Carbon nanotube–polymer nanocomposites have been the centre of intense studies for the past few years. With the superior properties of carbon nanotubes and the flexibility of polymers for different applications, extremely high expectations were set for this class of nanocomposites. Modelling studies showed significant potential, but the experimental investigations faced strict challenges to reach the predicted values. One of the main challenges is to obtain the optimum interaction between the nanotubes and the polymer matrix. The interaction influences the dispersion of nanotubes in the polymer and affects the overall properties of the nanocomposite. Therefore, the main objective of this research was to study the carbon nanotube–polymer interaction in nanocomposites. Based on a comprehensive review of the literature, molecular dynamics and atomic force microscopy were selected as the modelling and experimental techniques to study the interaction. In the modelling section, the interfacial properties of a single-walled carbon nanotube–poly(methyl methacrylate) nanocomposite were obtained through a three-phase simulation of a pull-out test. An interfacial binding energy of 0.39 kcal/molÅ2 was obtained from molecular dynamics simulation. On the other hand, in the experimental section, stepwise discretization method was proposed as a novel technique of interaction measurement using atomic force microscopy. Furthermore, a new interaction parameter, called interaction stress, was introduced to evaluate the interaction quality in nanocomposites. The stepwise discretization method was applied to a single-walled carbon nanotube–poly(methyl methacrylate) nanocomposite and a maximum interaction stress of 7 MPa was obtained. The results were, then, applied to classical contact theory and a nanoscale contact theory was developed. Furthermore, the interaction stress data were input to coarse grain simulations to obtain the interfacial properties of the nanocomposites. This new approach benefited from the flexibility of the coarse grain method and the reliability of the experimental data obtained from atomic force microscopy. Based on the results of the coarse grain simulations, the interfacial binding energy of a single-walled carbon nanotube–poly(methyl methacrylate) nanocomposite was estimated as 0.44 kcal/molÅ2. This value was then compared with the interfacial binding energy obtained from molecular dynamics results (i.e., 0.39 kcal/molÅ2). The good agreement between the results of modelling and experimental approaches demonstrated the validity of the work and the robustness of the proposed methods and parameters. / Les nanocomposites avec des polymères renforcés de nanotubes de carbone ont été le centre d'attention de nombreuses études dans les dernières années. Les propriétés supérieures des nanotubes de carbone et la flexibilité des polymères à être utilisés dans de diverses applications ont créé de grandes attentes pour cette classe de nanocomposites. Des études de modélisation ont démontré un fort potentiel pour ces matériaux, cependant la validation expérimentale de ces propriétés prédites reste un défi. Une des principales difficultés est l'obtention d'une interaction optimale entre les nanotubes et la matrice polymère. Cette interaction influence la dispersion des nanotubes dans le polymère et affecte les propriétés globales du nanocomposite. De ce fait, l'objectif principal de ce travail de recherche a été l'étude de l'interaction entre les nanotubes de carbone et le polymère dans les nanocomposites. A partir d'une revue détaillée de la littérature, la méthode de dynamique moléculaire et la microscopie à force atomique ont été choisies comme techniques numériques et expérimentales pour étudier l'interaction. Dans la partie de modélisation, les propriétés d'interface d'un nanotube à paroi simple avec du poly(methyl methacrylate) ont été obtenues à partir d'une simulation d'un test d'arrachement en trois phases. Une énergie de liaison d'interface de 0.39 kcal/molÅ2 a été calculée par la simulation de dynamique moléculaire. Dans la section expérimentale, une méthode de discrétisation par étapes a été proposée en tant que nouvelle technique de mesure de l'interaction par microscopie à force atomique. De plus, un nouvel paramètre d'interaction, appelé contrainte d'interaction, a été introduit pour évaluer la qualité de l'interaction dans les nanocomposites. La méthode de discrétisation par étapes a été utilisée pour le nanocomposite de poly(methyl methacrylate) avec un nanotube de carbone à paroi simple, et une interaction maximale de contrainte de 7 MPa a été obtenue. Les résultats ont été ensuite utilisés pour la théorie classique de contact et une théorie de contact à l'échelle nano. Les données sur les interactions de contraintes ont été aussi utilisées comme entrées pour des simulations de dynamique moléculaire «gros grains» afin d'obtenir les propriétés d'interface des nanocomposites. Cette nouvelle approche bénéficie de la flexibilité de la méthode de dynamique moléculaire «gros grains» et de la fiabilité des données expérimentales obtenues par la microscopie à force atomique. À partir des résultats de la méthode de dynamique moléculaire «gros grains», l'énergie de liaison d'interface d'un nanocomposite de nanotube de carbone–poly(methyl methacrylate) a été estimée à 0.44 kcal/molÅ2. Cette valeur a été comparée à l'énergie de liaison d'interface obtenue par la méthode de dynamique moléculaire (i.e., 0.39 kcal/molÅ2). La bonne corrélation entre les résultats basés sur des approches numériques et expérimentales démontre la validité de cette étude ainsi que la robustesse des méthodes proposées et des paramètres développés.

