Esta tese apresenta os princípios e a formulação de um modelo não-linear de atrito estático em interface de concreto areia. A hipótese básica para desenvolvimento das equações consiste na ocorrência do atrito de deslizamento (atrito verdadeiro), do atrito de rolamento (rearranjo das partículas) e da dilatância (variação de volume durante o cisalhamento). A solução analítica do modelo considera o efeito da rugosidade da superfície de contato, da curva granulométrica da areia e do seu estado de compacidade inicial. Foram realizados ensaios de cisalhamento direto com carga normal constante em interface de contato entre concreto e areia com seção de 500 mm x 500 mm com o objetivo de permitir a calibração do modelo proposto. É discutida e sugerida a incorporação da equação constitutiva desse modelo em análises de interação solo-estrutura via método dos elementos finitos. Sua aplicabilidade é demonstrada através da análise 1D e 2D de estacas de atrito executadas em areia e submetidas a carregamentos de compressão / This thesis presents the principles and formulation underlying a concrete-sand interface nonlinear static friction model. The basic hypothesis employed in the development of the model equation takes into account the interface sliding friction (true friction), a rolling friction (particle rearrangement) and dilatancy(volume variation during shear). The model analytical solution considers the effect of roughness of the contact surface, the grain size distribution and its initial state of compactness of the sand. To calibrate the proposed model, a direct shear stress test under constant load was carried out along a 500mm x 500mm section concrete-sand interface. Furthermore, a discussion and suggestion of the inclusion of the model constitutive equation applied to the analysis of soil-structure interaction using the finite element method are presented. The applicability of the proposed model is proven through the analysis of 1-D and 2-D skin friction piles made of sand mass subjected to compression load

Une modélisation numérique des grands barrages en enrochement à masque amont (CFRD) a été entreprise pour mieux comprendre les pathologies observées sur ces ouvrages récemment construits, principalement des fissures horizontales et verticales sur le masque amont en béton en phase de construction et de mise en eau. Le but de cette modélisation est ensuite de confirmer, préciser ou compléter les solutions proposées par les experts pour éviter ces désordres.D‟abord, une loi de comportement développée au sein d‟EDF-CIH appelée L&K-Enroch a été présentée. Il s'agit d'un modèle élastoplastique qui prend en compte les déformations irréversibles de l‟enrochement sous sollicitation déviatorique et isotrope dans les grands CFRD. Cette thèse propose aussi une méthode de calage des paramètres de ce modèle.Deux modélisations des barrages sont également présentées dans cette thèse afin de vérifier la fiabilité de la loi de comportement L&K-Enroch et de mieux comprendre les pathologies sur le masque amont en béton du CFRD. La modélisation en déformation plane (2D) est d‟abord entreprise et a comme support le barrage d‟Aguamilpa (180,5 m), au Mexique. Une modélisation plus poussée en 3D prenant en compte de l'effet de la vallée est ensuite entreprise. Elle a comme support le barrage de Mohale (145 m) au Lesotho.L'effet d‟échelle de l'enrochement est également étudié en comparant les résultats de simulation pour les matériaux de différentes tailles. L'impact de l‟effet d‟échelle sur le comportement du barrage est aussi analysé.Les simulations présentées en 2D et 3D sont une contribution à l'analyse du comportement mécanique des grands CFRD. Les résultats de la modélisation 2D montrent généralement une bonne correspondance avec les mesures in-situ. La modélisation 3D explique, d'une manière plus convaincante, l‟apparition des fissures sur le masque amont en béton des CFRD. Certaines mesures constructives sont finalement proposées afin de limiter ou d'éviter ces désordres dans le masque. / A numerical modeling of high concrete face rockfill dam (CFRD) has been considered in order to better understand the pathology of cracks observed in the recently constructed high CFRD, especially the horizontal and vertical cracks detected on the concrete face slab during the construction and the impoundment. The purpose of this modeling is then to confirm, clarify or complete the solutions proposed by the experts to avoid these disorders.This PhD thesis presents a constitutive model developed by EDF-CIH known as L&K-Enroch. It is an elastoplastic model that takes into account the irreversible deformations of rockfill under deviatoric and isotropic loading in high CFRD. A first attempt of proposing a parameter calibration approach has been made as well.Two dam modellings are also presented in this thesis in order to verify the reliability of the constitutive model and to better understand the pathology of cracks observed on the concrete face slab of CFRD. A 2D modeling is compared to the behaviour of the 180.5 m Aguamilpa Dam, Mexico; a 3D modeling taking into account the valley effect is compared to the behaviour of the 145 m Mohale Dam, Lesotho.This thesis also studies the scale effect of rockfill through a comparison of the simulation results of materials of different sizes. The impact of the scale effect on the dam behavior is analyzed as well.The presented 2D and 3D simulations are a contribution to the analysis of the mechanical behaviour of high CFRD. The results of the 2D modeling show a relatively good agreement with the monitored data. The 3D modeling explains, in a rather convincing way, the pathology of cracks on the slab face of CFRD. Some measures are proposed to limit or avoid these different kinds of cracks.

