L'objectif de cette thèse est de réaliser un système de Contrôle Santé Intégré des structures aéronautiques (CSI ou SHM) autonome et à double-fonctionnalité. Ce système doit être en mesure d'assurer son autonomie énergétique tout en réalisant les tâches de détection et de localisation des endommagements. Latechnique retenue pour alimenter ce système est basée sur la récupération d'énergie vibratoire par transducteurs piézoélectriques SHM collés. Durant ces travaux, un modèle analytique complet de la chaîne de récupération d'énergie vibratoire a d'abord été créé. Ce modèle, validé par la Méthode des ÉlémentsFinis (MEF), permet d'améliorer le rendement du système en déterminant les dimensions, les locali-sations et le type de matériau piézoélectrique idéals des transducteurs. Ce modèle a ensuite été étendu à une configuration plus représentative des conditions de vibrations d'une structure en vol. Une bonne corrélation entre les résultats provenant du modèle prédictif et les essais sur un banc de mesures a étémise en évidence. Une puissance de 1.67mW a été récupérée et la capacité large bande des transducteurs a été vérifiée. L'application de la récupération d'énergie au contrôle de structures composites en cours d'assemblage sur les lignes de production a également été étudiée. Dans ce cas, un transducteur stratégiquement localisé et alimenté par une source de tension disponible génère des ondes de Lambdans la structure afin de pallier l'absence de vibrations naturelles. Un réseau de transducteurs secondaires disséminés sur cette structure récupère et convertit cette énergie vibratoire en énergie électrique. Une puissance de 7.36 mW a été récoltée et ce système a été en mesure de détecter une chute d'outil sur le composite et d'éclairer de façon autonome une diode électroluminescente (DEL) simulant ici la consommation de la transmission sans fil de l'information.

Afin de limiter les impacts environnementaux, les industries du transport (automobile, aéronautique, etc.) cherchent à alléger leurs produits. Cette recherche de gain de masse peut conduire à l'utilisation des adhésifs dans la réalisation des structures assemblées. Dans les situations de crash, les joints de colle introduits peuvent jouer un rôle critique sur la tenue globale de l'assemblage. Par conséquent, la maîtrise de leur comportement mécanique devient un point clef de développement. Notamment en vue du « virtual testing », il est essentiel de disposer de lois de comportement fiables dans le but de fournir des outils de calcul prédictifs à l'ingénieur. Les travaux de thèse portent sur le développement d'une démarche expérimentale permettant de caractériser le comportement mécanique d'adhésifs sous sollicitations dynamiques combinées. Le développement d'une éprouvette Arcan et d'un dispositif de sollicitation dédiés à la caractérisation des adhésifs en dynamique constituent le coeur du travail de thèse. Après une phase de validation, le moyen d'essais développé a été utilisé afin de caractériser le comportement dynamique de trois adhésifs structuraux. Les résultats obtenus ont été comparés à des essais « structures » de type TAST. En parallèle de ces travaux expérimentaux, une ouverture sur la modélisation numérique des adhésifs est proposée. La stratégie de modélisation se base sur l'utilisation d'éléments cohésifs et d'une loi de comportement développée suivant la méthode de l'état local. L'identification des paramètres matériaux est réalisée par méthode directe et inverse à partir des résultats issus d'essais Arcan. La stratégie de modélisation développée a été transposée à des essais TAST et simple recouvrement. Les prédictions faites par les modèles sont proches des résultats expérimentaux validant ainsi l'approche numérique mise en oeuvre. / In order to limit environmental impacts, the transport industries (automotive, aeronautics, etc.) are seeking to reduce the weight of their products. This search for mass gain can lead to the use of adhesives in the manufacturing of assembled structures. In crash situations, introduced bonded joints can play a critical role in the overall strength of the assembly. Consequently, their mechanical behaviour becomes a key development point. Especially for virtual testing, it is essential to have reliable behaviour laws in order to provide predictive computing tools to the engineer. The thesis work focuses on the development of an experimental approach to characterize the mechanical behaviour of adhesives under combined dynamic loadings. The development of an Arcan specimen and a test rig dedicated to the dynamic characterization of adhesives is the core of the thesis work. After a validation step, the developed test mean was used to characterize the dynamic behaviour of three structural adhesives. The results obtained were compared with "structural" TAST tests. In parallel of this experimental work, a first study on the numerical modelling of adhesives is proposed. The modelling strategy relies on the use of cohesive elements and a behaviour law developed according to the local state method. The identification of material parameters is carried out by direct and inverse methods from the results of Arcan tests. The modelling strategy developed has been transposed to TAST and single lap joint tests. The predictions made by the models are close to the experimental results and therefore validate the implemented numerical approach.

