<p>The objectives of the thesis work were to study theinteraction between embedded piezoceramic transducers andcomposite structures as well as determine techniques tosimplify the Lamb waves analysis. Firstly, this studyconsidered the design of the embedded piezoceramic transducers.Secondly, the effect of the embedded transducer on thecomposite strength as well as the influence of the mechanicallyloaded composite on the characteristics of the embeddedtransducer were investigated. Finally, to simplify the analysisof such complex Lamb wave responses, two techniques weredeveloped. They were based on the wavelet technique and amodelling technique, respectively.</p><p>The design of the embedded piezoceramic transducers wasimproved by reducing the stress concentrations in the compositeas well as in all components constituting the piezoceramictransducer, that is, the piezoceramic element, interconnectorand conductive adhesive. The numerical analysis showed that thethickness of the interconnector had no significant influence onthe stress state of the piezoceramic transducer. It was alsofound that a compliant conductive adhesive reduced the stressconcentration located at the edge of the piezoceramic element.The structural integrity of composites embedded with theimproved piezoceramic transducer was investigated. Theexperiments, performed in tensile and compressive staticloading, indicated that the strength of the composite was notsignificantly reduced by the embedded piezoceramic transducer.Further investigations were conducted to evaluate theperformance of the improved piezoceramic transducer used as aLamb wave generator embedded in composites subjected tomechanical loading. The tests were conducted in tensile andcompressive static loading as well as fatigue loading. Thestudy showed a large working range of the embedded piezoceramictransducer. A post processing technique based on the waveletswas further assessed in the detection of damage and in thedamage size evaluation. A new wavelet basis was developedspecially for processing the Lamb wave response. This method,focused on the wavelet coefficients from the decomposition Lambwave response, showed promising results in evaluating thedamage size. The wavelets offered a sensitive tool to detectsmall damage, compared to other detection methods, improvingthe damage detection capabilities. The other technique wasdevoted to the simplification of the generated Lamb waves bythe use of multi-element transducers. The transducers weredesigned using both a normal-mode expansion and a FE-method.This technique allowed reducing the effect of a Lamb wave modetowards another. This technique was successfully implemented ina damage detection system in composites.</p><p><b>Keywords:</b>Embedded piezoceramic, transducer, composite,structural integrity, health monitoring, damage detection, Lambwaves, wavelets, normal-mode expansion, FE-method</p>

<p>Today’s bridge design work in many cases demands a trustworthy dynamic analysis instead of using the traditional dynamic amplification factors. In this thesis a reliable 3D Bernoulli-Euler beam finite element model of the New Årsta Railway Bridge was prepared for thorough dynamic analysis using in situ bridge monitoring for correlation. The bridge is of the concrete box girder type with a heavily reinforced and prestressed bridge deck. The monitoring system was designed for long term monitoring with strain transducers embedded in the concrete and accelerometers mounted inside the edge beams and at the lower edge of the track slab.</p><p>The global finite element model used the exact bridge geometry but was simplified regarding prestressing cables and the two railway tracks. The prestressing cables and the tracks were consequently not included and an equivalent pure concrete model was identified.</p><p>A static macadam train load was eccentrically placed on one of the bridge’s two tracks. By using Vlasov’s torsional theory and thereby including constrained warping a realistic modulus of elasticity for the concrete without prestressing cables and stiffness contribution from the railway tracks was found. This was allowed by comparing measured strain from strain transducers with the linear elastic finite element model’s axial stresses. Mainly three monitoring bridge sections were used, each of which was modelled with plane strain finite elements subjected to sectional forces/moments from a static macadam train load and a separately calculated torsional curvature.</p><p>From the identified modulus of elasticity the global finite element model was updated for Poisson’s ratio and material density (mass) to correspond with natural frequencies from the performed signal analysis of accelerometer signals. The influence of warping on the natural frequencies of the global finite element model was assumed small and the bridge’s torsional behaviour was modelled to follow Saint-Venant’s torsional theory.</p><p>A first preliminary estimation of modal damping ratios was included. The results indicated that natural frequencies were in accordance between modelling and signal analysis results, especially concerning high energy modes. Estimated damping ratios for the first vibration modes far exceeded the lower limit value specified in bridge design codes and railway bridge dynamic analysis recommendations.</p>