Les applications pour lesquelles des élastomères sont soumis à des sollicitations cycliques sont nombreuses. Des charges sont généralement utilisées afin d'améliorer leurs propriétés, cependant, elles induisent également un adoucissement important de la contrainte lors de sollicitations cycliques. A ce jour, les phénomènes physiques conduisant à l’apparition de cet adoucissement ne sont pas clairement établis et sa modélisation demeure une difficulté majeure.Afin d'étudier l'adoucissement, des élastomères chargés sont soumis à des chargements cycliques. Des méthodes de caractérisations originales sont proposées afin de quantifier les effets de l'intensité du chargement et du nombre de cycles. Pour faire le lien avec la microstructure du matériau, plusieurs mélanges de compositions différentes sont utilisés. Des chargements non proportionnels de traction uniaxiale et biaxiale sont appliqués afin de mettre en évidence l'anisotropie induite par l'adoucissement. Ces données expérimentales non conventionnelles sont utilisées afin de définir un critère général pour l'activation de l'adoucissement Mullins. Une loi de comportement fondée sur une analyse approfondie des données expérimentales est proposée. La modélisation est basée sur une approche directionnelle. L'adoucissement Mullins est modélisé en utilisant le concept d'amplification de la déformation et son activation est pilotée par un critère directionnel. La capacité du modèle à prédire les réponses d'un matériau ayant subit un historique de chargement non proportionnel est validée / Rubber-like materials are submitted to cyclic loading conditions in various applications. Fillers are always incorporated within rubber compounds. They improve the mechanical properties but induce a significant stress-softening under cyclic loadings. The physical source of the softening is not yet established and its modeling remains a challenge. For a better understanding of the softening, filled rubbers are submitted to cyclic loadings. In order to quantify the effects of the loading intensity and the number of cycles, original methods are proposed to characterize the softening. To study the influence of the material microstructure on the softening, compounds with various compositions are considered.Non proportional tensile tests including uniaxial and biaxial loading paths are applied in order to highlight the softening induced anisotropy. Such unconventional experimental data are used to provide a general criterion for the softening activation. A constitutive modeling grounded on a thorough analysis of experimental data is proposed. The model is based on a directional approach. The Mullins softening is accounted for by the strain amplification concept and is activated by a directional criterion. The model ability to predict non proportional softened material responses is demonstrated

Mécanismes d’activation et conséquences fonctionnelles de la dimérisation des récepteurs aux chimiokines<p><p>Les chimiokines sont de petites protéines qui régulent la migration des cellules immunitaires. Elles exercent leur action en se liant à des récepteurs appartenant à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) dont la fonction est intimement liée à la régulation des cellules immunitaires. Notre laboratoire étudie depuis plusieurs années les relations reliant la structure et la fonction des récepteurs aux chimiokines. Ces dernières années, un nouveau concept est venu révolutionner le mode de fonctionnement des RCPGs. En effet, des travaux ont montré que la plupart des RCPGs sont capables de former des dimères. Le but de cette thèse de doctorat est d’étudier de manière systématique la dimérisation des récepteurs aux chimiokines et d’analyser les conséquences fonctionnelles de la dimérisation. <p><p>Dimérisation des récepteurs humains aux chimiokines et conséquences fonctionnelles<p><p>En utilisant une technique biophysique basée sur un transfert d’énergie de luminescence (BRET) nous avons montré au cours de ce travail de thèse que les récepteurs CCR1, CCR2, CCR5, CCR7 et CXCR4 sont capables de former des homodimères et des hétérodimères. De plus, une dimérisation entre ChemR23, dont le ligand naturel, la chémérine, est structurellement différent des chimiokines, et les récepteurs CCR7 et CXCR4, a également été identifiée. <p><p>D’un point de vue fonctionnel, des expériences réalisées au laboratoire dans le cadre d’un autre travail de thèse ont identifié une forme de compétition croisée entre CCR2, CCR5 et CXCR4 où la liaison de ligands (agonistes ou antagonistes) spécifiques de l'un des deux récepteurs inhibe la liaison des ligands spécifiques de l’autre. Ces effets ont été démontrés sur des cellules recombinantes mais aussi sur des cellules immunes et dans un modèle in vivo. (El-Asmar, 2005; Springael, 2006; Sohy, 2007; Sohy, 2009). Au cours de ce travail, nous nous sommes dans un premier temps focalisés sur les <p>hétéromères de ChemR23 avec CXCR4 et CCR7 et nous avons ensuite étudié plus en profondeur les hétéromères de CCR7. Concernant la dimérisation de ChemR23 avec les récepteurs aux chimiokines CCR7 et CXCR4, nous avons pu mettre en évidence une coopérativité négative de liaison entre les agonistes des récepteurs comme cela avait pu être démontré pour CCR2/CCR5/CXCR4. Par contre, nous n’avons observé aucun effet de compétition hétérologue ou d’inhibition fonctionnelle croisée de l’AMD3100 sur ChemR23 quand il est coexprimé avec CXCR4. De manière additionnelle, nous avons pu observer cette compétition croisée sur des cellules dendritiques murines immatures, démontrant l’existence des effets de l’hétérodimérisation lorsque les récepteurs sont exprimés à un niveau physiologique. Lors