Submitted by Stéfany Moreira (stemellra@yahoo.com.br) on 2013-02-28T16:02:54Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_EstudoNuméricoComportamento.pdf: 27938888 bytes, checksum: 5b2329c94a69e16145d8d44fcca64390 (MD5) / Approved for entry into archive by Neide Nativa (neide@sisbin.ufop.br) on 2013-03-01T17:37:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_EstudoNuméricoComportamento.pdf: 27938888 bytes, checksum: 5b2329c94a69e16145d8d44fcca64390 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-03-01T17:37:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO_EstudoNuméricoComportamento.pdf: 27938888 bytes, checksum: 5b2329c94a69e16145d8d44fcca64390 (MD5) Previous issue date: 2011 / O objetivo desta dissertação consiste na aplicação do método dos elementos finitos (MEF), através da utilização do programa computacional ANLOG (Análise Não Linear de Obras Geotécnicas), para análise do comportamento mecânico, sob condição de equilíbrio estático e deformação plana, de pilhas de estéril de mineração, realçando os aspectos relacionados à geometria, às condições de contorno, às propriedades constitutivas (tanto do material da pilha quanto do terreno de fundação) e ao processo construtivo. Este trabalho visa contribuir para o maior entendimento do comportamento mecânico das pilhas de estéril (aterros) de modo a colaborar para a elaboração de projetos mais seguros e viáveis. Para representação do comportamento constitutivo foram adotados os modelos: linear-elástico e elástico perfeitamente plástico adotando o critério de Mohr-Coulomb modificado. No que diz respeito à simulação do processo construtivo adota-se a técnica de “ligar a gravidade” juntamente com o procedimento da malha dinâmica. Algumas análises preliminares são apresentadas com o objetivo de verificar a utilização do programa computacional ANLOG na análise tensão- deformação deste tipo de obra geotécnica. Neste caso, optou-se por apresentar situações as quais possuíam solução analítica e/ou numérica conhecida e disponível na literatura. Em seguida, considerando as normas reguladoras de mineração no que diz respeito à elaboração e apresentação de projeto de disposição de estéril em pilha, várias configurações geométricas de pilhas de estéril, dispostas em encostas e construídas pelo método ascendente, foram analisadas com o intuito de avaliar a aplicação destas normas reguladoras e verificar o comportamento das pilhas á luz da análise elastoplástica de equilíbrio estático. Por fim, um estudo de caso da pilha de estéril de Mont Jardin da Nickel SLN em New Caledonia é apresentado e os resultados desta análise numérica são comparados com os resultados obtidos por Omraci et al. (2002). __________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: The objective of this dissertation is the application of the finite element method (FEM), by using the computer program ANLOG (Nonlinear Analysis Geotecnhical Constructions) for static analysis of mechanical behavior of mining sterile piles under plane strain condition, highlighting tha aspects of geometry boundary conditions, the constitutive properties (both material, pile and foundation) and the construction process. This work aims to contribute to better understanding of the mechanical behavior of mining sterile piles leading to the development of safer and reliable projects. The constitutive behavior of materials was represented by linear elastic model and elasticperfectly plastic model adopting the Modified Mohr-Coulomb criterion. Regarding the simulation of the construction process adopts the technique of "gravity turn" along with the dynamic mesh procedure. Some preliminary analysis is presented in order to verify the use of computer program ANLOG for stress-strain analysis of this type of geotchnical work. In this case, it was presented situations in wwhich analytical or numerical solution were known and available in the literature. Then, considering the regulatory standards formining regarding to elaboration and presentation of mining waste dump's project, several geometric configurations of hillside piles built by the ascending method, were analyzed in order to verify the regulatory standards and the behavior of these piles in the light of the elastoplastic analysis of static equilibrium. Finally, a case study of Mont Jardin's waste dump of Nickel SLN in New Caledonia is presented and the results of this numerical analysis are compared with results obtained by Omraci et al. (2002).

