a utilisé le CIL entre une fausse tête de substitution Hybrid III et un casque de hockey sur glace lors de collisions de projectiles. Le CIL est efficace pour capturer des distributions locales de forces dynamiques lors d'événements de moins de 4 ms, et encore une fois a été en mesure de faire la distinction entre les matériaux de rembourrage des modèles de casques variés. En résumé, cette approche de test innovatrice s'est avérée être un instrument précis pour l'évaluation de la conception du casque et des propriétés des matériaux sur la dynamique d'impact local, et démontre le mérite d'un outil industriel et de recherche visant à améliorer la protection de la tête.

The objective of this dissertation is the vibration and buckling control of piezo-laminated composite structures with surface bonded or embedded piezoelectric sensors and actuators by using the finite element analysis and LQR/LQG feedback control techniques. The focus is mainly on two aspects: the finite element part and the active control part. (1) The finite element part:Two finite element formulations for the piezo-laminated beams based on the classical Bernoulli-Euler and the Timoshenko beam theories are developed using the coupled linear piezoelectric constitutive equations, and the Hamilton variation principle. A C0 continuous, shear flexible, eight-node serendipity doubly curved shell element for the piezo-laminated composite plates and shells is also developed based on the layer-wise shear deformation theory, linear piezoelectric coupled constitutive relations, and Hamilton variation principle. The developed elements can handle the transverse shear strains, composite materials, and piezoelectric-mechanical coupling. Higher modes of vibration can then be predicted more precisely for thin to medium-thick multi-layered composite structures. They are evaluated both for the vibration and buckling of beam, plate, and shell structures. (2) The active control part: The suppression of vibration of a cantilever piezo-laminated beam and the control of the first two buckling modes of a simply supported piezo-laminated beam are studied first. Then, the vibration and buckling control of a cantileverpiezo-laminated composite plate are studied. Furthermore, the vibration control of a piezolaminated semicircular cylindrical shell is also studied. The results of the finite element analysis are used to design a linear quadratic regulator (LQR) controller and a linear quadratic Gaussian (LQG) compensator with a dynamic state observer to achieve all the controls. The control design begins with an approximate reduced modal model which can represent the system dynamics with the least system modes. A state space modal model of the smart structure which integrates the host structure with bonded piezoelectric sensors and actuators, is then used to design the control system. The designed LQR/LQG feedback controls are shown to be successful in suppressing the vibration and stabilizing the buckling modes of structures. Both the finite element analysis and the active control simulation results are consistent with the existing theoretical analysis results and the experimental data in the literature. Some important conclusions and interesting observations are obtained. / L'objectif de cette thése est le contrôle de la vibration et de flambage à l'aide de l'analyse par éléments finis et LQR/LQG technologies de contrôle de rétroaction pour les structures composites stratifiées piézo-électriques qui sont liés ou incorporés de surface de capteurs et d'actionneurs piézoélectriques. Il ya principalement deux parties ciblées. La partie des éléments finis : Deux formulations éléments finis pour les poutres laminées piézo-basé sur le classique d'Euler-Bernoulli et la théorie des poutres de Timoshenko, respectivement, linéaires couplées piézoélectriques équations constitutives, et le principe de variation de Hamilton sont développés. Un C0 continue, cisaillement flexible, à huit nuds élément de coque à double courbure sérendipité pour les plaques piézocomposites stratifiés et de coquillages est également dérivée basée sur la théorie de la couche-sage déformation de cisaillement, linéaires piézo-électriques couplés relations constitutives mécaniques, et le principe de variation de Hamilton. Toute la poutre, plaque, et des éléments de coque développés ont considéré la rigidité, de masse et les effets de couplage électromécanique du capteur piézo-électrique et les couches de l'actionneur. Les éléments de structure développéssont capables de traiter les effets non linéaires de déformation en cisaillementtransversal et la non-linéarité des matériaux composites, piézoélectrique-mécanique d'accouplement, et peut prévoir plus précisément les modes supérieurs de vibration, et peut être appliquée à partir de minces d'épaisseur moyenne structures composites multicouches. Ils sont évalués à la fois les vibrations et analyse de flambage de la poutre, plaque, et structures en coque. La partie de commande actif : La vibration de supprimer d'un porte à faux piézo-collé poutre, les deux premiers modes de flambement contrôle d'un appui