de l’étude approfondie des hétéromères de CCR7, nous avons montré que les conséquences fonctionnelles de l’hétérodimérisation de CCR7 sont différentes suivant le récepteur avec lequel il interagit. Pour l’hétérodimère CCR7/CCR2, nous avons identifié une forme de compétition croisée, où la liaison de ligands spécifiques de l'un des deux récepteurs inhibe la liaison des ligands spécifiques de l’autre, rejoignant les effets mis en évidence pour les hétéromères CCR2/CCR5/CXCR4. Ensuite, nous avons montré pour l’hétérodimère CCR7/CCR5 que les ligands de CCR7 sont capables d’inhiber la liaison des ligands spécifiques sur CCR5 mais que l’inverse n’est pas vrai. Enfin, pour l’hétérodimère CCR7/CXCR4, nous n’avons pas pu mettre en évidence d’inhibition croisée, que ce soit dans un sens ou dans l’autre. D’autre part, un effet inhibiteur de CCR7 a également été identifié pour les hétéromères CCR7/CCR5 et CCR7/CXCR4. Nous avons pu montrer que l’expression de CCR7 exerce un effet négatif sur la réponse fonctionnelle de certains récepteurs hétérologues comme CCR5 et CXCR4 mais pas CCR2 ou ChemR23.<p><p>L’ensemble de ces données permet de mieux comprendre les interactions entre récepteurs et pourrait mener à l’identification de nouvelles cibles pour les programmes de recherche de molécules thérapeutiques, qui, jusqu’à présent, ciblaient presque exclusivement un seul et unique récepteur.<p><p>Etude du mécanisme d’activation du récepteur CCR5 et étude de la relation entre activité constitutive et dimérisation.<p><p>De nombreux travaux ont été menés ces dernières années afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires à la base de l’activation des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Il apparaît que les RCPGs peuvent se trouver dans plusieurs états conformationnels, dont certains sont favorisés par la présence d’agonistes ou d’antagonistes, ou encore d’anticorps reconnaissant des épitopes conformationnels. Certaines mutations peuvent également induire la stabilisation de certaines conformations, actives ou inactives. Pour les RCPGs appartenant à la famille de la rhodopsine, il en a résulté un modèle selon lequel les récepteurs sont maintenus dans une conformation inactive par un ensemble d’interactions ioniques impliquant l’arginine (R3.50) d’un motif DRY conservé, présent à l’extrémité cytosolique du troisième segment transmembranaire. Les interactions responsables de ce qu’on appelle le « DRY-lock » feraient intervenir notamment l’aspartate (D3.49) adjacent de l’arginine et un aspartate ou glutamate (D/E6.30) localisé au sein de l’hélice 6. Selon ce modèle, la liaison d’un agoniste, ainsi que certaines mutations, favoriseraient la rupture de ces interactions ioniques, et une conformation permettant aux récepteurs de se coupler plus efficacement aux protéines G. Des résultats du laboratoire indiquent cependant que ce modèle ne serait pas transposable complètement au récepteur CCR5. <p><p>CCR5 possède intrinsèquement une activité constitutive en absence d'agoniste. Cette activité peut être mise en évidence par l'action d'un des antagonistes de CCR5, le TAK-779, qui s'est révélé posséder une activité de type agoniste inverse. D'autre part, CCR5 possède au sein de l'hélice 6 une arginine en position 6.30 et non pas un glutamate ou un aspartate. Une arginine à cette position ne peut donc contribuer au maintien d’une conformation inactive par interaction avec R3.50 .Dans le but de tester le modèle de « DRY-lock » sur CCR5 et de mieux comprendre les interactions moléculaires impliquées dans l’activation du récepteur, plusieurs récepteurs mutants ont été construits au laboratoire. Tout d’abord, l’arginine 3.50 du motif DRY a été mutée en Asn (R3.50N) afin de rompre les interactions ioniques de ce résidu. L’aspartate 3.49 a été muté en Asn (D3.49N) ou en Val (D3.49V), afin de neutraliser une des interactions du « DRY-lock » (Lagane, 2005). L’arginine 6.30 a été mutée d’une part en Asp (R6.30D) ou en Glu (R6.30E), afin de rétablir une possibilité d’interaction avec R3.50, d’autre part en Ala (R6.30A) et en Gln (R6.30Q) afin de mieux cerner le rôle de la charge de l’arginine. Afin de tester l’hypothèse d’interaction entre le résidu 6.30 et le résidu 2.40, l’aspartate 2 .40 a été mutée en Ala (D2.40A) ou en Arg (D2.40R) et des récepteurs présentant les deux mutations ont également construits (D2.40A/R6.30A et D2.40R/R6.30D). L’ensemble des résultats obtenus par l’analyse de ces mutants a permis de montrer que la nature des interactions entre l’extrémité cytosolique des hélices 3 et 6 influence l’activité du récepteur CCR5 (Springael, 2007). Une interaction forte conduit à une forme de récepteur inactif alors qu’une interaction faible s’accompagne d’une augmentation d’activité constitutive. Cette propriété de CCR5 serait donc partagée avec d’autres récepteurs appartenant à la famille de la rhodopsine. Cependant les interactions inter-hélice stabilisant ces conformations seraient différentes pour CCR5. D’autre part, l’étude de la position 2.40 laisse supposer l'importance du résidu aspartate 2.40 dans le maintien d'une conformation permettant l'activité constitutive du récepteur. Nous avons également testé s’il existait une corrélation entre activité constitutive et capacité du récepteur CCR5 à former des dimères, mais les résultats ne nous ont pas permis de mettre en évidence une quelconque relation entre activité et dimérisation.