Neste trabalho apresenta-se um modelo numérico para a análise de problemas tridimensionais envolvendo a interação mecânica estaca-solo, acoplando-se o Método dos Elementos de Contorno (MEC) ao Método dos Elementos Finitos (MEF). O solo é modelado com o MEC utilizando-se as soluções fundamentais de Mindlin, assumindo um meio semi-infinito, homogêneo, isotrópico e elástico-linear. As estacas, modeladas com o MEF, consistem em um elemento único, com quatro nós e 14 parâmetros nodais (três deslocamentos em cada nó e mais duas rotações no topo da estaca). Cada uma das estacas é levada em consideração no MEC como uma linha de carga. Considera-se o escorregamento das estacas em relação ao maciço, empregando modelos de aderência para a definição da evolução das tensões tangenciais ao longo do comprimento das estacas. São empregados, como funções de forma, polinômios do quarto grau para os deslocamentos horizontais, cúbicos para os deslocamentos verticais e tensões horizontais ao longo do fuste e quadráticos para as tensões verticais do fuste e escorregamento. A reação da ponta da estaca é calculada assumindo tensão constante na base. / This work presents a method for tri-dimensional pile-soil interaction problems, by coupling the Boundary Element Method (BEM) to the Finite Element Method (FEM). The soil is modeled with BEM, using the Mindlins fundamental solutions, supposing a semi-infinite, homogeneous, isotropic, elastic and linear space. Piles are modeled with FEM and are represented by one element with four nodes and 14 nodal parameters (three displacements in each node and two rotations at the top node). Each pile is represented in BEM as a line load. The pile slip is considered using adherence models to evaluate the evolution of shaft tractions. There are employed fourth grade polynomial shape functions for horizontal displacements, cubic polynomial functions for vertical displacements and horizontal tractions along shaft and quadratic polynomial functions for vertical tractions and slip. Tip reaction is calculated supposing constant traction at the base.

Fundações do tipo radier estaqueado são aquelas formadas pelos elementos estruturais de placa e estacas (elementos de barras) e o solo . Ao contrário de outras tipos de fundações, onde a carga da superestrutura é transferida ao solo pelo radier ou pelas estacas apenas, no radier estaqueado a contribuição das estacas, bem como a do radier são consideradas. As estacas transferem as cargas da superestrutura ao solo e, assim, permitem a redução dos recalques de uma forma muito econômica. O objetivo do presente trabalho é a análise da interação solo-estrutura através do acoplamento MEC-MEF. O solo é considerado um semi-espaço homogêneo, elástico e linear governado pela equação de Navier e modelado pelo Método dos Elementos de Contorno (MEC), admitindo a solução fundamental de Mindlin. As estacas são modeladas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) e cada elemento possui quatro nós. Além disso, as estacas podem receber forças horizontais, verticais e momentos. A tensão de cisalhamento ao longo da estaca é aproximada por um polinômio do segundo grau e as forças na direção horizontal são aproximadas por um polinômio do quarto grau. O elemento de fundação que faz a ligação do pilar com a estaca é representado por uma placa de grande rigidez, que apresenta o comportamento de um bloco. A interação entre o radier estaqueado e o solo é feita através da reação resultante da interação estaca-solo, nos nós com estaca. A interface radier-solo é dividida em elementos triangulares e para a reação do solo considera-se a variação linear ao longo de cada elemento. A superestrutura é modelada pelo MEF. Vários exemplos de interação solo-estrutura são estudados nesta tese, e mostram que as soluções obtidas a partir do programa computacional desenvolvido no presente trabalho denominado SSI estão de acordo com outros autores. / Piled raft foundations are structures consisting of piles, the raft and the soil. Unlike classical foundation design where the building load is either transferred by the raft or the piles alone, in a piled raft foundation the contribution of the piles as well as the raft is taken into account. The piles transfer a part of the building loads into the soil and thereby allow the reduction of settlement in a very economic way. The objective of the present work is the analysis of soil-structure interaction using BEM-FEM coupling. The soil, assumed to be an elastic linear homogeneous half space is governed by Navier\'s equation and it is modeled by the Boundary Elements Method (BEM) using Mindlin\'s fundamental solution. The piles are modeled by the Finite Element Method (FEM) with four nodes each. In addition, the piles can received horizontal and vertical forces and bending moments. The shear traction along the pile is approximated by a second-degree polynomial and the tractions in the horizontal direction are approximated by a fourth degree polynomial. The cap of the pile group is assumed to be rigid. The interaction between the raft and soil is made through the subgrade reaction. The soil-cap interface is divided into triangular elements and the subgrade reaction is assumed to vary linearly across each element. The building\'s structure is modeled by FEM. Several soil structure interaction examples are studied in this thesis, and they show that the solutions obtained from program SSI are in good agreement with others authors.

