Disertace analyzuje vliv koncentrátorů napětí na průběh martensitické transformace, vznik plastické deformace a její vliv na přerozdělení napětí a vznik zbytkového pnutí a reziduálního martenzitu v okolí koncentrátorů v prvcích ze slitin s tvarovou pamětí NiTi. Vliv je analyzován v režimech superelastického isotermálního cyklování a aktuačního cyklování, t.j. teplotního cyklování pod vnějším napětím. Disertace využívá pro vyhodnocení vlivu experimentální přístup spolu s numerickými simulacemi metodou konečných prvků na modelových případech tenkých pásků ze slitin NiTi opatřených půlkruhovými vruby. V experimentální části je vyhodnocován vliv koncentrátorů pomocí termomechanických experimentů s využitím metod obrazové korelace a rentgenové mikrodifrakce pro lokální analýzu deformací a fázových objemových podílů v průběhu cyklování v okolí vrubů. Simulace metodou konečných prvků poskytují komplementární informace o průběhu napětí, deformací a martensitické transformaci, zejména o vývoji jednotlivých složek celkové deformace, tj. elastické a plastické, a vývoji zbytkového pnutí a s ním souvisejícím zbytkovým martensitem.Disertace je dále doplněna o numerickou analýzu vlivu konstrukce stentů na lokální cyklický průběh martensitické transformace a jeho vliv na únavové vlastnosti.

This thesis focuses on the comparison of numerical simulation and optical measurement of deformation of the turbinehousing made by Honeywell company. The numerical calculation performed by finite element method to simulate transient thermal load on the measured entity. Numerical result of the strain state of the body caused by temperature gradients. To verify the simulation is used an experimental digital correlation method VIC-3D. The thesis also mentioned the theoretical foundations of digital correlation methods and thermal analysis.

Chaque année, d'innombrables collisions se produisent entre des avions en vol et des oiseaux. L'impact aviaire, menace redoutée par les pilotes, concerne tant l'aviation civile que son pendant militaire. Les statistiques démontrent que, même si fort heureusement le nombre d'accidents graves reste limité, les incidents sont de plus en plus nombreux.<p>Parmi les acteurs qui luttent contre ce danger, les constructeurs d'avions jouent un rôle prépondérant. Contraints par des réglementations internationales, ils s'attachent à produire des éléments de structure qui résistent à l'impact d'oiseaux.<p>Dans la mise au point de leur produits, les avionneurs démontrent cette résistance à l'aide d'essais d'impact :on accélère un simulant d'oiseau jusqu'à la vitesse voulue -- de l'ordre de la vitesse de croisière nominale de l'avion -- et on le projette sur un aileron ou un morceau de fuselage. <p><p>La présente thèse doctorale, co-dirigée par les professeurs Philippe Bouillard de l'ULB et Marc Pirlot de l'ERM, contribue doublement à l'amélioration de ces techniques d'essais dynamiques.<p><p><p>D'une part, elle réalise la mise au point et la validation d'un lanceur pyrotechnique à double étage pour l'accélération du simulant d'oiseau. Un canon de calibre 20 mm est combiné avec un accélérateur de calibre 160 mm. La combustion d'un mélange de poudre propulsive contenu dans une douille adaptée génère les gaz à haute température et à haute pression nécessaires à l'accélération d'un simulant d'oiseau dûment confiné dans un conteneur de protection. Un dispositif de séparation arrête le conteneur afin que seul le simulant d'oiseau percute l'élément d'avion à l'essai. La solution pyrotechnique à double étage mise au point est validée par de nombreux tirs instrumentés en vitesse, en accélération et en pression ;elle se révèle conforme aux exigences de sécurité et de reproductibilité. Le lanceur pyrotechnique présente par rapport aux solutions pneumatiques, utilisées à notre connaissance dans tous les autres centres d'essais, des avantages indéniables de compacité ainsi que de rapidité et de souplesse de mise en oeuvre.<p><p><p>D'autre part, la migration des alliages métalliques vers les matériaux composites est amorcée depuis plusieurs années déjà dans le monde de la construction aéronautique. Pour optimiser les structures, une connaissance des caractéristiques de ces matériaux est indispensable. Les modes de rupture font partie des caractéristiques encore mal connues. La mesure du déplacement hors-plan lors du tir sur panneaux plans est une des manières de quantifier le comportement du matériau sous l'action d'un impact. Cette mesure s'opère généralement de manière statique, après le tir. Une méthode de mesure dynamique a été mise au point, basée sur l'emploi de techniques de stéréoscopie par corrélation numérique d'images. Cette technique a été validée au moyen d'une méthode métrologique indépendante d'extensométrie laser. <p><p><p>ABSTRACT<p><p>Countless collisions occur each year between airplanes and birds. Bird strike is a concern to both civilian and militay aircraft. Statistics show that, although the number of serious accidents fortunately remains low, the number of incidents keeps increasing.<p>Amongst the actors tackling this issue, aircraft manufacturers play an important role. In compliance with international regulations, they have to produce structural elements that withstand bird impact. During the development of their products, aircraft manufacturers have to demonstrate this resistance through bird impact trials :a bird surrogate is accelerated to the required velocity - often close to the nominal cruise speed of the aircraft - and launched onto a flap or a piece of fuselage.<p><p>This PhD thesis has been co-supervised by Professor Philippe Bouillard (ULB) and Professor Marc Pirlot (ERM-KMS). Its contribution to the improvement of the aforementioned dynamic trials is twofold.<p><p><p>One one hand, a two-stage pyrotechnical launcher for bird surrogates has been developed and assessed. A 20 mm caliber gun is connected to a 160 mm diameter launcher. The combustion of a propellant mixture in a cartridge case generates high pressure, high temperature gases which accelerate a bird surrogate protected by a cylindrical container. A stripper refrains the container from hitting the target pane. <p>The pyrotechnical solution has been assessed through an important number of firings where pressure, velocity and acceleration have been measured. The solution has proven compliance with both the safety requirements and the repeatability specifications. Its advantages compared to the pneumatic solutions used, as far as we know, in all other test centres, include compactedness as well as flexibility and high firing rate.<p><p><p>On the other hand, migration towards composite materials has been initiated years ago in the area of aeronautical constructions.<p>To optimize structures, a thorough knowledge of these new materials is required. Failure modes belong to the still badly known features of carbon reinforced plastics. Measuring the out-of-plane deformation when firing on a flat pane is one way of quantifying the material's behaviour under impact. This measurement is most frequently made in a static way, after completion of the firing. A dynamic measuring method has been developed, based upon stereoscopic digital image correlation techniques. This technique has been validated by means of an independent laser extensometer measuring method. <p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