<p><p> <p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse traite de l'analyse limite des structures de châssis en acier, qui s'utilise souvent comme la structure principale de support des bâtiments. La structure du cadre en acier est caractérisée par une réponse très ductile et un grand potentiel pour dissiper l'énergie, ce qui est crucial pour la résistance par rapport aux tremblements de terre. La ductilité dans la réponse de la structure est la cause du comportement du matériau lui-même et du comportement des connexions entre les éléments de la structure. Les connexions entre les poutres et les poteaux peuvent influencer de manière significative la réponse de la structure du cadre en acier, parfois jusqu'à 30%. L'idée est de intégrer le comportement des connexions par les éléments de poutres qui seront situés dans les coins du cadre et la modélisation du reste serra fait avec des éléments de poutres non-linéaires qui décrirons le comportement des poutres en acier. Cette recherche est composée de deux parties. La première partie est consacrée au comportement des connexions structurelles, la deuxième partie présente le développement de l'élément fini du faisceau non linéaire capable de représenter le comportement ductile d'un élément de la structure en acier. Dans la première partie de la thèse, nous définissons la procédure d'identification des paramètres constitutifs pour le modèle couplé de plasticité-dégâts avec dix-huit inconnus. Ce modèle constitutif est très robuste et capable de représenter une large gamme de problèmes. La procédure définie a été utilisée dans la préparation de tests expérimentaux pour trois types de connexions en acier structuré. Les tests expérimentaux ont été effectués pour deux cas de charge. Pour la première, la charge a été appliquée dans un sens avec les cycles de chargement et de déchargement. À partir des mesures expérimentales, nous avons conclu que le modèle de plasticité peut bien représentée le comportement de la connexion structurale. Paramètres constitutifs ont été déterminés à partir des résultats de l'expérimentation, on a utilisé une poutre géométriquement exacte avec la loi bilinéaires renforcement du matériel et la loi linéaire pour le ramollissement. Également, on a effectué des essais expérimentaux de deux types de raccords en acier en cas de chargement cyclique. Les données mesurées montrent que le modèle de la plasticité n'est pas assez bon pour décrire le comportement de connexion pour ce type de charge. A savoir, en raison de changements du sens de l'application du chargement, les connexions montrent moins de rigidité, qui peut être décrite avec un modèle constitutif de dommages. Pour cette raison, nous avons développé un nouveau modèle plasticité-dommages qui est capable d'inclure le phénomène mentionné ci-dessus. A la fin de cette section est faite l'identification des paramètres constitutifs. La deuxième partie de la thèse de doctorat est composé de formulations théoriques et la mise en œuvre numérique des faisceaux géométriquement exacte. La réponse de durcissement de la poutre comprend l'interaction entre les forces de la section résultant du stress (N, T et M), et la réponse de ramollissement est définit par la loi non linéaire. Ce type d'élément fini de poutre est capable de décrire le comportement ductile des structures en acier et inclure les effets du second ordre, qui sont très importantes pour l'analyse ultime des structures de cadre en acier. L'élément fini développé de poutre géométriquement exacte et les lois définies de liaison de comportement dans la construction en acier, offrant la possibilité d'une analyse de haute qualité des structures en acier. En utilisant les modèles de poutre proposé et la méthodologie de modélisation des structures de châssis en acier, il est possible de déterminer une distribution réaliste des forces de section transversale , y compris la redistribution due à la formation de rotules plastiques. / This thesis deals with the ultimate load limit analysis of steel frame structures. The steel frame structure has a very ductile response and a large potential to dissipate energy, which is crucial in the case of earthquakes. The ductility in the response of the structure comes from the behavior of the material itself and the behavior of the semi-rigid structural connections. The semi-rigid connections between beams and columns can significantly influence the response of the structure, sometimes up to 30%. In this thesis, we propose a methodology for modeling steel frame structures with included connection behavior. The idea is to model the behavior of the structural connections by the beam elements positioned in the corners of the steel frame structure. Other members of the steel frame structure, steel beams, and columns, will be modeled with nonlinear beam elements. This research consists of two parts. The first part deals with the behavior of the structural steel connections. In the second part, we present the development of the nonlinear beam element capable of representing the ductile behavior of steel structural elements, beams and columns. In the first part of the thesis, we define constitutive parameters identification procedure for the coupled plasticity-damage model with eighteen unknowns. This constitutive model is very robust and capable of representing a wide range of problems. The identification procedure was used in the preparation of experimental tests for three different types of structural steel connections. The experimental tests have been performed for two load cases. In the first, the load was applied in one direction with both the loading and unloading cycles. From the experimental measurements, we have concluded that the response of the experimental structure can be represented by the plasticity model only because no significant change in the elastic response throughout the loading program was observed. Therefore, we have chosen an elastoplastic geometrically exact beam to describe connection