In the present work, two experimental approaches were carried out involving the combustion of suspensions of fine aluminum particles in an oxidizing gas. First, a microgravity investigation into the quenching distance of aluminum dust flames was performed for two different particle sizes. As part of this investigation, two sizes of iron powder were also tested for comparative purposes. Experiments were carried out in a vertical Pyrex tube in which two sets of parallel plates of a predetermined spacing were inserted. Laminar flames were ignited in the dusty suspension by a burning wire and failure or successful transmission of the flames through the parallel quenching plates was determined by visual observation. The quenching limits were determined as a function of mean particle diameter in the attempt to uncover the dominant rate-determining mechanism: kinetic or diffusive. The second investigation entailed an analysis of the spectrum of light emitted from a stable Bunsen-style flame in a continuous flow of dusty mixture. By analyzing the emitted light at a discrete series of points from the outside of the flame right through to the center, it was possible to extract information regarding the spatial variation of temperature of gaseous emitters as well as solid emitters through the flame zone. / The quenching experiments suggested that the combustion of iron particles in the range of 3 to 9 mum might be primarily controlled by diffusion of species to the reaction zone, whereas in aluminum particles in the range of 5 to 15 mum might be kinetically controlled. The spectral analysis revealed an unusual structure within the flame zone in which the temperature of the solid emitters peaks at the beginning of the flame zone and decreases quickly thereafter, whereas the temperature of the gaseous AIO initially increases, and then falls off about half way through the flame. This is consistent with an initially diffusive flame that due to oxygen consumption cools down and transitions to kinetically controlled consumption of the aluminum.

This thesis presents new and efficient analytical solutions for the unsteady subsonic compressible flows past rigid and flexible airfoils executing low frequency oscillations. These solutions are obtained using an especially developed method based on velocity singularities associated with the airfoil leading edge and ridges, which define the changes in the airfoil boundary conditions. The velocity singularity method has been initially developed by Mateescu. / Closed form solutions are presented for the unsteady lift and pitching moment coefficients and for the chordwise distribution of the unsteady pressure difference coefficient in the general case of rigid airfoils executing oscillatory pitching rotations and translations, as well as for flexible airfoils executing flexural oscillations. / For the case of incompressible flows, the present solutions were found in excellent agreement with the previous incompressible flow results obtained by Theodorsen, Postel & Leppert and by Mateescu & Abdo.