I Sverige finns en lång tradition att byggande med materialet trä men det är främst av småhus som byggts. Flerbostadshusmarknaden har länge dominerats av materialen betong och stål men med dagens syn på hållbart byggande har byggnationen av trä blivit allt mer eftertraktat. Men det finns fortfarande en del utmaningar med att bygga höga hus i trä. Med ökade antal våningar så ökar lasterna och ett problem vid byggande av höga hus med träregelstomme är stämpeltrycket på syllen. Vid för hög belastning på syllen deformeras denna vilket kan inverka på stommens stabilitet och bärförmåga. Syftet med detta examensarbete är att undersöka om en syll av korslimmat trä kan förbättra förutsättningarna för att bygga höghus med träregelstomme. I arbetet jämförs stämpeltrycket för två olika varianter av syllar med KL-trä samt med en traditionell syll. Dimensionen på syllarna är 120 x 45 mm och virkesklass C24. Idén är att utnyttja KL-träets korsande fiberriktningar för att uppnå en högre tryckhållfasthet. Vid genomförda experimentella försök mäts tryckkraft, förskjutning och töjningar av syllarna som belastades av en hydraulisk press och analyserade med hjälp av ett beröringsfritt mätsystem. Tre olika beräkningsmodeller för syll av KL-trä är framtagna och jämförs med resultatet från experimentet. Resultatet visar på att en syll av KL-trä har en betydligt högre tryckhållfasthet än en traditionell syll. Detta ger goda förutsättningar för att bygga höga hus med träregelstomme. / In Sweden, there is a long tradition of building timber structures mainly for the small-house market. The multi-dwelling housing market has for long been dominated by building materials such as concrete and steel, but with today's preferences of sustainable construction materials, wood has become increasingly sought after. But there are still some challenges in building tall houses in wood. With increased number of floors, the loads increase and a problem when building high-rise buildings with wooden stud and rails system is the compression perpendicular to the grain in the bottom rail. When the bottom rail is loaded deformation occurs, which can affect the stability and bearing capacity of the structure. The aim with this bachelor thesis is to investigate whether a cross-laminated timber rail can improve the preconditions for building tall buildings with by use of timber frame. Compression perpendicular to two different CLT rails will be compared to a traditional one. The dimensions of the bottom rails are 120 x 45 mm and strength class C24. The idea is to utilize the CLT intersecting fiber directions to achieve a higher compressive strength. In the experiment, compressive force, displacement and elongation of the bottom rails are measured by means of a hydraulic press and a contact-free camera based measuring system. Three different calculation models for the CLT sills have been developed and compared with the results of the experiment. The result shows that a CLT rail has two to three times higher compressive strength compared to a traditional rail. This suggests a solution to the challenge with high compressive stresses in the rail.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Understanding the mechanical properties of peripheral nerves is essential for chronically implanted device design. The work in this thesis aimed to understand the relationship between local deformation responses to global strain changes in peripheral nerves. A custom-built mechanical testing rig and sample holder enabled an improved cyclical uniaxial tensile testing environment on rabbit sciatic nerves (N=5). A speckle was placed on the surface of the nerve and recorded with a microscope camera to track local deformations. The development of a semi-automated digital image processing algorithm systematically measured local speckle dimension and nerve diameter changes. Combined with the measured force response, local and global strain values constructed a stress-strain relationship and corresponding elastic modulus. Preliminary exploration of models such as Fung and 2-Term Mooney-Rivlin confirmed the hyperelastic nature of the nerve. The results of strain analysis show that, on average, local strain levels were approximately five times smaller than globally measured strains; however, the relationship was dependent on global strain magnitude. Elastic modulus values corresponding to ~9% global strains were 2.070 ± 1.020 MPa globally and 10.15 ± 4 MPa locally. Elastic modulus values corresponding to ~6% global strains were 0.173 ± 0.091 MPa globally and 1.030 ± 0.532 MPa locally.

