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Le fretting est un endommagement induit par le glissement cyclique à très faible amplitude de deux corps en contact. Il se caractérise par un amorçage d’une fissure en surface, qui peut ensuite propager, menant ainsi à la rupture. Le fretting est présent dans de nombreux secteurs industriels où il constitue un critère de résistance à la fatigue plus ou moins sévère. Ce mémoire s’intéresse aux fissures de fretting qui apparaissent dans une liaison entre pale et disque d’une turbomachine. La sollicitation cyclique de contact est dans ce cas le fruit de la combinaison d’un chargement statique à un chargement vibratoire à très haute fréquence (quelques milliers de Hertz). Pouvoir estimer la durée de vie de la liaison sous un tel chargement est indispensable pour la sécurité des vols. La méconnaissance de certains paramètres d’entrée, la non-proportionnalité du chargement ainsi que les fortes concentrations de contraintes mises en jeu, sont autant de verrous techniques à la modélisation. Ce mémoire de thèse propose une méthode numérique permettant le calcul d’une criticité à amorçage de fretting sous sollicitation vibratoire. Le modèle se décompose en une première phase de calcul des contraintes et déformations cycliques par éléments finis, suivie d’une seconde qui consiste à post-traiter les résultats avec le critère de Dang Van. Le modèle est développé grâce au support d’un banc d’essai innovant qui permet de reproduire les chargements subis par un contact d’une liaison pale/disque. Une utilisation intensive du processus de calcul mis au point permet de tirer des conclusions et de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu dans ce type d’endommagement. Une confrontation des différentes études numériques réalisées permet de comparer la représentativité des moyens expérimentaux par rapport aux configurations moteurs réelles. / Fretting is a damage induced by small cyclic slip of two bodies in contact. It is characterized by surface crack initiation, which can then propagate, thus leading to failure. Fretting is present in many industrial environments where it is a more or less severe resistance criterion. This work focuses on the fretting cracks that appear in blade/disk roots of turboshaft engines. In this case, the cyclic contact loading is the result of the combination of a static loading and a high frequency vibratory loading (some thousands of Hertz). Being able to estimate the lifetime of the root under such a solicitation is essential for flight safety. The lack of knowledge of certain input parameters, the non-proportionality of the solicitation as well as the high stress gradient involved, make this phenomenon difficult to predict. This work proposes a numerical method allowing the computation of a fretting crack initiation criterion. First, stresses and deformations fields are computed with finite element method. Then, the post-processing of the fields is done woth Dang Van criterion. The model is developed with the support of an innovative test bench which makes it possible to reproduce the loadings sustained by a a blade/disk root. An intensive use of the computation process developed makes it possible to draw conclusions and provides better understanding of the phenomenon involved in this type of damage. The different numerical studies carried out make it possible to compare the representativeness of the experimental means with respect to the actual engine configurations.

A danificaÃÃo e a falha do concreto sÃo largamente investigadas no ramo da MecÃnica do Dano em Meios ContÃnuos. VÃrios modelos existem na literatura e descrevem muito bem uma variedade de fenÃmenos observados, dependendo de sua complexidade. O principal objetivo deste trabalho à investigar e modelar os efeitos da corrosÃo no dano e falha das propriedades do concreto. Inicialmente, foram feitos ensaios de traÃÃo e de compressÃo em alguns corpos-de- prova intactos sem que tivessem sido submetidos a nenhuma corrosÃo para determinar o comportamento mecÃnico do concreto. Outros foram submetidos a uma cÃmara de corrosÃo acelerada Salt Spray ( durante perÃodos de tempo diferentes) para determinar esse comportamento considerando a corrosÃo. Para o ensaio de traÃÃo, foi desenvolvido um dispositivo composto de peÃas de aÃo, onde se pode realizar esse ensaio de tal maneira a se obter os grÃficos de tensÃo deformaÃÃo utilizando corpos-de-prova cilÃndricos iguais aos usados para a compressÃo. Com esses resultados experimentais, utilizando a MecÃnica do Dano em Meios ContÃnuos, um modelo elÃstico aclopado ao dano à usado para modelar o comportamento do concreto. Em um primeiro estÃgio, a elasticidade isotrÃpica e o dano isotrÃpico ( somente com uma variÃvel escalar D) sÃo usados, mas incluindo-se os efeitos da corrosÃo. Nos resultados, à analisada a evoluÃÃo do dano no concreto em relaÃÃo ao tempo de exposiÃÃo dos corpos-de-prova na cÃmara de corrosÃo acelerada Salt Spray e em funÃÃo dos carregamentos mecÃnicos. / A danificaÃÃo e a falha do concreto sÃo largamente investigadas no ramo da MecÃnica do Dano em Meios ContÃnuos. VÃrios modelos existem na literatura e descrevem muito bem uma variedade de fenÃmenos observados, dependendo de sua complexidade. O principal objetivo deste trabalho à investigar e modelar os efeitos da corrosÃo no dano e falha das propriedades do concreto. Inicialmente, foram feitos ensaios de traÃÃo e de compressÃo em alguns corpos-de- prova intactos sem que tivessem sido submetidos a nenhuma corrosÃo para determinar o comportamento mecÃnico do concreto. Outros