behavior. The hardening response of the beam is governed by bilinear law, and the softening response is governed by nonlinear exponential law. The identification of the parameters has been successfully done with fifteen unknown parameters identified. The two types of the experimental structures were also exposed to the cyclic loading. Measured experimental data shows complex connection behavior that cannot be described by the plasticity model alone. Namely, after changing load direction stiffness of the connection decreases. This suggests that the damage model should be incorporated in the constitutive law for the connections behavior as well. Therefore, we propose a new coupled plasticity-damage model capable of representing the loss in the stiffness of the connection with the changing of the load direction. At the end of this part, we also give the constitutive parameters identification for the proposed model. The second part of the thesis deals with the theoretical formulation and numerical implementation of the elastoplastic geometrically exact beam. The hardening response of the beam includes interaction between stress resultant section forces (N, T and M), and the softening response of the beam, which is governed by the nonlinear law. This type of the beam element is capable of representing the ductile behavior of a steel frame structure, and it takes into account second order theory effects. Performed numerical simulations show that the proposed geometrically nonlinear beam element is very robust and is able to provide a more precise limit load analysis of steel frame structures. By using proposed methodology for modeling steel structures, we are able to obtain the real distribution of section forces, including their redistribution caused by forming of the hinges and the connections behavior.

[pt] Nos últimos 40 anos, tem-se observado um crescente interesse por compósitos formados pela adição de fibras a matrizes de concreto, os chamados concretos reforçados com fibras. Esse interesse é justificado, sobretudo, pelo significativo ganho em tenacidade que as fibras proporcionam, atenuando as características frágeis do concreto. De fato, em virtude do mecanismo de reforço promovido pelas fibras, o concreto com fibras é capaz de absorver muito mais energia de deformação até a ruptura, apresentando, no regime pós-fissuração, um comportamento muito mais suave que o concreto simples. Esse comportamento é acompanhado por um processo de fissuração mais uniforme, no qual observam-se fissuras mais finas e menos espaçadas. Além disso, registram-se aumentos nos valores de resistência do material e nos níveis de deformação que ele atinge até seu completo esgotamento. Tendo em vista os benefícios que as fibras aportam ao desempenho do concreto, seu emprego seria recomendável a estruturas em que a ductilidade é um dos parâmetros principais de projeto, ou naquelas feitas com concretos de alta resistência, uma vez que estes apresentam um comportamento ainda mais frágil que os concretos de resistência normal. Além disso, a utilização de fibras no combate aos esforços de cisalhamento mostra-se extremamente vantajosa e promissora. Neste trabalho, apresenta-se um modelo constitutivo para concreto reforçado com fibras baseado na formulação hipoelástica de ELWI E MURRAY (1979), originalmente proposta para concreto simples. As especificidades do comportamento do concreto com fibras frente às mais diversas solicitações, tais como, tração, compressão e cisalhamento, são incorporadas ao modelo através de relações tensão-deformação adequadas a esse material. Tais relações provêm de estudos analíticos e experimentais sobre o assunto, publicados na literatura técnica especializada. O modelo assim obtido é implementado no programa FEPARCS (ELWI E MURRAY, 1980), capaz de realizar análises númericas não-lineares através do método dos elementos finitos. Por fim, utiliza-se esse program para simular a resposta de uma estrutura de concreto com fibras, cujo ensaio experimental aparece minuciosamente descrito em (CRAIG, 1987). Os resultados numéricos obtidos são comparados com os experimentais correspondentes, em termos da curva carga versus deslocamento, desenvolvimento e distribuição de fissuras, progressão do escoamento da armadura longitudinal (convencional) e modo de ruptura. Avalia-se, então, a eficiência da implementação realizada na descrição do comportamento de estruturas de concreto com fibras. / [en] Along the past forty years, an increasing interest on composite materials formed by the addition of discrete fibers to a concrete matrix is being observed. These composites are known as fiber reinforced concretes. The interest on the use of fibers as reinforcement is justified by their significative contribution to concrete thoughness, as they reduce the brittle characteristics of that material. In fact, due to fiber reinforcement mechanism, fiber reinforced concrete can absorb much more strain energy until failure, in comparison to ordinary concrete. The cracking process seems to be more uniform, as the distance between cracks are reduced. Besides that, the material strength and the deformation levels at cracking and rupture are greater, on the case of fiber reinforced concrete. The benefits that fibers bring to concrete behavior indicate that they could be used as complementary reinforcent for concrete structures when ductility is a major design concern, or when high strength concrete is employed, as this class of material tends to be much more brittle then normal strength concrete. Fibers are also effective as shear reinforcement, and they could even replace stirrups in this function. In this work, a constituive model for fiber