Portable electronic devices have made a profound impact on our society and economy due to their widespread use for computation, communications, and entertainment. The performance and autonomy of these devices can be greatly improved if their operation can be powered using energy that is harvested from the ambient environment. As a step towards that goal, this thesis explored the feasibility of developing miniaturized Stirling engines for harvesting waste heat. A mesoscale (palmtop-size) gamma-type Stirling engine, with a total volume of about 165 cubic centimeters, was manufactured using conventional machining techniques. The engine was able to sustain steady-state operation at relatively low temperature differentials (between 20 degrees Celsius and 100 degrees Celsius) and generated a few millijoules of mechanical energy at frequencies ranging from 200 to 500 revolutions per minute. Subsequently, the gamma-type engine was transformed into a Ringbom engine; and its operation was compared with the predictions of an analytical model available in the literature. The experience gained from these studies provides some guidelines for further miniaturization of Stirling engines using microfabrication technologies. / Les appareils électroniques portatifs ont définitivement laissé un impact sur notre société et économie par leur utilisation fréquente pour le calcul, les communications et le divertissement. La performance et l'autonomie de ces appareils peuvent s'améliorer grandement si leur exploitation fonctionne en utilisant l'énergie récoltée de l'environnement. Pour s'orienter vers ce but, cette thèse a exploré si le développement d'un moteur Stirling fonctionnant sur l'énergie résiduelle était faisable. Un moteur Stirling de configuration 'gamma', de la grandeur d'une paume de main, avec un volume d'environ 165 centimètres cubes, a été fabriqué en utilisant des techniques conventionnelles d'usinage. Ce moteur a été capable de soutenir l'opération constante et stable à des différences en température relativement basses (entre 20 degrés Celsius et 100 degrés Celsius). De plus, il a produit quelques milli-Joules d'énergie mécanique à des fréquences entre 200 et 500 révolutions par minute. Par la suite, le moteur Stirling de configuration 'gamma' a été transformé en un moteur Ringbom. Par après, l'opération de ce moteur a été comparée à des prédictions basées sur un modèle analytique disponible dans la littérature. Les informations recueillies durant cette étude ont fourni certaines directives pour la miniaturisation éventuelle d'un moteur Stirling en utilisant des techniques de microfabrication.

Mesh deformation schemes play an important role in numerical aerodynamic optimization. As the aerodynamic shape changes, the computational mesh must adapt to conform to the deformed geometry. In this work, an extension to an existing fast and robust Radial Basis Function (RBF) mesh movement scheme is presented. Using a reduced set of surface points to define the mesh deformation increases the efficiency of the RBF method; however, at the cost of introducing errors into the parameterization by not recovering the exact displacement of all surface points. A secondary mesh movement is implemented, within an adjoint-based optimization framework, to eliminate these errors. The proposed scheme is tested within a 3D Euler flow by reducing the pressure drag while maintaining lift of a wing-body configured Boeing-747 and an Onera-M6 wing. As well, an inverse pressure design is executed on the Onera-M6 wing and an inverse span loading case is presented for a wing-body configured DLR-F6 aircraft. / Les méthodes de déformation de maillage jouent un rôle important dans le domaine d'optimisation numérique aérodynamique. Lorsqu'une géométrie aérodynamique change de forme pendant l'optimisation, le maillage doit s'adapter pour assurer qu'il se conforme bien à la nouvelle géométrie. Cette thèse présente l'extension d'une méthode de déformation de maillage à base de fonctions basiques radiales(RBF). La rapidité de l'algorithme RBF peut être améliorée en utilisant un sous-ensemble de points à la surface de la géométrie pour gouverner la déformation du maillage. Par contre, cela introduit des erreurs dans la paramétrisation de la géométrie puisque les déplacements de tous les point de surface ne seront pas correctement récupérés. Ainsi, cette thèse propose l'utilisation d'une deuxième méthode de déformation de maillage afin d'ajuster le déplacement des points de surface pour bien récupérer la nouvelle géométrie modifiée. La méthode adjointe est employée dans le cadre d'analyse 3D d'écoulement de fluide Euler. La méthode proposée de déformation de maillage est validée en l'appliquant à l'optimisation de la trainée d'un Boeing-747 et d'une aile Onera-M6. Aussi, un cas de design qui récupère une distribution spécifique de pression statique est exécuté pour l'aile Onera-M6.