foram submetidos a uma cÃmara de corrosÃo acelerada Salt Spray ( durante perÃodos de tempo diferentes) para determinar esse comportamento considerando a corrosÃo. Para o ensaio de traÃÃo, foi desenvolvido um dispositivo composto de peÃas de aÃo, onde se pode realizar esse ensaio de tal maneira a se obter os grÃficos de tensÃo deformaÃÃo utilizando corpos-de-prova cilÃndricos iguais aos usados para a compressÃo. Com esses resultados experimentais, utilizando a MecÃnica do Dano em Meios ContÃnuos, um modelo elÃstico aclopado ao dano à usado para modelar o comportamento do concreto. Em um primeiro estÃgio, a elasticidade isotrÃpica e o dano isotrÃpico ( somente com uma variÃvel escalar D) sÃo usados, mas incluindo-se os efeitos da corrosÃo. Nos resultados, à analisada a evoluÃÃo do dano no concreto em relaÃÃo ao tempo de exposiÃÃo dos corpos-de-prova na cÃmara de corrosÃo acelerada Salt Spray e em funÃÃo dos carregamentos mecÃnicos.

Ce travail de thèse est composé de deux partie distinctes. La première partie est consacrée à l'étude et la modélisation des métamatériaux et tout particulièrement à leur caractérisation. Il s'agit donc de proposer des paramètres constitutifs équivalents (permittivité, perméabilité et couplage magnéto-électrique) qui permettent de remplacer les métamatériaux, composés à l'origine de réseaux périodiques de cellules discrètes, par des milieux homogènes et continus. Deux régimes sont considérés : sub-longueur d'onde et longueur d'onde. Dans le premier régime, les dimensions de la cellule de base, en particulier la période du réseau, sont très faibles devant la longueur d'onde. Le métamatériau est alors modélisé par un milieu bi-anisotrope continu. Pour le deuxième régime, les dimensions et la période sont comparables à la longueur d'onde. Les paramètres constitutifs sont alors définis au sens "local" qui prend en compte le caractère discret et périodique de la structure. Enfin, la caractérisation consiste à extraire les paramètres constitutifs à partir des coefficients de réflexion et de transmission d'une lame de métamatériau. Pour cela, nous appliquons la méthode d'inversion sous sa forme classique pour le régime "sub-longueur d'onde" et son extension aux structures périodiques pour le régime "longueur d'onde". L'une des contributions majeure de ce travail est l'application des incidences obliques (à l'interface air-métamatériau) pour extraire les paramètres constitutifs longitudinaux. La seconde partie de ce travail de thèse concerne le développement d'antennes directives à partir de sources rayonnantes à modes orthogonaux. Il est bien connu que la directivité est directement limitée par les dimensions de l'antenne ou par le nombre de sources dans un réseau. L'objectif est de mettre en œuvre une méthode alternative qui, tout au moins sur le plan conceptuel et théorique, ne relie pas la directivité à la taille de l'antenne. Nous utilisons donc la combinaison de modes rayonnants orthogonaux pour maximiser la directivité d'antennes tout en minimisant les dimensions du réseau et en limitant le couplage. Chaque source du réseau se doit rayonner un mode propre et unique qui, combiné avec une autre source, permet d'augmenter la directivité. Pour cette étude, le développement théorique des modes sphériques puis cylindriques est tout d'abord présenté afin de mettre en évidence le lien entre la directivité et les modes. En pratique, la mise en œuvre de modes sphériques a révélé des difficultés de conception, si bien que des solutions d'antennes basées sur l'anneau rayonnant sont proposées pour réaliser des sources à modes orthogonaux "cylindriques". Les topologies de structures rayonnantes directives proposées associant des antennes anneaux sont validées en simulation et par la conception puis la mesure de prototypes. / The work presented in this thesis concerns two parts: characterisation methods for metamaterials and directive antennas using space eigen-modes. The first one describes the homogenisation methods of metamaterials to retrieve the constitutive parameters from scattering parameters of the metamaterial's slab. We investigated the metamaterials which present the most common properties of media: bi-isotropic metamaterials (chiral), anisotropic metamaterials (BC-SRR), uni-axial bi-anisotropic metamaterials (double omega medium) and bi-axial bi-anisotropic metamaterials (EC-SRR). The transverse and longitudinal constitutive parameters characterising the anisotropic and bi-anisotropic require to examine the media at normal and oblique incidences. In the analysis we considered to distinguish continuous media restricted to long wave limit and resonating particles lattice which are out of long wave limit. The application of continuous media approach to the resonating particle lattice with size not satisfying the long wave limit can leads to violation of causality and passivity laws. The main different between proposed two approaches is interpretation of boundary conditions (Maxwellian/non-Maxwellian) for the metamaterial slab. The inclusions of lattice we ascribe as electric and magnetic dipole moments to develop an homogeneous resonating particles lattice and to retrieve the constitutive parameters. We validated the proposed approaches and compared the retrieved constitutive parameters according to physical laws. We found that the application of Bloch admittance and equivalence to electric and magnetic dipole moments provides the physical constitutive parameters. The second part of the thesis refers to directive antenna using space eigen-modes. The directivity of the antennas is limited to