Les travaux présentés portent sur la corrélation entre les propriétés structurales et morphologiques de couches mince de Fe et d'alliages de Fe-Co épitaxiées sur substrat de silicium et leurs propriétés magnétique et magnéto-optique. Les études et résultats présentés dans ce mémoire sont l'aboutissement de l'utilisation d'un ensemble de compétences variées telles que la croissance de couches minces sur silicium, la caractérisation par des méthodes dites globales des propriétés structurales et cristallographiques des systèmes élaborés complétées par une approche à l'échelle nanométrique de la topologie et morphologie des surfaces par des techniques de champ proche (STM). <br />La fonction d'énergie d'anisotropie magnétique des couches minces a été étudiée à l'aide d'une nouvelle méthode de mesure par effet Kerr magnéto-optique : la méthode TBIIST (Transverse Bias Initial Inverse Susceptibility and Torque) intégrant de plus une détermination des différentes contributions magnéto-optique non linéaire en aimantation au signal Kerr. Ces dernières reflètent et traduisent la symétrie cristallographique du système étudié ainsi que les brisures de symétrie liées à la morphologie des surfaces – des interfaces (croissance d'îlots asymétriques) induites par les conditions d'élaboration des couches épitaxiées. Les propriétés d'anisotropie magnétique et magnéto-optique observées et les interprétations expérimentales ont été confortées par des modélisations, des calculs et des simulations à partir des images de topologie STM.

Ce manuscrit résume mes activités de recherche en thèse, dans mes différents séjours post-doctoraux et mes premières années de recherche au Commissariat à l'Energie Atomique. Elles concernent la caractérisation de biomolécules par RMN, comme des sucres, des protéines, dia ou paramagnétiques. Le manuscrit aborde aussi la caractérisation des interactions protéines-eau, du métabolisme cellulaire, et la mesure de vitesses électroniques impliquant des protéines à plusieurs centres d'oxydoréduction. <br />J'aborde ensuite mon travail récent au sein d'une équipe spécialisée dans le xénon hyperpolarisé appliqué à la phase liquide, en particulier la caractérisation de cavités hydrophobes de protéines et la forte complexation du xénon par une famille de molécules-cage nommée cryptophanes.

Stainless steels are very important engineering materials in a variety of applications such as in the food industry and nuclear power plants due to their combination of good mechanical properties and high corrosion resistance. However, ferrite-containing stainless steels are sensitive to the so-called ‘475°C embrittlement’, which is induced by phase separation of the ferrite phase, where it decomposes into Fe-rich ferrite (α) and Cr-rich ferrite (α'). The phase separation is accompanied with a severe loss of toughness. Therefore, the upper service temperature of ferrite-containing stainless steels in industrial applications has been limited to around 250°. In the present work, Fe-Cr based steels were mainly investigated by atom probe tomography. A new method based on the radial distribution function (RDF) was proposed to quantitatively evaluate both the wavelength and amplitude of phase separation in Fe-Cr alloys from the atom probe tomography data. Moreover, a simplified equation was derived to calculate the amplitude of phase separation. The wavelength and amplitude was compared with evaluations using the auto-correlation function (ACF) and Langer-Bar-on-Miller (LBM) method, respectively. The results show that the commonly used LBM method underestimates the amplitude of phase separation and the wavelengths obtained by RDF shows a good exponential relation with aging time which is expected from the theory. The RDF is also an effective method in detecting the phenomena of clustering and elemental partitioning. Furthermore, atom probe tomography and the developed quantitative analysis method have been applied to investigate the influence of different factors on the phase separation in Fe-Cr based alloys by the help of mainly mechanical property tests and atom probe tomography analysis. The study shows that: (1) the external tensile stress during aging enhances the phase separation in ferrite. (2) Phase separation in weld bead metals decomposes more rapidly than both the heat-affected-zone metals and the base metals mainly due to the high density of dislocations in the welding bead metals which could facilitate the diffusion. (3) The results show that Ni and Mn can enhance the phase separation comparing to the binary Fe-Cr alloy whereas Cu forms clusters during aging. (4) Initial clustering of Cr atoms was found after homogenization. Two factors, namely, clustering of Cr above the miscibility gap and clustering during quenching was suggested as the two responsible mechanisms. (5) The homogenization temperatures significantly influence the evolution of phase separation in Fe-46.5at.%Cr. / <p>QC 20140910</p> / Spinodal Project

L'eau supercritique peut être utilisée comme caloporteur à haute pression pour améliorer le rendement des centrales électriques. Pour un concept de réacteur nucléaire, la durée de vie des matériaux est un paramètre important en termes de sécurité. Par conséquent, les critères de sélection des matériaux pour un concept de réacteur à l'eau supercritique concernent les propriétés mécaniques à haute température pour une bonne tenue au fluage et à l'irradiation mais également une résistance à la corrosion généralisée et à la corrosion sous contrainte. Ce travail à pour objectif d'améliorer la compréhension des mécanismes de corrosion en eau supercritique à 600°C et 25 MPa pour des alliages c.f.c contenant du fer, du nickel et du chrome. Des essais de corrosion ont été réalisés sur des autoclaves échantillons d'alliages 316L et 690 en prenant en compte l'état de surface. Les couches d'oxydes formées ont été décrites en termes de morphologie, de composition et de structure, après caractérisations par microscopie électronique à balayage, par spectroscopie à décharge luminescente et par diffraction des rayons X. Si un comportement de type gazeux de l'eau supercritique est attendu dans les conditions d'essai, les résultats montrent une dissolution significative de certains éléments de l'alliage. Par conséquent, la corrosion en eau supercritique peut être considérée comme similaire à la corrosion aqueuse avec un effet de la température qui peut influencer la diffusion en phase solide par exemple. Pour l'alliage 690, la couche d'oxyde protectrice formée sur une surface polie est composée de chromine et surmontée d'un chromite ou d'un spinelle mixte de nickel et de fer. La double couche d'oxyde formée sur une surface de même finition pour l'alliage 316L semble moins protectrice. La couche externe de magnétite est poreuse et la couche interne riche en chrome est non homogène. Pour chaque alliage, l'étude des mécanismes de diffusion, grâce à des expériences utilisant des marqueurs ou des traceurs, révèle une croissance de la couche d'oxyde contrôlée par un processus anionique. Cependant, l'état de surface influence fortement les mécanismes de formation des couches d'oxyde. La comparaison des résultats sur l'acier suggère qu'il y a une concurrence entre l'oxydation du fer et celle du chrome. Une quantité suffisante de chrome est nécessaire pour former une fine couche d'oxyde protectrice. Les surfaces très déformées ou à microstructure à grains très fins conduisent à des fines couches d'oxyde de chrome, grâce à une forte densité de site de germination ou grâce aux courts-circuits de diffusion du chrome. L'état de surface est donc déterminant pour l'acier mais le même paramètre engendre des effets différents pour l'alliage à base de nickel. Les surfaces usinées deviennent sensibles à une oxydation interne du chrome, même si une fine couche d'oxyde continue et riche en chrome et manganèse se forme. Ce phénomène suggère une diffusion accélérée concurrentielle entre l'oxygène et le chrome. Pour conclure, ce travail propose un mécanisme de croissance de la couche d'oxyde dans chaque cas et discute des conditions favorables à la formation d'une couche d'oxyde protectrice riche en chrome dans l'optique d'une application au réacteur à eau supercritique.

L'objectif de la thèse était d'étudier le procédé de Décrepitation à l'Hydrogène (HD) en tant que moyen de recycler les rebus d'aimants frittés Nd-Fe-B en poudres fortement coercitives et anisotropes, pour l'industrie d'aimants liés. Le procédé consiste à appliquer une première hydruration, afin de réduire le matériau massif en poudre, grâce à l'expansion du volume de la maille. Des traitements de désorption de l'hydrogène et de recuit sont ensuite nécessaires pour rétablir les caractéristiques initiales du précurseur (coercivité et anisotropie). Les différentes étapes du procédé HD ont été étudiées à partir d'aimants frittés (NdDy)2(FeCoNbCu)14B utilisés comme précurseurs. Les caractéristiques d'absorption et de désorption de l'hydrogène ont été étudiées par Calorimétrie Différentielles (DSC) et par des mesures de cinétique d'hydruration. Des mesures magnétothermiques ont permis d'analyser l'effet de la présence d'hydrogène résiduel sur les propriétés magnétiques des poudres (NdDy)-(FeCoNbCu)-B. La thèse se focalise sur l'impact des conditions expérimentales appliquées, telles que la température de décrepitation, l'application d'un double cycle de décrépitation, la température de désorption, l'application d'un champ magnétique pendant la désorption de l'hydrogène, la température de recuit, etc... sur les propriétés magnétiques des poudres (NdDy)-(FeCoNbCu)-B. Parmi ces facteurs, les températures d'absorption et de désorption, et la température de recuit jouent un rôle prépondérant sur les propriétés magnétiques. La double décrépitation améliore la distribution de taille des poudres. La désorption de l'hydrogène sous le champ magnétique réduit le contenu d'hydrogène résiduel des poudres anisotropes, et conduit ainsi à une augmentation de la rémanence (Br). Après l'optimisation des étapes successives du procédé, des poudres anisotropes présentant des propriétés satisfaisantes ont été obtenues : Br = 10.29 kGs (1.029 T), Hcj = 14.3 kOe (1138 kA/m), (BH)Max = 21.67 MGOe (172.5 kJ/m3). Les propriétés magnétiques initiales des aimants frittés (NdDy)-(FeCoNbCu)-B ont été restaurées respectivement à 93 %, 46 % et 74 %.

Ce travail de thèse propose de réaliser un nanofil électrique auto-assemblé constitué de protéines. L'unité de base de ce nanofil est une protéine chimère comprenant un domaine capable de former des fibres amyloïdes (Het-s 218-289) et un domaine capable d'effectuer des transferts d'électrons (une rubrédoxine). Le premier domaine permet la réalisation d'une fibre par auto-assemblage tandis que le deuxième est exposé à la surface de cette structure. Les caractéristiques redox du domaine exposé permettent aux électrons de se déplacer d'un bout à l'autre de la fibre par sauts successifs. Un tel nanofil a été créé et caractérisé par différentes techniques biophysiques. Ensuite, la preuve de la conduction des nanofils a été apportée sur des ensembles d'objets, de manière indirecte par électrochimie, et de manière directe par des mesures tension/courant. Ces travaux ouvrent la voie à la réalisation d'objets biocompatibles, biodégradables, possédant des propriétés électroniques exploitables dans des dispositifs technologiques.

A systematic in-depth study has been undertaken to establish the corrosion mechanism of a Model 25Cr-35Ni-Fe alloy and four commercial alloys HP40Nb, AISI314, HP40Al and Alloy 800H in low oxygen, high sulphur and carbon containing environments typically found in coal gasification and fluidised bed combustion processes. A review of present knowledge of corrosion processes in purely oxidizing, sulphidizing and carburizing environments and multiple reactant carburizing/ oxidizing, carburizing/sulphizing and oxidizing/sulphidizing environments is given. The experimental programme was designed to establish the role of sulphur on the corrosion process by studying corrosion mechanisms in a sulphurfree H2-7%C0-1.5%H2o gas, a low sulphur H2-7%C0-1.5%H20-0.2%H 2 S gas (pS2_8= 10 bar), and a high sulphur H 2 -7%C0-1.5%H 2 0-0.6%H 2 S gas (pS = lO bar) at 800'C. All_21j_hree environments had a constant partiaf pressure of oxygen (po2 = 10 bar) and carbon activity (ac = 0.3). In the sulphur-free gas the Model alloy formed a thin uniform cr 2 o 3 layer which grew at a constant parabolic rate throughout the exposure period of 0 - 5000 hours. Surface working increased the growth rate and thickness of the Cr 2 o 3 layer but created a large number of cracks and pores which allowed carbon containing gaseous species to diffuse through the oxide to form carbide precipitates in the alloy substrata. Alloying additions of Si promoted the formation of an inner SiO layer which reduced the corrosion rate by cutting off the outward diffusion of Cr, Mn and Fe. Alloying additions of Mn promoted the formation of an additional outer (Mn, Fe )Cr 2o 4 layer. The 3. 5% Al content of the HP40Al was insufficient to form a complete Al 2 o3 layer. Alloy 800H was susceptible to localised internal oxidation. Adding a low level of sulphur (0.2% H 2 S) to the gas increased the corrosion rate of the Model alloy in the 1nitial stages. This rate gradually slowed down before becoming parabolic after 1000 - 2000 hours. This was due to the nucleation of sulphides in addition to oxides. The oxides and sulphides grew side by side until the oxides overgrew the sulphides to form a complete Cr 2o3 layer which cut off further ingress of sulphur from the gas. The entrapped sulphides promoted localized thickening of the oxide layer. Eventually the sulphur redistributed from the sulphides in the scale to internal sulphide precipitates in the alloy with the corrosion rate returning to that of the sulphur-fre,e gas for the rest of the exposure period (5000 hours total). In the commercial alloys the internal sulphide precipitates prevented the inner Si02 layer becoming complete. Sulphur doped the (Mn, Fe) Cr 2 0 4 outer layer ana the intermediate Cr 2o3 layer formed from the spinal layer, increasing the number of cation . vacancies and the growth rate of the scale. These factors caused a massive Cr depletion of the alloy substrata after several thousand hours. The internal carbides became unstable which led to a massive amount of internal attack and a dramatic increase (breakaway) in the corrosion rate. Due to its thickness and the presence of Si02 inner layer the external scale became susceptible to spallation. If this occurred the oxides and sulphides nucleated on the alloy surface again but sulphides. protective alloy. insufficient Cr was available for the oxides to overgrow the The sulphides therefore grew to form a fast growing nonsulphide scale which soon led to catastrophic failure of the Increasing the level of sulphur in the gas to 0.6% H2S caused oxides and sulphides to nucleate on the surface, but in this case the sulphides overgrew the oxides to form thick fast growing non-protective sulphide scales on all the alloys.

In dieser Arbeit wurde ein Arbeitsablauf entwickelt, um ein möglichst realistisches, biomechanisches Modell eines menschlichen Schädelknochens anhand eines Patienten-CT Datensatzes zu erstellen. Mit diesem Modell konnten Experimente aus der Literatur realistisch nachgestellt und anschließend der Mechanismus einer Orbitawandfraktur genauer untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass das entwickelte Schädelmodell als Alternative für experimentelle biomechanische Untersuchungen verwendet werden kann. Somit sind eine Vielzahl parametrischer biomechanischer Studien möglich, ohne dabei auf Humanpräparate angewiesen zu sein.