simple piézo-collé poutre, et la vibration et le flambage contrôle de la charge d'un cantilever piézoélectrique stratifié plaque composite sont étudiés. Les résultats de l'analyse par éléments finis sont utilisés pour concevoir un régulateur linéaire quadratique (LQR) contrôleur et un linéaire quadratique gaussienne (LQG) compensateur avec un observateur d'état dynamique pour atteindre toutes les commandes. Les conceptions de commandes commencent par une méthode modale modle pour déterminer un modle modal réduit approximative qui peut représenter la dynamique du systme avec les modes les moins systme inclus. Un modle modal espace d'état de la structure intelligente qui a intégré la structure d'accueil d'colléscapteurs et d'actionneurs piézoélectriques, est ensuite utilisé pour concevoir le systme de contrôle. Les contrôles visant commentaires LQR/LQG sont avérés succs dans la suppression de la vibration et de stabiliser les modes de flambement des structures. Tant l'analyse par éléments finis et les résultats de simulation de contrôle actives sont compatibles avec les résultats existants d'analyse théoriques et les données expérimentales de la littérature. Quelques conclusions importantes et des observations intéressantes sont obtenues.

Force and centre of pressure (COP) were measured during a forward skating task on ice using a standard hockey skate and a modified skate with an altered tendon guard and eyelet configuration which allows for increased dorsiflexion and plantarflexion. The objective of this study was to determine if those skate design changes would result in biomechanical changes in the skaters during forward skating. Both left and right skates were instrumented with a calibrated strain gauge force transducer system to measure forces and with an insole system used to measure the COP during the forward skating task. The modified skate showed a reduction of 14.5-24.3 mm in total anterior-posterior COP excursion (p < .05). This suggests that the modified skate changes the biomechanics of the skaters. However, a full body kinematic study might be needed in order to study the exact biomechanical changes. / La force et le centre de poussée (CDP) ont été mesurés pendant le patinage sur glace en ligne droite en utilisant des patins de hockey standards et des patins de hockey modifiés avec un protecteur du tendon d'Achille plus flexible et une configuration différente des oeillets pour lacets permettant une plus grande dorsiflexion et flexion plantaire de la cheville. Le but de cette étude était de déterminer si ces changements de construction de patins ont une influence sur le mouvement biomécanique des patineurs pendant le patinage sur glace en ligne droite. Les patins gauches et droites ont été instrumentés avec un système d'estimation de la force calibré et avec un système de capteurs de pression en dessous de la semelle pour mesurer le CDP. L'utilisation du patin modifié s'est manifestée par une réduction de 14.5 à 24.3 mm du déplacement total du CDP dans la direction antéro-postérieure (p < .05). Celà suggère que l'utilisation du patin modifié a un effet sur la biomécanique des patineurs. Cependant, une étude cinématique du corps au complet serait peut-être nécéssaire afin d'étudier les changements biomécaniques exacts.

Historical data of sea ice concentration in Canadian waters are analysed using projections methods (Principal Component Analysis, Singular Value Decomposition, Canonical Correlation Analysis and Projection on Latent Structures) to identify the main patterns of evolution in the sea ice cover. Three different areas of interest are studied: (1) the Gulf of St Lawrence, (2) the Beaufort Sea and (3) the Labrador Sea down to the east coast of Newfoundland. Forcing parameters that drive the evolution of the sea ice cover such as surface air temperature and wind field are also analysed in order to explain some of the variability observed in the sea ice field. Only qualitative correlations have been identified, essentially because of the singular nature of the sea ice concentration itself and the accuracy of available data. However, several statistical models based on identified patterns have been developed showing forecasting skills far better than those of the persistence assumption, which currently remains one of the best 'model' available. Forecasts are tested over periods of time ranging from a few days to several weeks. Some of these models constitute innovative approaches in the context of statistical sea ice forecasting. Some others models have been developed using a probabilistic approach. These models provide forecasts in terms of sea ice severity (low-medium-high), which is often accurate enough for navigation purposes for the three areas of interest. Forecasting skills of these models are also better than the persistence assumption. Finally, an existing dynamic sea-ice model has been adapted and used to predict sea ice conditions in the Gulf of St Lawrence during the Winter season 1992-1993. Simulations provided by this model are compared to the forecasts of different statistical models over the same period of time.