the size of the antenna or number of elements in an array. In common with keeping small sizes of the array the space between radiation elements has to be minimised. The proposed directive antenna considers the radiation elements determine by the orthogonal modes, i.e. each radiator of the array corresponds to unique space eigen-mode. This allows to ensure small distance between the array elements without introduction of high mutual coupling between them. The original approach refers to superposition of spherical modes however it is not practical. Instead of spherical modes we propose superposition of cylindrical modes which are easy to be realised. For the constructive summation of cylindrical modes and maximisation of directivity in end-fire plane we determine amplitudes of the cylindrical modes excited by electric and/or magnetic vector potentials. The cylindrical modes we obtain by the annular ring antennas and miniaturised annular rings. The superposition of cylindrical modes is achieved with a stacked antenna of annular rings and a coplanar cylindrical annular rings antenna. The both antennas we realised and measured.

Le formage de matériaux multiphasés comprend des mécanismes complexes en lien avec la rhéologie,la morphologie et la topologie des phases.Du point de vue numérique,la modélisation de ces phénomènes en résolvant les équations aux dérivées partielles (EDP) décrivant le comportement continu des phases n'est pas trivial.En effet,de nombreuses discontinuités associées aux phases se déplacent et peuvent interagir.Ces phénomènes peuvent être conceptuellement déclicats à intégrer au modèlecontinu et coûteux en termes de calcul.Dans cette thèse,la méthode des éléments discrets (DEM) est utilisée pour modéliser phénoménologiquement les déformations finies inélastiques dans les multi-matériaux.Les lois d'interactions attractive-répulsive sont imposées à des particules fictives,dont les ré-arrangements collectifs modélisent les déformations irréversibles de milieux continus.Le comportement numérique des empilements de particules est choisi pourreproduire des traits caractéristiques de la viscoplasticité parfaite etisochore:contrainte d'écoulement,sensibilité à la vitesse de déformation,conservation du volume.Les résultats d'essais de compression de bi-matériaux simples,simulés avec la DEM,sont comparés à la méthode des éléments finis (FEM) et sont en bon accord.Le modèle est entendu pour pouvoir supporter des sollicitations de traction.Une méthode de détection de contacts et d'auto-contacts d'objets physiques estproposée,basée sur l'approximation locale des surfaces libres.Les capacités de la méthodologie globale sont testées sur des mésostructurescomplexes,obtenues par tomographie aux rayons X.La compression à chaud d'un composite métallique dense est modélisée.La co-déformation peut être observées à l'échelle spatiale des phases.Deux cas de matériaux ``poreux'' sont considérés.Premièrement la simulation de la compression puis traction d'alliagesd'aluminium présentant des pores.Ces pores proviennent du coulage du matériau,leur fermeture et ré-ouverture mécanique est modélisée,y compris la coalescence à grande déformation.Deuxièmement la simulation de la compression de mousse métallique de faibledensité.Typiquement utilisée dans le but d'absorber de l'énergie mécanique,la compression jusqu'à densification provoque de nombreuses interactions entreles bras de matière. / Forming of multiphase materials involves complex mechanisms linked with therheology,morphology and topology of the phases.From a numerical point of view,modeling such phenomena by solving the partial differential equation (PDE) system accounting for thecontinuous behavior of the phases can be challenging.The description of the motion and the interaction of numerous discontinuities,associated with the phases,can be conceptually delicate and computationally costly.In this PhD,the discrete element method (DEM) is used to phenomenologically model finite inelastic strain inmulti-materials.This framework,natively suited for discrete phenomena,allows a flexible handling of morphological and topological changes.Ad hoc attractive-repulsive interaction laws are designed betweenfictitious particles,collectively rearranging to model irreversible strain in continuous media.The numerical behavior of a packing of particles can be tuned to mimic keyfeatures of isochoric perfect viscoplasticity:flow stress, strain rate sensitivity, volume conservation.The results for compression tests of simple bi-material configurations,simulated with the DEM,are compared to the finite element method (FEM) and show good agreement.The model is extended to cope with tensile loads.A method for the detection of contact and self-contact events of physicalobjects is proposed,based on a local approximation of the free surfaces.The potential of the general methodology is tested on complex mesostructuresobtained by X-ray tomography.The high temperature compression of a dense metallic composite is modeled.The co-deformation can be observed at the length scale of the phases.Two cases of ``porous'' material are considered.Firstly,the simulation of the compression and the tension of aluminum alloys with poresis investigated.These pores stem from the casting of the material,their closure and re-opening is modeled,including the potential coalescence occurring at large strain.Secondly,the compression of a metallic foam,with low relative density,is modeled.Typically used in energy absorption applications,the compression up to densification involves numerous interactions between thearms.