The overarching goal of the work presented in this thesis is to formulate, implement, test, and demonstrate cost-effective mathematical models and numerical solution methods for computer simulations of fluid flow and heat transfer in loop heat pipes (LHPs) operating under steady-state conditions.A segmented network thermofluid model for simulating steady-state operation of conventional LHPs with cylindrical and flat evaporators is proposed. In this model, the vapor-transport line, condenser pipe, and liquid-transport line are divided into longitudinal segments (or control volumes). Quasi-one-dimensional formulations, incorporating semi-empirical correlations for the related single- and two-phase phenomena, are used to iteratively impose balances of mass, momentum, and energy on each of the aforementioned segments, and collectively on the whole LHP. Variations of the thermophysical properties of the working fluid with temperature are taken into account, along with change in quality, pressure drop, and heat transfer in the two-phase regions, giving the proposed model enhanced capabilities compared to those of earlier thermofluid network models of LHPs. The proposed model is used to simulate an LHP for which experimental measurements are available in the literature: The predictions of the proposed model are in very good agreement with the experimental results.In earlier quasi-one-dimensional models of LHPs, the pressure drop for vapor flow through the grooves in the evaporator is computed using a friction-factor correlation that applies strictly only in the fully-developed region of fluid flows in straight ducts with impermeable walls. This approach becomes unacceptable when this pressure drop is a significant contributor to the overall pressure drop in the LHP. A more accurate correlation for predicting this pressure drop is needed. To fulfill this need, first, a co-located equal-order control-volume finite element method (CVFEM) for predicting three-dimensional parabolic fluid flow and heat transfer in straight ducts of uniform regular- and irregular-shaped cross-section is proposed. The methodology of the proposed CVFEM is also adapted to formulate a simpler finite volume method (FVM), and this FVM is used to investigate steady, laminar, Newtonian fluid flow and heat transfer in straight vapor grooves of rectangular cross-section, for parameter ranges representative of typical LHP operating conditions. The results are used to elaborate the features of a special fully-developed flow and heat transfer region (established at a distance located sufficiently downstream from the blocked end of the groove) and to propose novel correlations for calculating the overall pressure drop and also the bulk temperature of the vapor. These correlations are incorporated in the aforementioned quasi-one-dimensional model to obtain an enhanced segmented network thermofluid model of LHPs.Sintered porous metals of relatively low porosity (0.30 – 0.50) and small pore diameter (2.0 – 70 micrometers) are the preferred materials for the wick in LHPs. The required inputs to mathematical models of LHPs include the porosity, maximum effective pore size, effective permeability, and effective thermal conductivity of the liquid-saturated porous material of the wick. The determination of these properties by means of simple and effective experiments, procedures, and correlations is demonstrated using a sample porous sintered-powder-metal plate made of stainless steel 316.Finally, the capabilities of the aforementioned enhanced segmented network thermofluid model are demonstrated by using it to simulate a sample LHP operating under steady-state conditions with four different working fluids: ammonia, distilled water, ethanol, and isopropanol. The results are presented and comparatively discussed. / L'objectif principal de cette thèse consiste à formuler, mettre en œuvre, tester et démontrer des modèles mathématiques et des méthodes numériques pour réaliser la simulation d'écoulements de fluide et de transfert de chaleur dans des boucles fluides diphasiques [Loop Heat Pipes (LHPs) en anglais], opérant en régime permanent. Un modèle de réseau segmenté thermofluide pour simuler le fonctionnement en régime permanent des LHPs conventionnelles avec des évaporateurs cylindriques et plats est proposé. Dans ce modèle, la ligne de transport de la vapeur, le tuyau du condenseur et la ligne de transport du liquide sont divisés en segments longitudinaux (ou volumes de contrôle). Des formulations quasi-unidimensionnelles, intégrant des corrélations semi-empiriques pour les phénomènes multiphasiques sont utilisées pour assurer la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie sur chacun des segments individuels, puis sur l'ensemble du LHP. Les variations des propriétés thermophysiques du fluide en fonction de la température sont prises en compte, ainsi que le changement dans le titre en vapeur, la chute de pression, et le transfert de chaleur dans les régions diphasiques, améliorant ainsi les capacités du modèle proposé par rapport aux modèles précédents de réseaux de LHPs. Le modèle proposé est utilisé pour simuler un LHP pour