Cette thèse caractérise un acier Moyen Mn à 0.2C-5Mn-2.5Al qui montre un écrouissage très fort au cours de la déformation plastique dû à l’effet TRIP. Pendant TRIP, l’austénite résiduelle paramagnétique se transforme en martensite ferromagnétique sous déformation plastique, ce qui conduit à un fort écrouissage. Le taux de cet écrouissage dépend des paramètres de fabrication et surtout la température de recuit intercritique. Ces aciers ont aussi des fois le tendance de se déformer de façon hétérogène par des bandes de Lüders ou PLC.Dans cette thèse, une méthode de caractérisation de la cinétique de transformation de phase est développée sur la base des mesures de l’aimantation saturée de l’acier. La méthode magnétique est unique dans son implémentation in-situ sans aucun effet sur l’essai de traction. Une correction pour les effets de la contrainte appliquée sur l’aimantation est aussi introduite pour la première fois avec une base physique. Les résultats des mesures magnétiques ont été comparés contre des caractérisations des bandes de déformation pour montrer que la transformation de phase coïncide avec le passage des bandes de déformation. La sensibilité à la vitesse de déformation est analysée et une caractérisation de la présence et type de bande PLC est présentée en fonction de la cinétique de transformation de phase. / This thesis studies the mechanical behavior of a 0.2C-5Mn-2.5Al Medium Mn steel that exhibits a very high degree of work hardening due to transformation-induced plasticity (TRIP) during plastic deformation. During TRIP, paramagnetic retained austenite is transformed to ferromagnetic martensite with the application of plastic strain and generates a significant amount of work hardening. The rate of work hardening is seen to vary greatly depending on processing parameters—notably the intercritical annealing temperature. These steels also often deform heterogeneously through the propagation of Lüders or PLC strain bands.This research develops a method to characterize the kinetics of the TRIP effect through measurements of the samples magnetic properties. The method is novel in that it is performed in-situ with no effect on the tensile test and is able to correct for the effects of the applied stress on the magnetic properties. The results of these experiments were compared to characterizations of the strain bands to demonstrate that TRIP coincides with the passage of a Lüders or PLC band. The strain rate sensitivity of the steels is analyzed and the presence and type of PLC bands are characterized with respect to the transformation kinetics.

Cette thèse vise à étudier le comportement mécanique de l’acier de cuve 16MND5 (ou A508cl3 pour la norme anglaise) à l’échelle de la microstructure en croisant des approches expérimentale et numérique. Plusieurs contributions au développement de l’essai de traction in-situ à l’intérieur de MEB ont été apportées. En premier, les biais de mesure de différentes modalités (BSE, EBSD et SE) d’acquisition d’images sous MEB ont été caractérisés et corrigés. Les images MEB de différentes modalités ont été corrélées de façon précise afin de décrire la topographie de l’éprouvette. Les images d’orientation cristallographique (EBSD) ont été corrélées afin de révéler la rotation cristalline et les champs de déplacement de surface au long de la traction. La déformation élastique de l’éprouvette a été mesurée par corrélation intégrée des images de diffraction électronique à haute-résolution. Les microstructures fines de l’éprouvette à trois dimensions après déformation ont été mesurées par FIB-EBSD. L’essai a également été simulé par calcul de plasticité cristalline sur un maillage 3D, basé sur les microstructures mesurées dans la configuration déformée. Un algorithme a été proposé pour estimer la configuration initiale de l’éprouvette et identifier les paramètres de loi de plasticité en procédant par itérations. Un cas test synthétique 2D a été employé pour valider la faisabilité de l’algorithme. Deux lois de plasticité cristalline ont été testées sur le maillage 3D: dynamique des dislocations des cristaux cubiques centrés, et une version modifiée de la loi Méric-Cailletaud. Pour cette dernière loi, deux jeux de paramètres ont été identifiés pour les ferrites et bainites par recalage des éléments finis. / The PhD project is devoted to the study of the mechanical response of the reactor pressure vessel steel A508cl3 (or 16MND5 in French nomenclature) at the microscopic scale by experimental analyses and numerical simulations. Different aspects of in-situ tests inside an SEM chamber have been considered. First, the characterization and corrections of bias and uncertainties of different SEM imaging modalities (SE, BSE, and EBSD) have been performed. Precise registrations of SEM images in different modalities have been developed in order to give a comprehensive description of the sample surface topographies. Crystallographic orientation maps (from EBSD analyses) are registered to measure the crystal rotation and displacement fields along the tensile test. The elastic deformations of the surface are assessed by integrated correlation of high-resolution electron diffraction images. The 3D microstructure of the analyzed sample is revealed a posteriori by combining FIB milling andEBSD images.The experimental test is also simulated by crystal plasticity calculations on a 3D mesh created according to the 3D microstructure observed in the deformed configuration. An algorithm has been proposed to estimate its initial configuration and to identify the plastic parameters iteratively. A synthetic 2D model has been used to prove its feasibility. Two crystal plasticity laws have been validated on the 3D mesh, namely dislocation dynamics for body-centered cubic crystals and a modified version of Méric-Cailletaud model. In thepresent work finite element model updating was used to provide two sets of parameters (for ferrite and bainite) for the latter law.

The diploma thesis deals with using of reinforcing composite materials in asphalt layers. These geosynthetic materials are in road construction used especially to reduce spreading cracks and extend the service life of the construction. As par of this work, test specimens of different types of asphalt layers were produced. These samples were subjected to laboratory testing, where the results of different reinforced asphalt slabs were compared. Within the diploma thesis primarily deals with the testing of the shear bond strength between asphalt layers in order to determine what are the other influencing factors of the test. Another part of the thesis is the 4-point bending test, during which a special technology in the form of a DIC camera was used to monitor the behavior of the asphalt layer over time.

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Traditional methods for increasing the energy absorption of a structure involve using a stronger material or increasing the volume of the structure, resulting in a higher cost or additional weight. Additive manufacturing (AM) can be used to maximize the energy absorption of materials with the ability to create complex geometries such as cellular structures. Previous work has shown that the energy absorption of additively manufactured parts can be improved through functionally graded cellular structures; however, this strategy has not been applied to ultra-high strength steel materials. This work characterizes the effect of multiple functional-grading strategies (e.g. uniform, rod-graded, size-graded) on the energy absorption to weight ratio of laser powder bed fusion (L-PBF) produced M300 maraging steel lattice structures. Each structure is designed with the same average relative density to analyze the structures on an equal mass basis, to evaluate manufacturability, mechanical response, and compare experimental results with numerical simulation.