Ice hockey is a sport characterized by high speeds, sharp turns and abrupt stops. As a result of these explosive and agile movements, the interaction of the foot and ankle with the skate boot is fundamental for optimal stability and propulsion. The purpose of this study was to determine the nature of this mechanical coupling in both a conventional and prototype skate models. In phase one, a Biodex System 4 Pro dynamometer was used to isolate the foot and ankle / boot dynamics in sagittal and frontal plane movements. Three footwear conditions were evaluated (control shoe, a skate boot in production and a modified skate boot prototype). In phase two, lower body kinematics were assessed using 3D motion capture to determine if the above skate models would yield different joint movement coordination during skating push-offs using the two skate boot models. When comparing the three foot conditions, there was a significantly greater range of motion observed in the shoe control and modified skate boot than the regular skate boot (65.2 deg vs. 52.4 deg vs. 35.7 deg, p < 0.05). The total work done was only significant in the shoe control over the regular skate boot (16 kJ vs. 8.9 kJ, p < 0.05). In phase two, only the maximum plantar flexion was greater with the modified skate (11.3 deg vs. 1.3 deg, p < 0.05). The biodex dynamometer was able to discern differences between the three types of footwear using the dependent variables selected. Using a combination of the active and passive modes, this system has provided a valuable measurement of quantifying boot stiffness characteristics. / Une vitesse de jeu rapide, les virages brusques ainsi que les arrêts soudains sont des caractéristiques bien particulières au hockey sur glace. Considérant ces mouvements explosifs et agiles, l'interaction entre le pied, la cheville ainsi que la botte du patin devient fondamentale pour obtenir une propulsion et une stabilité optimale. Le but de cette études était de déterminer la nature cette interaction mécanique pour un modèle de patin a glace conventionnel ainsi que pour un prototype. Dans un premier temps, un dynamomètre Biodex System 4 a été utilisé pour isoler de façon dynamique le pied et la cheville/patin dans les plans sagittal et frontal. Trois conditions expérimentales ont été évaluées (soulier contrôle, patin commercialisé ainsi qu'un patin modifié). Par la suite, la cinématique des membres inférieurs fut mesurée en utilisant une système de capture du mouvement pour déterminer si les différentes botte de patin affecteraient la coordination motrice lors d'un départ.En comparant les trois conditions de botte, une différence significative a été observée pour l'amplitude de mouvement entre le soulier et le patin modifié et le patin commercial (65.2° vs. 52.4° vs. 35.7°, p < 0.05). Le travail total était seulement significatif entre le soulier et le patin commercial (16 kJ vs 8.9 kJ, p < 0.05). Pour la deuxième phase, seulement la flexion plantaire maximale était plus grande avec le patin modifié 11.3° vs. 1.3°, p < 0.05).Le dynamomètre Biodex a pu clairement discerner des différences entre les différentes conditions de botte pour les variables dépendantes sélectionnées. En utilisant les modes passifs et actifs, le système a permis de générer une méthode de quantification caractéristique de la rigidité de bottes.