Orientador: Adalberto Bono Maurizio Sacchi Bassi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T02:48:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_MartinaCosta_D.pdf: 1200753 bytes, checksum: 9318dbbd02e3d4660c4a6806e68dad7d (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho descreve a termodinâmica de sistemas eletroquímicos. Explorando os princípios da teoria constitutiva, algumas hipóteses ad hoc e, em especial, o princípio de entropia Müller-Liu, modelos termo-eletroquímicos são propostos para soluções eletrolíticas e para as regiões de bulk e dupla camada de um sistema eletroquímico. A influência das interações íon-íon e íon-solvente sobre a dinâmica da mistura é considerada através da termodinâmica de contínuos polares e as equações de balanço são apropriadamente postuladas. Além disso, equações fenomenológicas são apresentadas para uma solução eletrolítica diluída e isotrópica e as condições para o equilíbrio termodinâmico local do bulk e da dupla camada são investigadas. Comparando-se as desigualdades residuais de entropia obtidas para cada região, foi demonstrado que alguns processos, tais como os fenômenos de difusão térmica, termoeletricidade e eletroforese, desenvolvem-se somente na dupla camada. Consequentemente, o estado de equilíbrio termodinâmico local na dupla camada requer condições termodinâmicas mais severas do que no bulk. Apesar das equações constitutivas serem as mais simples possíveis, os modelos constitutivos propostos para as regiões de dupla camada e bulk são fisicamente consistentes e mais abrangentes do que os modelos eletroquímicos usuais, visto que as equações e relações termodinâmicas obtidas não se limitam às condições limites e nem de equilíbrio. Portanto, a descrição termodinâmica mostrada neste trabalho pode estimular químicos e engenheiros químicos a usar a abordagem contínua no estudo da mobilidade iônica em meios bio e geológicos, fluxos de íons e de outras espécies químicas através de membranas e processos cujas transferências de calor e massa são intensificadas por campos eletromagnéticos / Abstract: This work concerns the thermodynamics of electrochemical systems. Exploiting the principles of constitutive theory, few expedient assumptions, and, in special, the Müller-Liu entropy principle, a thermo-electrochemical continuum model is proposed for electrolyte solutions as well as for the bulk and double layer regions of an electrochemical system. The influence of ion-ion and ion-solvent interactions on the mixture dynamics is taken into account through the thermodynamics of polar materials and balance laws for an electrochemical system are accordingly stated. In addition, phenomenological equations are schemed for a dilute and isotropic electrolyte solution, and the conditions for local thermodynamic equilibrium of bulk and double layer regions are investigated. Comparing the residual entropy inequalities obtained for each region of an electrochemical system, it is shown that some mechanisms develop only in the double layer, such as the thermal diffusion, thermoelectricity and electrophoresis phenomena. As a consequence, the local thermodynamic equilibrium state in the double layer requires stricter conditions than in the bulk. Although the constitutive equations are the simplest possible, the constitutive models proposed for the double layer and bulk regions are physically consistent and more comprehensive than the usual models since the emerging equations do not constrain themselves to equilibrium neither limiting conditions. Therefore, the thermodynamic description provided in this work may stimulate chemists and chemical engineers to take advantage of it to study the flow of ions and other chemical species across cell membranes, ionic mobility in bio and geological media, and processes whose heat and mass transfers are enhanced by electromagnetic fields / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências