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Several researchers engaged in family housing have recently become concerned about the vibrational behavior of residential floors. This concern resulted in a need for methods of sensing floor vibrations. Some investigators have sensed floor vibrations with electric resistance strain gauges bonded to the underside of the floor joists. These experiments using strain gages as vibration sensing devices resulted in a need to be able to determine the vibration amplitude (or deflection) from strain vibration data. The objectives of this project were to theoretically and experimentally determine the relationship between midspan flexural strain and midspan deflection of freely vibrating wood beams with various end conditions. Theoretical strain-deflection relationships of freely vibrating wood beams with pinned-end and fixed-end conditions were derived from vibration theory. Free vibration tests on three wood beams with pinned-ends and fixed-ends gave results which were in agreement with theory. The theoretical relationship between the end rigidity and natural frequency of beams with semi-rigid end connections was derived. Vibration tests performed on wood beams with semi-rigid end connections produced frequency-rigidity results which agreed with theory within five percent. The semi-rigid end connections were achieved by using a torsion bar on each end designed so that the beam would have a static behavior midway between pinned-end conditions and fixed-end conditions. However, it was found both theoretically and experimentally that these torsion bars resulted in a dynamic behavior (strain-deflection ratio and frequency) much closer to pinned-end conditions than to fixed-end conditions. It was established that the strain-deflection relationship of freely vibrating wood beams can be predicted from vibration theory if the rigidity of the end connections is known. / Master of Science

En conditions hypothétiques d’accident par perte de réfrigérant primaire, la gaine en alliage de zirconium des crayons combustibles des réacteurs nucléaires à eau pressurisée peut être temporairement exposée à de la vapeur d’eau à haute température (jusqu’à 1 200°C) avant d’être refroidie puis trempée à l’eau. Dans certaines conditions, après éclatement, la gaine peut absorber une quantité très importante d’hydrogène (hydruration secondaire), pouvant atteindre 3 000ppm mass. localement, lors du maintien sous vapeur d’eau à haute température.Cette étude porte sur l’effet, peu étudié jusqu’alors, de fortes concentrations en hydrogène sur les caractéristiques métallurgiques et mécaniques de deux alliages de zirconium, le Zircaloy-4 et le M5®, au cours et après refroidissement depuis le domaine des hautes températures, auxquelles le zirconium est en phase β. Un protocole a été mis au point afin de charger en hydrogène, de manière homogène jusqu’à ~3 000ppm-mass., des tronçons de tube de gainage de plusieurs centimètres de long. Les transformations de phases, la ségrégation des éléments chimiques et la précipitation des hydrures lors du refroidissement depuis le domaine d’existence de la phase β du zirconium ont été étudiées, pour les matériaux contenant jusqu’à ~3 000ppm-mass. d’hydrogène en moyenne, au moyen de différentes techniques : diffraction de neutrons in-situ en cours de refroidissement depuis 700°C, diffraction de rayons X, µ-ERDA, et microscopie électronique notamment. Les résultats ont été confrontés à des prévisions thermodynamiques. Puis, pour étudier l’effet de fortes teneurs en hydrogène sur le comportement mécanique de la phase (ex-)β du zirconium, des essais de traction axiale ont été effectués à différentes températures entre 20 et 700°C, au cours du refroidissement depuis le domaine de phase β, sur des échantillons contenant jusqu’à ~3 000ppm-mass. d’hydrogène en moyenne. Les résultats montrent que les propriétés métallurgiques et mécaniques de la phase (ex-)β des alliages de zirconium dépendent fortement de la température et de la teneur en hydrogène. / Under hypothetical loss-of-coolant accident conditions, fuel cladding tubes made of zirconium alloys can be exposed to steam at high temperature (up 1 200°C) before being cooled and then quenched in water. In some conditions, after burst occurrence the cladding can rapidly absorb a significant amount of hydrogen (secondary hydriding), up to 3 000wt.ppm locally, during steam exposition at HT.The study deals with the effect, poorly studied up to date, of high contents of hydrogen on the metallurgical and mechanical properties of two zirconium alloys, Zircaloy-4 and M5®, during and after cooling from high temperatures, at which zirconium is in its β phase. A specific facility was developed to homogeneously charge in hydrogen up to ~3 000wt.mass. cladding tube samples of several centimeters in length. Phase transformations, chemical element partitioning and hydrogen precipitation during cooling from the β temperature domain of zirconium were studied by using several techniques, for the materials containing up to ~3 000wt.ppm of hydrogen in average: in-situ neutron diffraction upon cooling from 700°C, X-ray diffraction, µ-ERDA, EPMA and electron microscopy in particular. The results were compared to thermodynamic predictions. In order to study the effect of high hydrogen contents on the mechanical behavior of the (prior-)β phase of zirconium, axial tensile tests were performed à various temperatures between 20 and 700°C upon cooling from the β temperature domain, on samples with mean hydrogen contents up to ~3 000ppm-mass.The results show that metallurgical and mechanical properties of the (prior-)β phase of zirconium alloys strongly depend on temperature and hydrogen content.