reinforced concrete is presented. This model is based on the formulation originally proposed by ELWI AND MURRAY (1979) for the case of ordinary concrete. The behavior characteristcs of fiber reinforced concrete are incorporated as adaquated uniaxial stress-strain relations in tension and compression. The behavior under shear stress is also considered. The model is then implemented in the finite element program FEPARCS (ELWI AND MURRAY, 1980). A numerical analysis on the response of a fiber reinforced concrete structure is conducted. Results reported in technical literature (CRAIG, 1987) are compared to those obtained by the finite element analysis. The efficiency of the model is then verified. / [es] En los últimos 40 anos, se ha observado un creciente interés por compuestos formados por la adición de fibras a matrizes de concreto, los llamados concretos reforzados con fibras. Ese interés se debe a la significativa ganancia en tenacidad que las fibras proporcionan, atenuando las características frágiles del concreto. De hecho, en virtud del mecanismo de refuerzo promovido por las fibras, el concreto con fibras es capaz de absorver mucha más energía de deformación hasta la ruptura, presentando, en el régimen posfisuración, un comportamiento mucho más suave que el concreto simple. Este comportamiento se ve acompañado por un proceso de fisuración más uniforme, en el cual se observan fisuras más finas y menos espaciadas. Además, se registran aumentos en los valores de resistencia del material y en los niveles de deformación que alcanza hasta su completa destrucción. Teniedo en cuenta los beneficios que las fibras aportan al desempeño del concreto, sería recomendable su empleo en extructuras donde la ductilidad es uno de los parámetros principales de proyecto, o en aquellas hechas con concreto de alta resistencia, ya que éstos presentan un comportamiento más frágil que los concretos de resistencia normal. En este trabajo, se presenta un modelo constitutivo para concreto reforzado con fibras que tiene como base la formulación hipoelástica de ELWI Y MURRAY (1979), originalmente propuesta para concreto simple. Las especificidades del comportamiento del concreto con fibras frente a las más diversas solicitudes, tales como, tracción, compresión y cisallamiento, se incorporan al modelo a través de relaciones tensión-deformación adecuadas a ese material. Tales relaciones provienen de estudios analíticos y experimentales sobre el asunto, publicados en la literatura técnica especializada. La implementación del modelo obtenido fue realizada a través del programa FEPARCS (ELWI Y MURRAY, 1980), capaz de realizar análisis númerico no lineal a través del método de los elementos finitos. Por fin, se utiliza ese programa para simular la respuesta de una extructura de concreto con fibras, cuyo ensayo experimental aparece minuciosamente descrito en (CRAIG, 1987). Los resultados numéricos obtenidos se comparan con los experimentales correspondientes, considerando la curva carga versus deslocamiento, desarrollo y distribuición de fisuras, progresión del deslizamiento de la armadura longitudinal (convencional) y modo de ruptura. Se evalúa entonces, la eficiencia de la implementación en la descrición del comportamiento de extructuras de concreto con fibras.

Although the austenitic stainless steels 304 and 321 are often treated nominally as equivalents in their hot rolling characteristics, the question remains whether any subtle differences between the two allow further optimisation of their respective hot rolling schedules. The hot workability of these two types of austenitic stainless steels was compared through single-hit Gleeble simulated thermomechanical processing between 800℃ and 􀀄􀀅00℃ while the strain rate was varied between 0.00􀀄s􀀈􀀉 and 5s􀀈􀀉. It was found that the constants for the hyperbolic sinh equation for hot working of AISI 321 steel are Q = 465 kJ/mol, 􀀖􀀗 = 􀀘.􀀙6 􀀚 􀀄0􀀉􀀛 􀀜􀀝􀀞􀀈􀀉􀀟􀀈􀀉, 􀀠 = 0.00􀀘 􀀜􀀝􀀞􀀈􀀉 and 􀀡 = 6.􀀄 while for 304 steel the constants are Q = 446 kJ/mol, 􀀖􀀗 = 􀀅.􀀄4 􀀚 􀀄0􀀉􀀛 􀀜􀀝􀀞􀀈􀀉􀀟􀀈􀀉, 􀀠 = 0.008 􀀜􀀝􀀞􀀈􀀉and 􀀡 = 6.􀀄. It is shown that the occurrence of dynamic recrystallisation starts when the Zener-Hollomon parameter 􀀢 􀀣 6.4 􀀚 􀀄0􀀉􀀛s􀀈􀀉 for both steels but that the differences in the values of Q and A3 (the structure factor) between the two steels does lead to consistently lower steady state stresses for the steel 321 than is found in the steel 304 at the same Z values. This may, therefore, offer some scope for further optimisation of the hot rolling schedules and in particular in the mill loads of these two respective steels. A modelled constitutive equation derived from hot working tests to predict hot rolling mill loads is proposed and validated against industrial hot rolling data for AISI 321 stainless steel. Good correlation is found between the predicted Mean Flow Stress, the Zener-Hollomon Z parameter and actual industrial mill load values from mill logs if allowances are made for differences in Von Mises plane strain conversion, friction and front or back end tension. The multipass hot working behaviour of this steel was simulated through Gleeble thermomechanical compression testing with the deformation temperature varying between 1200℃ down to 800℃ and the strain rate between 0.001s-1 and 5s-1. At strain rates greater than 0.05s-1, dynamic recovery as a softening mechanism was dominant, increasing the dynamic recrystallisation to dynamic recovery transition temperature DRTT to higher temperatures. This implies that through extrapolation to typical industrial strain rates of about 60s-1,most likely no dynamic recrystallisation in plant hot rolling occurs in this steel but only dynamic recovery. Grain refinement by DRX is, therefore, unlikely in this steel under plant hot rolling conditions. Finally, mill load modelling using the hot working constitutive constants of the near-equivalent 304 instead of those specifically determined for 321, introduces measurable differences in the predicted mill loads. The use of alloy-specific hot working constants even for near-equivalent steels is, therefore, recommended. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2014. / lk2014 / Materials Science and Metallurgical Engineering / PhD / unrestricted