No description available.

For quite some time, the strive for more efficient acoustic absorbers keepsincreasing, driven by a number of psycho-physiological studies on health re-lated dangers of noise exposure. As the global wealth increases and with itthe global expectation of quieter living and working environments, manifestedin both politics and research, an important market for sound absorbing andnoise control systems develops in all industrialised countries. In the acousticcommunity, the main endeavours of the two last decades have been orientedtowards a better understanding of the dissipation phenomena in absorbers(and especially in poroelastic media) as well as proposing new topologies andstructures for these elements. These efforts have resulted in an abundant lit-erature and numerous improvements of the characterisation, modelling anddesign methodologies for a wide range of media and many different systems.The chosen research direction for the present thesis slightly deviates fromthis usual path of modelling absorbing materials as bulk media. Here theaim is to investigate the interfaces between the different components of typ-ical absorbers. Indeed, these interface regions are known to be difficult tocharacterise and controlling their properties is challenging for a number ofreasons. Interfaces in sound packages for instance are inherently by-productsof the assembly process and, even if they surely have an important impact onthe acoustic performance, they remain mostly overlooked in the establishedmodelling practices. Therefore, the overall objective of the current doctoralproject is to identify strategies and methods to simulate the effect(s) of un-certainties on the interface physical or geometrical parameters.The present licentiate thesis compiles three works which together form adiscussion about techniques and tools designed in an attempt to efficientlymodel thin layers and small details in rather large systems. As part of thework a section of physical model simplifications is discussed which will laythe ground for the next stages of the research. Two publications on the firsttopic are included, presenting Finite-Element-based hybrid methods that al-low for coating elements in meta-poroelastic systems to be taken into accountand reduce the computational cost of modelling small geometric features em-bedded in large domains. The third included contribution is an anticipation,to a certain extent, of the remainder of the doctoral project, discussing theuse of physical heuristics to simplify porous thin film models. Here a steptowards the modelling of interface zones is taken, departing from numericalsimulations and reflecting instead on the physical description and modellingof thin poroelastic layers. / Sedan en tid tillbaka kan en ökande efterfrågan av material och konstruk-tioner med effektivare akustiska absorptionsegenskaper skönjas. Detta drivsav ett antal psykofysiologiska studier kring hälsorisker relaterade till långva-rig bullerexponering. Till detta kommer den växande globala välfärden somger upphov till en förväntad höjning livskvalitet i form av till exempel tystareboende- och arbetsmiljöer, manifesterad i både politiska beslut och forskning.Ur detta utvecklas en viktig marknad för ljudabsorberande material, kon-struktioner och bullerreducerande system i allt fler länder. Inom forskningensom rör akustiska material och bulleråtgärder, har forskningen under de tvåsenaste decennierna framförallt varit inriktad på en bättre förståelse för dis-sipationsfenomen (omvandling av akustisk energi till andra energiformer, tillexempel värme) i absorberande material (och särskilt då i poroelastiska me-dier) samt att utveckla nya topologier och sammansatta strukturer för dennatyp av akustiska element. Dessa ansträngningar har resulterat i en omfattan-de vetenskaplig litteratur och framsteg inom karaktäriserings-, modellerings-och designmetoder, och innovativa lösningar, för olika tillämpningar .Forskningen i denna avhandling avviker något från den traditionella mo-delleringen av absorberande material, genom att undersöka gränsytorna mel-lan olika skikt och komponenter hos typiska absorbenter. Faktum är att des-sa gränssnittsregioner är kända för att vara både svåra att karaktärisera ochatt styra deras egenskaper i produktion är en utmaning av ett antal olikaskäl. Angränsande ytor i ljudabsorbenter är till exempel ofta biprodukterfrån tillverknings- och monteringsprocessen och, även om de utan tvekan haren viktig inverkan på akustiska prestanda, bortses det ofta från dessa i deflesta etablerade simuleringsmodeller. Det övergripande målet med forskning-en inom detta