The purpose of this study was to quantify the contact forces between the lower and upper hands to the stick shaft during the ice hockey slap and wrist shot. Four cohorts (male/female x high/low calibre; HC, LC) of ice hockey players were tested using three sticks of different shaft bending stiffnesses (77, 87, 102). Forty-one subjects (21 male, 20 female) performed seven slap and seven wrist shots with each of the three stick types. Force at the stick-hand interface was recorded at 1000 Hz using 32 piezoresistive sensors about the shaft at the upper and lower-hand grip locations. The results demonstrated the feasibility for direct measurement of forces at the hand-stick interface while executing shooting tasks in ice hockey. As anticipated, peak forces acquired during both the slap and wrist shot differed by calibre and by gender, with males exhibiting higher forces than females, and HC players demonstrating higher forces than LC players, within each gender; however, stick type was not a significant factor. Notably, each player displayed unique, repeatable "force signatures". In general, for both slap and wrist shots, grip force patterns demonstrated typical bimanual coordination patterns pertinent to understanding the mechanical dynamic control of the stick for effective performance. / Le but de cette étude était d'examiner les forces de contact entre les mains et le baton de hockey pendant l'exécution de lancers frappés et de tirs du poignet. Quatre cohortes (homme/femme x haut / bas calibre; HC, LC) de joueurs de hockey sur glace ont été testés en utilisant trois bâtons de rigidités différentes (77, 87, 102). Quarante et un sujets (21 hommes, 20 femmes) ont effectué sept lancers frappés et sept tirs du poignet avec chacun des trois types de bâton. La force de pression a été enregistrée à 1000 Hz en utilisant 32 capteurs piézorésistifs aux interfaces entre la main et le bâton. Les résultats ont démontré la faisabilité de la mesure directe des forces à l'interface main-bâton lors de l'exécution de tirs au hockey sur glace. Les forces de pointe atteintes au cours de lancers frappés et de tirs du poignet différaient en fonction du calibre et du sexe, les hommes présentant des forces supérieures comparativement aux femmes. De plus, les joueurs de HC ont démontré des forces supérieures par rapport aux joueurs LC. Par contre, le type de bâton ne représentait pas un facteurs significatif pour la production de force qui plus est, chaque joueur a affiché une 'signature' de force reproductible et constante. En général, les modèles de forces pour les lancers frappés et les tirs des poignets ont démontré des pattrons de coordination bimanuelle à la compréhension du contrôle mécanique dynamique du bâton et possiblement a l'évaluation de la performance.

The characteristics of the dynamic flow in single-reed mouthpiece systems, as well as the influence of low Mach number mean flows on parameters associated with the acoustic radiation from wind instruments and generic waveguides are investigated in this thesis. In the first case, a numerical technique based on the lattice Boltzmann method coupled to a finite difference scheme is developed in order to investigate the fluid-structure interaction within the mouthpiece-reed system due to an unsteady low Mach number viscous flow. Results obtained for a stationary simulation with a static reed agree very well with those predicted by the literature based on the quasi-stationary approximation. However, simulations carried out for a dynamic regime with an oscillating reed show that the phenomenon associated with flow detachment and reattachment diverges considerably from the theoretical assumptions. The influence of low Mach number mean flows on the acoustic transmission properties of wind instruments and generic waveguides is also investigated by means of an axisymmetric lattice Boltzmann scheme. The results obtained from an unflanged pipe model agree very well with those provided by the available theories and experimental data. The effect of different horn types attached to the open end of a pipe is also investigated in detail. When compared to an unflanged pipe, horns act to significantly increase the gain of the reflection coefficient magnitude (| R| > 1) in the same critical regions observed in the unflanged pipe. Conversely, horns act to drastically decrease the end correction in the low-frequency limit. The results sug- gest that the magnitude of the reflection coefficient is independent of the horn geometry at low Strouhal numbers, whereas the end correction is highly dependent. When the simulations are conducted with the same parameters found during clarinet playing (catenoidal horn and very low Mach numbers), it is observed that the effect of the mean flow b / Les caractéristiques de l'écoulement dynamique dans les systèmes d'embouchure à anche simple, ainsi que l'influence d' ́ecoulements à faible nombre de Mach sur certains des paramètres li ́es au rayonnement acoustique des instruments à vent et des guides d'ondes en général sont ́etudi ́ees dans cette thèse. Dans le premier cas, une technique