lequel des mesures expérimentales sont disponibles dans la littérature: les prédictions du modèle proposé sont en très bon accord avec les résultats expérimentaux. Dans les modèles quasi-unidimensionnels précédents de LHPs, la chute de pression pour un débit de vapeur à travers les gorges de l'évaporateur est calculée en utilisant une corrélation faisant intervenir un facteur de friction s'appliquant uniquement dans la région pleinement développé de conduits avec des murs imperméables. Cette approche est inacceptable quand cette baisse de pression devient significative devant la chute de pression globale du LHP. Une corrélation plus précise pour prédire cette chute de pression est alors nécessaire. Pour répondre à ce besoin, une méthode de volumes éléments finis (CVFEM) est proposée pour prédire l'écoulement en trois dimensions du fluide et le transfert de chaleur dans différents conduits à section uniforme régulière et irrégulière. La méthodologie du CVFEM est également adaptée pour formuler une méthode plus simple en volumes finis (FVM). Cette approche est utilisée pour étudier l'écoulement laminaire de fluides newtoniens et le transfert de chaleur dans des cannelures de vapeur à section rectangulaire, pour des conditions typiques de fonctionnement d'un LHP. Les résultats sont utilisés pour élaborer les caractéristiques d'une région pleinement développé (particulière aux LHPs) et de proposer de nouvelles corrélations pour le calcul de la chute de pression globale et des températures de vapeur. Ces corrélations sont incorporées dans le modèle quasi-unidimensionnel pour obtenir un modèle amélioré de réseau segmenté thermofluide pour les LHPs. Les métaux poreux, fabriqués à partir de poudre de métaux sintérisées, ayant une faible porosité (0.30 - 0.50) et un diamètre de pores de petite taille (2.0 à 70 micromètres), sont les matériaux idéals pour la mèche des LHPs. Les paramètres d'entrées des modèles mathématiques de LHPs incluent la porosité, la taille effective maximale des pores, la perméabilité effective et la conductivité thermique effective de la mèche saturée d'un liquide. La détermination de ces propriétés par des expériences simples est réalisée en utilisant un échantillon poreux fritté de poudre de métal en acier inoxydable 316. Enfin, les capacités du modèle améliorée du réseau segmenté thermofluide discuté ci-dessus sont démontrées en l'utilisant pour simuler un LHP opérant en régime permanent avec quatre fluides différents: l'ammoniac, l'eau distillée, l'éthanol et l'isopropanol. Les résultats sont présentés et discutés comparativement.

Pick and place operations, such as packaging and assembling of electronic printed circuit boards, are quite common in industry. These operations usually call for robots whose moving platform (MP) is capable of displacements within the Schönflies subgroup, which consists of translations in the three- dimensional Cartesian space and a rotation about an axis of fixed orientation, similar to the motions of the tray of a waiter. Targeting these tasks, a class of four degree-of-freedom serial robots, known as SCARA (Selective-Compliance Assembly Robot Arm) systems, was developed in the eighties. However, the growing need for higher speeds could not be met anymore by serial robots. This led researchers to explore parallel robots as suitable alternatives.Despite the intensive research on parallel Schönflies-motion generators (SMGs), only one such robot is out in the market. The robot in question is Quattro, a product of Adept Technology, which features four limbs, while being the fastest of pick-and-place robots. The performance of Quattro, although satisfactory, can benefit in terms of speed and the size of the operational workspace, from reducing its number of limbs to the minimum possible, which is two. This reduction also decreases the size of therobot footprint, that is a crucial criterion in the selection of industrial robots. These benefits come at a cost of substantial design challenges to be addressed in this thesis. The thesis focuses on the optimum kinetostatic design of parallel two-limb SMGs. Here, two major problems encountered in the design of these robots, namely, the design of their drive units and moving platform orienting mechanisms, are thoroughly discussed. Proposed in the thesis are several variants to serve as the drive units and the MP-orienting mechanisms of two-limb SMGs. In this vein, three novel pan-tilt motion generators (PTMGs) and one novel MP mechanism are introduced. Since the problem of interest pertains to design, a selection tool is also developed to compare different alternatives at the conceptual design stage, based on the concept of complexity introduced earlier in the literature. Moreover, the major dimensions of the selected mechanisms are determined via optimization. A new two-limb parallel SMG is finally proposed upon incorporating the selectedPTMG and orienting mechanism into a parallel SMG. Since the thesis looks at the problem from a practical point of view, a robust design approach, i.e., a design whose functionality does not rely on tight manufacturing tolerances is sought. Modifications are thus proposed