projektet är därför att identifiera strategier och metoder föratt modellera och simulera effekterna av osäkerheter i tillhörande fysiska ellergeometriska parametrar som används för att beskriva dessa gränsytor.I denna licentiatavhandling sammanställs tre artiklar som tillsammans ut-gör en diskussion om tekniker och verktyg utformade för att effektivt model-lera tunna skikt och små detaljer som delar i större komponenter och system.Som en del av arbetet diskuteras dessutom en del av de fysikaliska modell-förenklingar som kommer att ligga till grund för nästa etapp av forskningen.I två publikationer som berör det första ämnet ingår finita element-baseradehybridmetoder som möjliggör modellering av olika typer av täckskikt i såkallade meta-poroelastiska system, med fokus på noggrannhet och beräk-ningskostnader för modellering av små geometriska inneslutningar inbäddadei större domäner. Det tredje bidraget diskuterar användningen av heuristiska,förenklade porösa tunnfilmsmodeller som baseras på fysikaliska förenklingaroch som möjliggör modellering av tunna skikt i numeriska simuleringar somen del av sammansatta poroelastiska komponenter. / Depuis quelques temps, l’effort pour améliorer l’efficacité des absorbeursacoustique n’a cessé d’augmenter, sous-tendu par nombre d’études psycho-physiques sur les dangers de l’exposition au bruit pour la santé. Alors quecroit la richesse globale et avec elle l’envie d’environnements de travail et devie plus silencieux (ce qui se manifeste dans les politiques publiques comme enrecherche), un marché important se développe pour les systèmes d’absorptionet de contrôle du bruit dans tous les pays industrialisés. Dans la communautéacoustique, les principaux efforts au cours des vingt dernières années se sontorientés vers une meilleure compréhension des phénomènes de dissipation dansles absorbeurs (et en particulier dans les matériaux poroélastiques) ainsi quevers la recherche de nouvelles topologies et structures pour ces éléments. Cesefforts ont mené à une littérature abondante et de nombreuses améliorationsdes méthodologies de caractérisation, modélisation et conception pour unelarge gamme de média et de nombreux systèmes.L’axe de recherche choisi pour la présente thèse diffère quelque peu duchemin classique visant à modéliser le cœur des matériaux absorbants. Ici,l’objectif est d’étudier les interfaces entre les différents composants des absor-beurs classiques. En effet, ces régions sont notoirement difficiles à caractériseret contrôler leurs propriétés est un défi complexe pour un certain nombre deraisons. Les interfaces au sein des isolants acoustiques sont intrinsèquementdes sous-produits du processus d’assemblage et, bien qu’ils aient un impactimportant sur la performance acoustique, sont le plus souvent négligés dansles modèles classiques. L’objectif global du projet doctoral est ainsi d’identi-fier des stratégies et méthodes pour simuler le ou les effets d’incertitudes surles paramètres physiques ou géométriques des interfaces.La présente thèse de Licentiate compile trois travaux qui, pris ensemble,forment une discussion autour de techniques et d’outils conçus pour modéli-ser efficacement des couches et détails fins inclus dans d’assez grand systèmes.Une section de la dissertation s’attarde sur des possibles simplifications desmodèles physiques et discute ce qui formera la base des prochaines étapesde cette recherche. Deux publications traitant du premier sujet sont inclues,présentant deux méthodes hybrides basées sur la FEM qui permettent deprendre en compte les fines couches recouvrant par exemple les systèmesmeta-poroélastiques pour un coup réduit ainsi que de modéliser de petitséléments géométriques présents dans de grands domaines. La dernière contri-bution jointe à cette thèse anticipe, dans une certaine mesure, la suite duprojet doctoral en proposant l’utilisation d’heuristiques physiques pour sim-plifier un modèle pour les films acoustiques fins. Cela constitue un pas vers lamodélisation des zones d’interfaces en s’éloignant des simulations numériquesau profit d’une réflexion sur la description et la modélisation des couchesporoélastiques fines. / <p>QC 20180516</p>