numérique, basée sur une méthode de Boltzmann couplée à une méthode de différence finie, est développée afin d' étudier l'interaction fluide-structure dans le systéme bec-anche qui provient d'un ́ecoulement visqueux instable de faible nombre de Mach. Les résultats obtenus, en régime stationnaire avec une anche statique, concident avec ceux prédits par la litterature qui se base sur l'approximation quasi stationnaire. Cependant, les simulations effectuées pour un régime dynamique avec une anche vibrante montrent que les phénomènes associés au détachement et au rattachement de l'écoulement divergent considérablement des prédictions théoriques. L'influence d'un ́ecoulement à faible nombre de Mach sur les propriétés acoustiques des instruments à vent et des guides d'ondes en général est ́egalement ́etudiée à l'aide d'une méthode de Boltzmann sur réseau axisymétrique. Les résultats obtenus à partir d'un modèle de tuyau non- bafflé correspondent très bien à ceux fournis par les théories disponibles et les données expérimentales. L'effet de differents types de pavillon attachés à l'extrémité ouverte d'un tuyau est ́egalement ́etudié en détail. La comparaison de ces résultats avec le tuyau non-bafflé montre que les pavillons ont pour effet d'augmenter significativement le module du coefficient de réflexion pour les mêmes régions critiques (| R| > 1) observées dans le cas du tuyau. A l'inverse, les pavillons diminuent considérablement la correction de longueur dans la limite basse fréquence. Les resultats suggèrent que l'importance du coefficient$

Abstract The purpose of this study was to identify joint angular kinematics that correspond to shooting accuracy in the stationary ice hockey wrist shot. Twenty-four subjects participated in this study, each performing 10 successful shots to four shooting targets. An eight-camera infra-red motion capture system (240 Hz), using passive reflective markers, was used to record motion of the joints, hockey stick, and puck throughout the performance of the wrist shot. A multiple regression analysis was carried out to examine whole-body kinematic variables with accuracy scores as the dependent variable. Results indicate that no one body region predominated as a predictor of accuracy across all four shooting targets since the wrist shot's general movement pattern required that one or more of the body's joints modulate its movement amplitude, rate and timing to achieve an accurate outcome. Significant accuracy predictors were identified in the lower limbs, torso and upper limbs. An accurate outcome was associated with the following characteristics: The lower body seemed to provide a stable base for support, but also contributed to initiation of movement in the form of weight transfer towards the intended target. We propose that the trail leg seemed to offset rotational motion that could potentially upset the stability of the system if not properly managed. Additionally, angular kinematics at the pelvis, spine and thorax appeared to orient the trunk such that the upper limbs can optimally function to achieve an accurate outcome, and also undoubtedly contributed to force production. And finally, accuracy was associated with more dynamic use of the lead arm specifically at the wrist and shoulder. / AbrégéL'objectif premier de cette étude était d'identifier les mouvements caractéristiques du corps des joueurs de hockey correspondant à la précision de tirs du poignet stationnaire à travers différents niveaux d'habiletés. Un total de vingt-quatre sujets ont fait partie de l'échantillon. Chacun d'eux ont dû réussir correctement dix lancers dans chacune des quatre différentes cibles. La performance des sujets a été évaluée en mesurant la cinématique du corps, du bâton et de la rondelle à l'aide de marqueur réfléchissants qui ont été filmé à l'aide d'un système d'analyse du mouvement composé de huit caméra infrarouge (Vicon®), le tout étant enregistré à 240 Hz. Avec le niveau de précision comme variable dépendante, une analyse de régression multiple a été effectuée avec les variables cinématiques de toutes les articulations. Les résultats ont démontrés qu'il n'y a pas de prédicteurs universels à travers les différentes cibles considérant qu'une ou plusieurs articulations peuvent ajuster leurs vitesses, amplitudes et séquences pour effectuer un lancer précis. Des prédicteurs important ont été identifiés dans les membres inférieurs, le tronc ainsi que dans les membres supérieur. Les membres inférieurs semblent permettent une base de support stable ainsi qu'un transfert de poids efficace en direction de la cible visée. De plus, la jambe arrière permettrait de contrer le momentum angulaire qui pourrait débalancé le système en équilibre. Le déplacement angulaire du tronc (pelvis, thorax et colonne lombaire) permet d'orienter de façon à ce que les membres supérieurs puissent bouger de façon optimale en plus de contribuer à la production de force transmisse à la rondelle. Pour terminer, la précision semble être associée à un contrôle plus dynamique du poignet et de l'épaule du membre supérieur contrôlant le haut du bâton.