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Le comportement en fluage isotherme de l'alliage M5® a été étudié à haute température dans le domaine biphasé (α+β). Une première approche consiste en l'identification des lois de fluage des phases α et β dans leur domaine monophasé respectif puis en l'extrapolation de ces lois dans le domaine biphasé. Cette approche ne permet malheureusement pas de reproduire le comportement expérimental. Une amélioration de ce modèle est développée dans cette étude en prenant en compte deux effets microstructuraux : (i) la taille de grains : des tailles de grains spécifiques contrôlées ont été obtenues en appliquant des traitements thermo-mécaniques au matériau. Des essais de fluage dans les domaines quasi-α et quasi-β ont ainsi mis en évidence un fort effet de la taille de grains, en particulier dans le régime de fluage diffusionnel. (ii) le contraste micro-chimique entre les phases α et β dans le domaine biphasé : d'après des calculs thermodynamiques et des analyses microstructurales, la phase β est enrichie en Nb et appauvrie en O (inversement pour la phase α). Des essais de fluage ont alors été mis en œuvre sur des alliages Zr-Nb-O dont les teneurs en Nb et O sont représentatives de chaque phase dans le domaine biphasé. Cette base expérimentale a permis de d'identifier de nouvelles lois de fluage pour les phases α et β. Ces lois ont été ensuite implémentées dans un modèle éléments finis afin de simuler le comportement du matériau biphasé. La morphologie 3D des phases (en particulier la germination de la phase β aux joints de grains α) est introduite explicitement dans les simulations afin de mettre en évidence son effet sur le comportement macroscopique. M5® est une marque déposée d'AREVA NP.

During inflation quantum fluctuations of the field driving inflation, known as inflaton, were stretched by inflationary expansion to galactic size scales or even larger. A possible implication of inflation -- if it is correct -- is that our observable universe was once of sub-Planckian size. Thus inflation could act as a magnifier to probe the short distance structure of space-time. General arguments about the quantum theory of gravity suggest that the short distance structure of space-time can be modeled as arising from some corrections to the well-known uncertainty relation between the position and momentum operators. Such modifications have been predicted by more fundamental theories such as string theory. This modified commutation relation has been implemented at the first quantized level to the theory of cosmological perturbations. In this thesis, we will show that the aforementioned scenario of implementing the minimal length to the action has an ambiguity: total time derivatives that in continuous space-time could be neglected and do not contribute to the equations of motion, cease to remain total time derivatives as we implement minimal length. Such an ambiguity opens up the possibility for trans-Planckian physics to leave an imprint on the ratio of tensor to scalar fluctuations. In near de-Sitter space, we obtain the explicit dependence of the tensor/scalar on the minimal length. Also the first consistency relation is examined in a power-law background, where it is found that despite the ambiguity that exists in choosing the action, Planck scale physics modifies the consistency relation considerably as it leads to large oscillations in the scalar spectral index in the observable range of scales. In the second part of the thesis, I demonstrate how the assumption of existence of invariant minimal length can assist us to explain the origin of cosmic magnetic fields. The third part of the thesis is dedicated to the study of signatures of M-theory Cascade inflation.

During inflation quantum fluctuations of the field driving inflation, known as inflaton, were stretched by inflationary expansion to galactic size scales or even larger. A possible implication of inflation -- if it is correct -- is that our observable universe was once of sub-Planckian size. Thus inflation could act as a magnifier to probe the short distance structure of space-time. General arguments about the quantum theory of gravity suggest that the short distance structure of space-time can be modeled as arising from some corrections to the well-known uncertainty relation between the position and momentum operators. Such modifications have been predicted by more fundamental theories such as string theory. This modified commutation relation has been implemented at the first quantized level to the theory of cosmological perturbations. In this thesis, we will show that the aforementioned scenario of implementing the minimal length to the action has an ambiguity: total time derivatives that in continuous space-time could be neglected and do not contribute to the equations of motion, cease to remain total time derivatives as we implement minimal length. Such an ambiguity opens up the possibility for trans-Planckian physics to leave an imprint on the ratio of tensor to scalar fluctuations. In near de-Sitter space, we obtain the explicit dependence of the tensor/scalar on the minimal length. Also the first consistency relation is examined in a power-law background, where it is found that despite the ambiguity that exists in choosing the action, Planck scale physics modifies the consistency relation considerably as it leads to large oscillations in the scalar spectral index in the observable range of scales. In the second part of the thesis, I demonstrate how the assumption of existence of invariant minimal length can assist us to explain the origin of cosmic magnetic fields. The third part of the thesis is dedicated to the study of signatures of M-theory Cascade inflation.

Coke is an indispensable material in Ironmaking process by blast furnace. To provide good and constant quality coke for stable and efficient blast furance operation is very important. Furthermore, a challenging issue in the cokemaking process is the prediction of coke quality. An accurate prediction can support production planning decision and reduce business operation costs. The objective of this thesis is to apply the backpropagation neural network and the model tree techniques for predicting the strength and meansize of coke. Specifically, we developed the coke- physical&chemical-property model, coal-usage model, coal-group-usage model, and extended model for the target prediction task. Experimentally, we found that the coal-usage model achieves the highest Correlation Coefficient and the lowest Mean Absolute Error. Moreover, the model trees technique reaches higher accuracy and better efficiency than does the backpropagation neural network technique.

Lors de certains scénarios accidentels, percement de cuve de réacteur avec entrée d'air, dénoyage de piscinesde manutention, de stockage ou d'entreposage de combustibles usés, ou encore certains accidents de transport,les assemblages combustibles des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP), peuvent se retrouver privés de leurrefroidissement et exposés à l'air. Dans ces conditions, la température des assemblages s'élève et les gaines descrayons combustibles, en alliage à base de zirconium, s'oxydent. Par rapport à une oxydation sous vapeur, lavitesse de dégradation des gaines est beaucoup plus élevée, d'une part à cause de l'enthalpie élevée de laréaction zirconium-oxygène, comparée à la réaction zirconium-vapeur d'eau, et d'autre part parce que l'azotecontribue à la dégradation. Des phénomènes d'emballement sont attendus qui peuvent rapidement conduire à laperte de la fonction de confinement assurée par les gaines.L'objectif de cette thèse a été d'affiner la compréhension des mécanismes d'oxydation sous air à hautetempérature des deux alliages de zirconium les plus utilisés dans les REP français, le Zircaloy-4 et le M5®, et depréciser le rôle de l'azote.Des tronçons de gaines vierges de Zircaloy-4 et M5® ont été oxydés dans une thermobalance sous air enconditions isothermes à des températures comprises entre 800°C et 1000°C. Plusieurs techniquesexpérimentales (spectroscopie micro-Raman, EPMA, DRX, microscopies optique et électronique à balayage...)ont été mises en oeuvre pour caractériser les couches d'oxyde. La formation et l'évolution des différentes phasesqui composent ces couches (zircone monoclinique, quadratique et cubique, oxynitrure de zirconium et ZrN) ontainsi pu être mises en évidence et analysées en fonction de l'avancement de l'oxydation. Des mécanismesd'oxydation ont été proposés, et la résistance à l'oxydation plus importante de l'alliage M5® par rapport auZircaloy-4 a été expliquée.Les informations recueillies permettront d'alimenter des modèles visant à prédire le comportement des gaineslors de l'oxydation en situation accidentelle avec entrée d'air (transitoire de température, composition évolutive dela phase gazeuse...).

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