Pour l'analyse de durabilité et la conception économique (moins de matériel) de structures en matériaux ressemblant à du béton, la modélisation de la rupture est essentielle. Dans le cadre de la mécanique des milieux continus, une longueur interne est introduite dans les modèles non locaux pour remédier au problème lié à la sensibilité du maillage qui est une pathologie des modèles d'endommagement classiques , lorsqu'il s'agit de matériaux adoucissantes. Toutefois, l'évaluation de la longueur interne de hétérogénéités du matériau est toujours une question difficile, ce qui rend un problème obscur en utilisant des modèles non locaux. Nos travaux portent sur le développement d'un outil numérique basée sur la méthode des éléments en treillis (LEM) qui est un modèle discret pour la simulation et la prévision de la rupture des structures en béton. En utilisant le modèle de réseau à l'échelle mésoscopique, il n'est pas nécessaire d'introduire une longueur interne dans la loi de comportement, comme cela se fait dans les modèles non locaux, et nous pouvons affranchir ce paramètre en introduisant explicitement la mesotructure matérielle via une description géométrique. Basé sur l'outil numérique développé, nous avons étudié, en effectuant des tests numériques de traction uniaxiale, l'influence géométrique de la mesotructure du matériau ainsi que l'influence des conditions aux limites et de tailles d'échantillons (qui se traduisent par le gradient de sollicitation et le champ de rotation de matériel différents) sur le taille de la FPZ (fracture process zone) et sur la longueur caractéristique du matériau quasi-fragile homogénéisé. Ces études fournissent des recommandations/avertissements lors de l'extraction d'une longueur interne nécessaire pour les modèles nonlocaux à partir de la microstructure du matériau. Par ailleurs, les études contribuent un aperçu direct de l'origine mésoscopic de la taille FPZ et la longueur de la caractéristique du matériau, et par conséquent sur l'origine et la nature du comportement non linéaire du matériau. Ensuite, nous avons implanté le modèle du treillis dans la bibliothèque de SOFA développé par l'INRIA pour réaliser le couplage avec la méthode des éléments finis (MEF) afin de faire face avec des structures à grande échelle. Nous avons proposé un algorithme de couplage entre une approche macroscopique représentée par MEF et une approche mésoscopique infligés par LEM au sein d'une manière adaptative. Le modèle de couplage est d'abord utilisée pour valider l'approche multi-échelle proposée sur des simulations heuristiques. Et à long terme, il fournit un outil prometteur pour des simulations de grandes structures en matériaux quasi-fragiles de la vie réelle. / For durability analysis and economic design (less material) of structures made of concrete-like materials, modeling of cracking process and failure is essential. In the framework of continuum mechanics, an internal length is introduced in nonlocal models to remedy the problem related to mesh sensitivity which is a pathology of classical damage models, when dealing with softening materials. However, the assessment of the internal length from heterogeneities of the material is still a difficult question, which makes an obscure issue in using nonlocal models. Our work concerns developing of a numerical tool based on the Lattice Element Method (LEM) which is a discrete model for simulating and predicting fracture in concrete(-like) material. Using the lattice model at the mesoscopic scale, there is no need to introduce any internal length in the constitutive law, as done in nonlocal models, and we can enfranchise this parameter by explicitly introducing the material mesotructure via geometric description. Based on the developed numerical tool, we studied, by performing numerical uniaxial tensile tests, the geometric influence of the material mesotructure as well as the influence of the boundary conditions and specimen sizes (that result in different stress gradient and material rotation field) on the size of the FPZ (Fracture Process Zone) and on the characteristic length of the homogenized quasi-brittle material. These studies provide recommendations/warnings when extracting an internal length required for nonlocal damage models from the material microstructure. Moreover, the studies contribute a direct insight into the mesoscale origin of the FPZ size and the material characteristic length, and consequently into the origin and nature of the nonlinear behavior of the material. Then, we implemented the lattice model into SOFA library developed by INRIA for realizing the coupling with the Finite Element Method (FEM) in order to deal with large-scale structures. We proposed a strong coupling algorithm between a macroscopic approach represented by FEM and a mesoscopic approach dealt by LEM within an adaptive manner. The coupling model is first used to validate the multiscale approach proposed on heuristic simulations. And in the long term, it provides a promising tool for simulations of large-scale structures made of quasi-brittle materials of real life.