The ground (ice) reaction force and the plantar foot pressure variables were measured during an explosive transitional maneuver, stop and go, skating task on ice using: 1) regular hockey skate and 2) a modified skate with an altered tendon guard and eyelet configuration which allows for increased dorsiflexion and plantarflexion. The objective of this study was to describe the differences in skating mechanics and kinetics between high and low caliber skaters and between the two different skate models during the specific explosive transitional, stop and go, skating task. Both the left and right skates were instrumented with a calibrated strain gauge force transducer system to measure the ground (ice) reaction force and with an insole system used to measure the plantar foot pressure variables during the stop and go skating task. Similar CoP and vertical force results were observed between the two skate models; however, high caliber skaters showed a reduction of 10.7 (inside skate) and 15.2 (outside skate) mm in total antero-posterior CoP excursion during the stop phase (p<0.05). In conclusion, specific postural control patterns were observed between high and low caliber skaters. However, a full body kinematic study might be needed in order to study the exact biomechanical changes. / Les variables de la force de réaction du sol (glace) et de la pression plantaire du pied ont été mesurées pendant une manœuvre de transition explosive, "stop and go", de patinage sur glace. 1) à l'aide de patins de hockey standard et 2) des patins de hockey modifiés avec un protecteur du tendon d'Achille plus flexible et une configuration différente des œillet pour lacets permettant une plus grande flexion dorsale et plantaire de la cheville. Le but de cette étude était d'illustrer les différences de la mécanique du patinage et la cinétique entre les patineurs de haut et bas calibre et entre les deux modèles de patins pendant la tâche de patinage spécifique du "stop and go". Tant les patins de gauches et de droites ont été instrumentés avec un système d'estimation de la force calibré et avec un système de capteurs de pression en dessous de la semelle pour mesurer les variables de la pression plantaire du pied pendant la tâche de patinage du "stop and go". Les deux modèles de patin ont démontré des résultats similaires quant aux variables du Centre de Pression (CdP) et de la force verticale. Toutefois, les patineurs de haut calibre ont démontré une réduction de 10,7 (patin intérieur) et 15.2 (patin extérieur) mm concernant le déplacement total du CdP antéro-postérieur pendant la phase d'arrêt (p <0,05). En conclusion, des modèles spécifiques du contrôle postural ont été observées entre les patineurs de haut et de bas niveau. Néanmoins, une étude cinématique exhaustive du corps humain serait manifestement nécessaire afin d'étudier les changements biomécaniques exacts.

While great efforts have been made in the electrical utility industry to engineer various stranded conductors with enhanced strength and vibrational characteristics, research devoted to understanding the complex mechanical behavior of complete conductors has been scarce, especially from a computational mechanics perspective. In the meanwhile, the long-lasting problem of conductor fretting fatigue becomes increasingly critical for overhead line design and maintenance, especially with the world-wide aging of electrical transmission grids. Aging of conductors contributes to significant degradation of their local fatigue strength, leading to drastic reduction of their service life. However, the complex mechanical response of stranded conductors cannot be well predicted by either experimental testing or simplified theoretical models, owing to the physical complexity introduced by their multi-layer stranded geometry, nonlinear material properties, substantial frictions among the wires and between the wires and hardware clamping systems, as well as the comprehensive contact interactions amongst their components. Simplified beam models and coarse 3-D models of earlier computational studies also fail to calculate the accurate stress variations inside a conductor strand and capture the stress gradients near the contact interfaces. Moreover, the estimations of fretting fatigue life are very dependent on the high accuracy of the stress predictions in the conductor wires. Therefore, reliable high-fidelity computational models have been long expected for a better understanding of the contact damage of transmission line conductors under both design and fretting fatigue conditions. The main objective of this thesis is to study the complex stress states and relevant influencing factors of stranded electrical conductors, using finite element analysis approaches. The research was carried out in three stages. First of all, a study focused on the finite element (FE) modeling of an optical ground wire (OPGW) cable strand for its detailed stress analysis. A refined 3-D FE model including all essential nonlinear characteristics was successfully constructed. As a result, a high-fidelity physics-based macroscopic modeling methodology was developed for detailed and accurate computational stress analysis of stranded conductors. A 795 kcmil Drake ACSR conductor was then selected as a benchmark conductor to investigate the