Le soudage par point et le collage sont largement utilisés dans la jonction des tôles, telles que l'assemblage de caisses de voiture. Récemment, le soudage par point et le collage ont été combinés pour faire le joint hybride soudé-collé, qui est utilisé pour joindre les aciers à hautes résistances et améliorer la rigidité et la résistance aux chocs des corps de voiture. Dans l'industrie, l'évaluation de la conception avant prototype nécessite des modèles fiables de comportement en termes de prédiction des comportements mécaniques. Le modèle élément finis de joint soudé-collé est un nouveau défi car il doit combiner les modèles de soudage par points et les modèles de collage.Cette thèse se concentre sur la modélisation du joint soudé-collé par de l'acier DP600 et avec l’adhésif structurel SikaPower®-498. La modélisation peur utiliser un modèle solide ou un modèle simplifié (élément coque plus élément de connexion). Le modèle solide permet de prédire le comportement de spécimen à petite échelle: KS2 et cisaillement. Le modèle simplifié peut être utilisé pour prédire la performance des composants de grande dimension avec un coût de calcul acceptable.En ce qui concerne le modèle solide, le comportement du joint soudé et du joint collé sont identifiés séparément calibrés sur un spécimen KS2 sous trajets de chargement différents. Les inhomogénéités dans la zone de fusion et la zone affectée par la chaleur du soudage par point sont prises en compte par l'intermédiaire de facteurs d'échelle applique à la contrainte d'écoulement du métal de base. Les facteurs d'échelle sont determinés par identification inverse. Le modèle de Gurson est utilisé pour prédire la rupture ductile en zone affectée par le chaleur et dans le métal base tandis que le modèle de zone cohésive est utilisé pour simuler la rupture quasi-fragile dans l'interface de la zone de fusion. Les paramètres du modèle de zone cohésive sont identifiés par l'intégrale J à la pointe de fissure de la soudure. Des éléments de zone cohésive avec une loi traction-séparation sont également utilisés pour prédire le décollement adhésif. Les paramètres du modèle sont identifiés par des essais du type « Double Cantilevered Beam » et « End Notched Flexure », correspondant aux mode I et mode II respectivement. Le modèle élaboré pour le soudage par est associé avec le modèle de collage pour prédire le comportement et la rupture du joint soudé-collé.En ce qui concerne le modèle simplifié, des éléments de connexion sont utilisés pour prédire les endommagement des soudure par point. Les paramètres de l'élément de connexion sont identifiés par des tests de KS2 sous différents trajets de chargement. Enfin, les modèles simplifiés d'un soudage, d'un collage, et d'un soudé-collé sont validés sur une jonction en T qui peut représenter le pilier-B de carrosserie de la voiture. / Spot welding and adhesive bonding are widely used in joining of sheet metals, such as assembling of car body-in-white. Recently, spot weld and adhesive are combined to make weld bonded joint, which is employed to join Advanced High Strength Steel to improve the stiffness and crashworthiness of car body. In industry, the assessment of designing prior to prototype requires reliable constitutive models in terms of the prediction of the mechanical behaviors. The FE model of weld bonded joint is a new challenge as it should combine the models of spot welding and the models of adhesive. This thesis focuses on the modeling of weld bonded joint by DP600 steel and structural adhesive SikaPower®-498. The model of weld bonded joint consists of solid model and simplified model. The former is devoted to predict the behavior of weld bonded joint on small-scale specimen: KS2 and lap-shear. The latter can be used to predict the performance of large components with acceptable computational cost. As regards solid model, spot welded joint and adhesive bonded joint behaviors are separately identified by KS2 specimen under different loading path. The inhomogeneities in fusion zone and heat affected zone of spot weld are taken into account via the scaling of the flow stress of base metal. The scaling factors are calibrated by inverse identification. Gurson model is used to predict ductile fracture in heat affected zone and base metal while cohesive zone model is employed to simulate quasi-brittle fracture in the interface of fusion zone. The parameters of cohesive zone model are identified by the J-integral at the notch tip of spot weld crack. Cohesive zone elements with traction-separation-laws are also used to predict adhesive debonding. Model parameters are calibrated by Double Cantilevered Beam and End Notched Flexure specimens, corresponding to Mode-I and Mode-II fracture respectively. The model developed for spot weld is associated with adhesive model to predict weld bonded joint. As regards simplified model, connector elements are employed to predict the damage of spot weld. The parameters of connector element are identified by KS2 tests under different loading paths. Finally, the simplified model of spot welding, adhesive bonding, and weld-bonding are validated by T-joint which can represent the B-pillar of car body.