to enable the assembly of the robot in the presence of manufacturing errors, without hampering its overall performance. / Les opérations de transfert, telles que l'emballage et l'assemblage de cartes électroniques, sont très communes dans les industries. Ces opérations demandent des robots ayant une plateforme mobile (PM) capable des déplacements appartenant au sous-groupe Schönflies du groupe des mouvements du corps solide, qui est composé de translations dans l'espace cartésien et d'une rotation au tour d'un axe de direction fixe, semblable aux mouvements d'un plateau de garçon de café. Afin d'accomplir ces taches, un type de robots industriels ayant quatre pattes, nommé systèmes SCARA (Selective-Compliance Assembly Robot Arm), fut développé dans les années 80. Néanmoins, la vitesse de transfert de robots en sériels ne répondait plus à la demande des industries. Ainsi, des chercheurs se sont lancés à la recherche d'alternatives en explorant l'utilisation de robots parallèles. Malgré le grand effort de recherche au sujet des robots parallèles générateurs des mouvements de Schönflies (GMS), seul un robot de ce type est disponible dans la marché. Ce dernier, nommé Quattro, un produit d'Adept Technology, à quatre pattes, est le robot le plus rapide pour les opérations de transfert. Même si la performance de Quattro est satisfaisante, cette dernière peut être amélioré en augmentant sa vitesse ainsi que la taille de son espace de travail par la réduction du nombre de pattes au minimum possible, soit deux. En outre, la réduction du nombre des membres aiderait à diminuer l'empreinte du robot, cette dernière étant un critère crucial dans la sélection de robots industriels. Cette thèse se concentre sur la conception cinetostatique et optimale des robots parallèles GMS à deux pattes. Également, la thèse aborde en détail et relève deux défis majeurs qui se présentent lors de la conception de ces robots: la conception de leurs système d'actionnement et celle du mécanisme d'orientation de leurs PM. Dans la thèse, plusieurs versions de système d'actionnement et de PM du GMS à deux pattes sont proposées. Trois nouveaux générateurs du mouvement inclinaison-balayage et une nouvelle PM sont présentés. Puisque la problématique se rapporte au domaine de conception, un outil de comparaison et de sélection du concept gagnant parmi plusieurs versions est mis au point. Ce dernier est basé sur le concept de complexité déjà existant dans la littérature. En outre, une nouvelle procédure d'optimisation est appliquée, afin d'obtenir les dimensions de bas du mécanisme. Finalement, un nouveau robot GMS est proposé par l'incorporation du générateur des mouvements inclinaison-balayage et d'une nouvelle PM dans un GMS parallèle à deux pattes. Puisque la thèse aborde le problème d'un point de vue pratique, une approche de conception robuste, dont le fonctionnement de l'objet conçu ne dépend pas de tolérances précises serrées, est adoptée. Ainsi, plusieurs modifications sont proposées à fin de permettre l'assemblage de robots en présence d'erreurs de fabrication, tout de même sans entraver la performance générale.

The importance of characterizing the steady state solution of the equation of motion of systems was well realized early in literature. A variety of analytical and numerical methods have been developed with the aim of obtaining a solution that is not only close to the exact solution but also computationally inexpensive. In the present work, one such numerical method of solution, the Galerkin method, has been used as a template for developing a method (double integration by parts - DIBP) in order to achieve approximate solutions for mechanical systems in general and for systems with non-smooth nonlinearities in particular. While staying in the Galerkin framework, a variety of functions from the Hilbert space of L2([0, T]) were chosen as the basis to describe the solution in a better way. In order to define the solution of systems with unilateral contact terms, a special set of mature mathematical tools from signal processing called wavelets have also been explored. / L'intérêt de la caractérisation du régime permanent associé à l'équation du mouvement d'un système est connu depuis longtemps dans la littérature. De nombreuses méthodes numériques et analytiques ont été développées dans le but d'obtenir une solution proche de la solution exacte tout en minimisant les temps de calculs. En s'appuyant sur la méthode de résolution de Galerkin, ce mémoire présente une méthode dite de double intégration par parties (ou méthode DIBP de l'anglais double integration by parts) ayant pour but d'obtenir une approximation de la solution permanente de systèmes mécaniques en général et en particulier de ceux comportant des nonlinéarités discontinues. Dans le cadre du formalisme de Galerkin, plusieurs fonctions de l'espace de Hilbert L2([0, T]) ont été choisies pour former une base apte à la représentation de la solution recherchée. Afin de décrire la solution de systèmes comportant des discontinuités de type contact, des outils mathématiques fréquemment utilisés pour l'analyse de signal, les ondelettes, ont également été utilisés.