tensile strength and critical stress states of a complete conductor under extreme design conditions. Furthermore, a sensitivity study explored the relative importance of friction effects among conductor wires on the mechanical response.A large scale 3-D FE stress analysis model with comprehensive nonlinearities was developed and implemented to simulate an actual ACSR fretting fatigue test. The computational results showed good agreement with some experimental measurements and field observations reported in the open literature. Based on the accurate stress analysis, a practical multi-axial fatigue lifing methodology was developed to estimate local fretting fatigue strength of electrical conductors. Subsequently, a parametric study was performed to examine the influence of fretting amplitudes on the mechanical response of the conductor-clamp system.In conclusion, this research shows the reliability and significance of using reliable FE modeling in predicting the complex response of stranded conductors, which has contributed to fill some of the current knowledge gaps. Furthermore, the computational modeling and lifing approaches developed in this thesis provide a different perspective from existing practices and may become a starting block of further exploration of the mechanisms of conductor fretting fatigue and future development of improved fatigue lifing methods for the increasingly aging overhead transmission line conductors. / Malgré les efforts déployés par l'industrie des lignes de transport d'électricité pour la conception de conducteurs toronnés de haute résistance mécanique, la recherche dédiée à la compréhension physique du comportement mécanique des conducteurs s'est faite plus rare, surtout du point de vue de la mécanique computationnelle. Le problème du vieillissement des conducteurs de lignes aériennes à haute tension, en particulier celui de l'usure en fatigue des brins et torons, n'est toujours pas complètement compris ni donc résolu. Le vieillissement des conducteurs se manifeste par une dégradation importante de leur résistance locale à l'usure en fatigue, réduisant par le fait même leur vie utile et la robustesse mécanique de l'ensemble de la ligne. Il faut reconnaître que les études expérimentales et les modèles théoriques simplifiés ne peuvent pas prédire le comportement mécanique détaillé des conducteurs toronnés à cause de la complexité physique de ces câbles: torons et brins multicouches, matériaux inélastiques non-linéaires, effets des frictions substantielles entre les brins, torons et les surfaces des accessoires d'attache, ainsi que les interactions de contact entre ces éléments.Les travaux rapportés dans la thèse procèdent en trois étapes principales, décrites ci-après. La première partie consiste à préparer un modèle de section de câble de garde à fibre optique (CGFO) de construction complexe et d'en faire l'analyse détaillée sous déplacement axial contrôlé. Cette étape a servi à établir les bases de la méthodologie proposée, lesquelles sont discutées de manière exhaustive. La deuxième partie de la recherche porte sur la modélisation raffinée du conducteur de ligne ACSR 795 kcmil qui porte le nom de code « Drake », sélectionné comme cas de référence pour étudier la résistance en traction et les états de contraintes complexes du conducteur sous des conditions de conception extrêmes de conception. sensibilité a également exploré l'importance relative des effets frictionnels entre les brins du câble sur les contraintes calculées par le modèle. Finalement, un modèle détaillé 3-D est créé pour simuler les conditions précises d'un essai typique de fatigue en flexion pour le conducteur « Drake » jumelé à une pince de suspension. Le modèle retient toutes les non-linéarités du problème d'un point de vue mécanique. l'auteur suggère une méthode pratique pour évaluer la résistance locale en fatigue multiaxiale des conducteurs du type ACSR au droit des points de contact des pinces de suspension. Cette méthode est relativement simple d'application (une fois les analyses de contraintes disponibles) et donne des résultats en accord avec les valeurs recommandées par les manufacturiers pour le câble « Drake ». Par la suite, une étude paramétrique est faite pour vérifier l'influence de l'amplitude des mouvements de glissement sur les états de contraintes déterminés dans le conducteur dans la région de contact avec la pince sous l'effet d'un cycle complet de chargement flexionnel. En conclusion, cette recherche démontre la faisabilité et la pertinence de l'usage des méthodes computationnelles avancées pour l'analyse des contraintes d'un problème complexe comme celui des conducteurs toronnés multicouches. La méthodologie de construction des modèles est une contribution scientifique importante qui permet d'améliorer notre compréhension du comportement mécanique des conducteurs sous charges extrêmes ou dans des conditions de fatigue flexionnelle. La méthode proposée pour l'estimation de la résistance à l'usure en fatigue est également utile pour l'industrie des lignes de transport et pour les manufacturiers de câbles et il est envisageable que cette recherche servira de tremplins à plusieurs autres études computationnelles pertinentes sur les conducteurs de lignes afin d'améliorer leur fiabilité et leur robustesse mécanique.