Étant donné que le stockage de gaz naturel ou d’air comprimé dans des niveaux souterrains constitués de sel joue un rôle essentiel pour assurer l'approvisionnement en énergie sur le long terme, le gouvernement chinois a construit de nombreux lieu de stockage dans ces niveaux géologiques ces dernières années. En raison des variations saisonnières de la pression gaz / air, les entrepôts subissent des chargements cycliques qui provoquent la fatigue des roches et conduisent à des risques de rupture qu’il faut maîtriser pour des raisons liées à la sécurité et à l'environnement. La compréhension des processus de fatigue discontinue du sel sous chargement cyclique est donc très importante et fait l'objet de cette étude, qui se concentre sur des recherches expérimentales et le développement de modèles constitutifs décrivant la déformation sous fatigue. Cette thèse s’articule suivant la méthodologie suivante : ① des essais de chargement cyclique classique pour étudier les propriétés basiques de la fatigue dans le sel. ② des tests de charge cyclique discontinu pour explorer les processus de fatigue discontinue. ③ l’instrumentation pour détecter les émissions acoustiques afin de suivre l'évolution des dommages causés par la fatigue dans le sel. ④ Le développement à la base des résultats expérimentaux obtenus de modèle constitutif pour la fatigue discontinue. / Since the salt cavern storage of natural gas and compressed air plays a critical role in ensuring the energy supply and adjusting the seasonal imbalance of power, China government has been constructing numerous new storages in recent years. Because of the seasonal of the seasonal variations of the gas/air pressure, the storages undergo cyclic loading, which causes rock fatigue and induces the associated safety and environmental hazards. The investigation of the discontinuous fatigue of salt under cyclic loading is therefore very important and is the subject of this study, which focuses on the experimental investigations and the development of the constitutive models describing the fatigue deformation. This thesis includes the following principal parts: ① Conventional cyclic loading testing to investigate the basic properties of fatigue in salt. ② Discontinuous cyclic loading tests testing to investigate the discontinuous fatigue. ③ Acoustic emission detecting experimentation to track the evolution of the fatigue damage in the salt. ④ Development of the fatigue life model and constitutive model for the discontinuous fatigue, based on the obtained experimental results.

Ce travail présente une méthodologie efficace pour mesurer le champ de déformation total en 3-D des tissus mous semi-transparents et diffusant la lumière, tels que la cornée de l'œil vertébré. Cela a été obtenu en utilisant la tomographie par cohérence optique couplée avec la corrélation volumique numérique sur des fantômes en caoutchouc de silicone et de la cornée porcine. Des tests de traction et des tests d'inflation postérieure ont été étudiés. Avant ces tests, l'effet du bruit et la décorrélation des speckles due à la déformation sont d'abord étudiés en utilisant des méthodes expérimentales et numériques. Le biais d'interpolation dans les résultats de déformation a été analysé. Deux approches efficaces ont été prises pour réduire le biais d'interpolation. Pour extraire les paramètres constitutifs des mesures de déformation 3-D, la méthode des champs virtuels a été étendue en 3-D. Les champs virtuels définis manuellement et les champs virtuels optimisés par morceaux ont été développés et comparés entre eux. Des efforts ont également été déployés pour corriger les distorsions induites par réfraction dans les reconstructions de la tomographie par cohérence optique. Des tests d'inclinaison des différents fantômes de silicone ont été introduits afin d’évaluer la performance de la méthode pour corriger les reconstructions distordues / This work presents an effective methodology for measuring the depth-resolved 3-D full-field deformation of semitransparent, light scattering soft tissues such as vertebrate eye cornea. This was obtained by performing digital volume correlation on optical coherence tomography volume reconstructions of silicone rubber phantoms and porcine cornea samples. Both the strip tensile tests and the posterior inflation tests have been studied. Prior to these tests, noise effect and strain induced speckle decorrelation were first studied using experimental and simulation methods. The interpolation bias in the strain results has also been analyzed. Two effective approaches have been introduced to reduce the interpolation bias. To extract material constitutive parameters from the 3-D full-field deformation measurements, the virtual fields method has been extended into 3-D. Both manually defined virtual fields and the optimized piecewise virtual fields have been developed and compared with each other. Efforts have also been made in developing a method to correct the refraction induced distortions in the optical coherence tomography reconstructions. Tilt tests of different silicone rubber phantoms have been implemented to evaluate the performance of the refraction correction method in correcting the distorted reconstructions