L'utilisation du diamant comme composant d'électronique de puissance est une perspective intéressante tant en ce qui concerne les applications hautes température que forte puissance. La problématique principale de ces travaux réalisés dans le cadre du programme Diamonix, réside dans l'étude et l'élaboration d'un packaging permettant la mise en oeuvre d'une puce diamant devant fonctionner à des températures variant entre -50°C et 300°C. Nous nous sommes intéressés au choix des matériaux de connexion de la puce avec son environnement. Suite à l'étude bibliographique, nous proposons différentes solutions de matériaux envisageables pour le substrat métallisé, les brasures et les métallisations. Dans un second temps, les différents éléments ont été réalisés puis caractérisés à partir d'essais de nanoindentation et de nanorayage. Des essais mécaniques ont permis de caractériser le comportement élastoviscoplastique et l'endommagement des brasures. Ces derniers essais ont servi de base expérimentale à l'identification des paramètres d'un modèle de comportement viscoplastique couplé avec l'endommagement et qui a été spécialement élaboré pour cette étude. Le modèle de comportement a été implémenté dans un code de calcul par éléments finis via une sous-routine. Il permet notamment de simuler le processus de dégradation d'un assemblage. Enfin, ce modèle de comportement a été mis en oeuvre dans des modélisations thermomécaniques de différentes configurations de véhicules test. / Use of diamond as constitutive component in power electronics devices is an interesting prospect for the high temperature and high power applications. The main challenge of this research work included in the Diamonix program is the study and the elaboration of a single-crystal diamond substrate with electronic quality and its associated packaging. The designed packaging has to resist to temperatures varying between -50°C and 300°C. We contributed to the choice of the connection materials intended to be used in the final test vehicle and which can handle such temperature gaps. In the first part, we present a state-of-the-art of the various materials solutions for extreme temperatures. Following this study, we propose a set of materials which considered as potential candidates for high temperature packaging. Special focus is given for the most critical elements in power electronic assemblies which are metallizations and solders. Once the materials choice carried out, thin substrate metallizations, solders and DBC coatings are studied using nanoindentation and nanoscratch tests. Mechanical tests were also carried out on solders to study their elastoviscoplastic and damage behavior. The experimental results are used as database for the identification of the parameters of the viscoplastic model coupled with a porous damage law, worked out for the case of solders. The behavior model is implemented as a user subroutine UMAT in a FE code to predict the degradation of a 2D power electronic assembly and various materials configuration for a 3D test vehicle.

Le laminage transversal est un procédé de mise en forme où un lopin cylindrique est déformé plastiquement en une pièce axisymétrique comportant des réductions de diamètre. Dans le processus de fabrication de bielles, le procédé est utilisé pour l’opération de répartition avant les opérations d’estampage. Par rapport au procédé de laminage à retour, il permet d’atteindre de meilleures mises au mille et de réduire les temps de cycle. L’industrialisation de ce procédé se heurte toutefois à des difficultés liées pour l’essentiel à la conception des outillages.Ces travaux de thèse visent à améliorer le processus d’industrialisation du laminage transversal par une réduction des temps de développement des outillages et par l’allongement de leur durée de vie. Pour cela, deux axes ont été identifiés. D’une part l’amélioration et la formalisation de la méthodologie de conception des outillages et d’autre part, l’identification et la caractérisation des phénomènes défauts se produisant à grand nombre de cycle et provocant l’arrêt de l’outillage.Ces travaux de thèse s’orientent au tour de trois axes majeurs. Premièrement, l’évaluation du potentiel prédictif de la simulation numérique du laminage transversal et sa robustesse vis-à-vis des paramètres numériques et du procédé. Deuxièmement, la mise en place d’un processus de conception d’outillage comportant d’un côté une méthodologie de conception permettant de définir les paramètres de l’outillage en s’appuyant d’un autre côté sur la simulation numérique du procédé. Troisièmement, l’identification et la caractérisation des zones d’usure et ses effets sur la pièce laminée / Cross wedge rolling (CWR) is a metal forming process used in the automotive industry. One of its applications is in the manufacturing process of connecting rods. CWR transforms a cylindrical billet into a complex axisymmetrical shape with an accurate distribution of material. This preform is forged into shape in a forging die. CWR industrialization has still some limitations, mainly the designing of the tools. This thesis work seeks to improve CWR industrialization by reducing the time needed for the design of the tools and by increasing CWR tool lifecycle. In order to achieve these goals, two main axes are identified: improving the tool design procedure and identifying the physical phenomenon affecting the stability of the process, mainly tool wear.This research work is based upon three main topics. First, evaluating of the predictability of the numerical simulation of the CWR process and its robustness towards the numerical parameters of the model and the process parameters. Second, implementing a design methodology that allows the designer to choose the geometrical parameters of the wedge and evaluating the resultant geometry of the tool through the numerical simulations. And third, identifying the wear zones of the tool and the factors leading to its development