This work investigates the mechanical behaviour of resistance-welded thermoplastic composites under both static and fatigue conditions for skin/stringer and lap shear welds. The first configuration was chosen in order to represent a typical reinforced aerospace composite structure. It consists of a flange laminate, representing a stringer or frame, welded onto a skin laminate. The effects of various resistance welding parameters on the weld quality and mechanical performance of a carbon fibre/poly-ether-ether-ketone (APC-2/AS4) composite skin/stringer are first investigated. The results show that the input power level and clamping distance, i.e., the distance between the connector to the power supply and the edge of the weld, have a significant influence on the weld quality. Then, the mechanical performance and the failure modes of the skin/stringer specimen are studied using the optimum welding conditions. Failure modes typically encountered with adhesively bonded thermosetting resin composites skin/stringer configuration are obtained. Diverse stress concentration reduction methods at the flange tip are also investigated. The most efficient one is to machine a taper angle at the flange tip after the welding operation. A novel solution to prevent current leakage in carbon fibre composites is developed where a ceramic (TiO2) coating is applied to the heating element. Excellent electrical insulation is obtained which results in a more uniform temperature distribution at the weld interface. Furthermore, the coating does not affect the weld static mechanical performance. The fatigue properties are then investigated and the APC-2/AS4 skin/stringer joints present indefinite fatigue lives at 40% and 35% of their static damage initiation loads, for unidirectional and quasi-isotropic specimens, respectively. The previously developed ceramic coating does not affect the fatigue properties of the welds. The heating element mesh size is optimised for carbon fibre/poly-ether-k / Ce travail présente une étude de la performance mécanique statique et dynamique de matériaux composites à matrice thermoplastique assemblés par soudage par résistance pour des géométries de joints de type « revêtement/raidisseur » et « joint recouvrement ». La première géométrie représente une structure typique rencontrée dans l'industrie aérospatiale. Elle consiste en un laminé, représentant un raidisseur, soudé sur un autre laminé, représentant un revêtement. L'effet des différents paramètres de soudage sur la qualité des joints est d'abord étudié pour le joint revêtement/raidisseur composé de fibre de carbone/poly-éther-éther-kétone (APC-2/AS4). Les résultats montrent que la puissance électrique fournie à l'élément chauffant et la distance de connexion, soit la distance entre le connecteur et le côté du joint, ont des effets significatifs sur la qualité des joints produits. La condition de soudage optimale est ensuite utilisée pour étudier la performance mécanique et les modes de rupture des échantillons revêtement/raidisseur. Un mode de rupture semblable à des joints revêtement/raidisseur faits de composites thermodurcissables collés est observé. Diverses méthodes de réduction de la concentration de contraintes sur les côtés du raidisseur sont étudiées. La méthode la plus efficace consiste à machiner des angles de chaque côté du raidisseur après que l'opération de soudage soit complétée. Une solution, qui consiste en l'application d'un revêtement de céramique (TiO2) sur l'élément chauffant est ensuite proposée pour contrer le problème de court circuit. Cette solution offre une bonne isolation électrique, améliore l'uniformité de la température à l'interface du joint et n'influence pas les propriétés mécaniques des joints sous chargement statique. Finalement, les propriétés des joints soudés en fatigue sont étudiées. Les échantillons revêtement/raidisseur faits de APC-2/AS4

Obtaining equations of motion is quite demanding but indispensable for the simulation of a multibody system, especially in space applications. This thesis is devoted to establishing a dynamics formalism and modeling tool in the framework of the objectoriented method for flexible multibody systems in a tree topology. In order to manage the modular construct as well as to take the material flexibility of body into account, the formulations are based on the Euler-Lagrange method in conjunction with the natural orthogonal complement of the kinematic constraint matrix. The elements constituting the dynamics of multibody mechanical systems are identified under the standard mathematical formats. They are embodied into distinct object modules equipped with characteristic variables and operations. A general flexible body is decomposed into several components with the kinematics and kinetics objects, while various types of articulation are delimited as the joint objects. The free-floating condition is represented by a special joint object having six degrees of freedom. A dynamics model is achieved by the interconnection of the object modules according to the relationships for data flow. A recursion formula, in conjunction with the lower body index representation, systematically evaluates the natural orthogonal complement matrix, which leads to a minimal set of equations of motion. The proposed method has been implemented to yield a practical modeling tool. It is validated through various simulation cases. The results match with the solutions of explicit formulations as well as the outputs from a sophisticated functional simulation facility. Additional simulations are performed with the incorporation of a control scheme.