Neste trabalho foi desenvolvida uma formulação alternativa para o acoplamento entre o método dos elementos de contorno (MEC) e o método dos elementos finitos (MEF) para análise não linear geométrica de estruturas reticuladas ligadas a meios contínuos bidimensionais heterogêneos, aplicado a problemas de interação solo-estrutura. O solo foi considerado com comportamento elástico linear e modelado via MEC por meio de uma formulação alternativa à clássica técnica de sub-região permitindo a consideração de múltiplas inclusões mais ou menos rígidas do que o material padrão e de linhas de carga internas aos domínios. Este código foi então acoplado ao programa AcadFrame, baseado no MEF posicional para análise não linear geométrica de pórticos com consideração de cinemática exata. O acoplamento numérico foi realizado por meio de uma formulação algébrica onde a matriz de rigidez do solo e a força de contato são condensadas e somadas à matriz e ao vetor de forças internas da estrutura a cada iteração no processo de Newton-Raphson. Em ambos os programas foi utilizada uma generalização do grau de aproximação dos elementos através dos polinômios de Lagrange, o que permite a utilização de elementos curvos de alta ordem. Foi utilizada ainda a técnica dos mínimos quadrados para reduzir as oscilações de forças de superfície no contato. Os resultados obtidos de forma geral são bastante satisfatórios e comprovam a eficiência da formulação. O trabalho permite a análise de problemas de edificações apoiadas sobre solos estratificados com múltiplas inclusões e linhas de carga. Permite tanto a análise de elementos apoiados diretamente sobre o solo (sapatas, radies) quanto de elementos internos e em qualquer direção, como no caso de estacas verticais ou inclinadas. Pode-se inclusive considerar as estacas passando por diferentes camadas de solo. A aplicação pode ser estendida ainda a outros problemas elásticos, acoplamento entre peças mecânicas e análise de materiais compostos. / This work presents an alternative coupling of the boundary element method (BEM) and the finite element method (FEM) to create a computer program for non linear geometric analysis of frames coupled to continuous domains, applied to soil-structure interaction. A linear elastic behavior is considered for the soil, modeled by BEM. An alternative formulation is adopted for the classic sub-region technique, allowing the consideration of multiple inclusions and load lines inside the soil domain. The BEM computational code is coupled to the AcadFrame software, based on positional FEM for non linear geometric analysis of frames, considering exact kinematics. The numerical coupling is made by an algebraic formulation where the soil stiffness matrix and contact forces are condensed and added to the structure matrix and internal forces for each iteration on Newton-Raphson process. On both programs it is adopted a generalization of the element degree assuming the Lagrange polynomials, which allows the use of curved high order elements. It was also implemented the least square method in order to obtains better and smoother results of surface forces in the contact interface. The obtained results are satisfactory and prove the formulation efficiency. The program allows the analysis of buildings supported by layered soils with multiples inclusions and load lines. It considers directly supported elements over the soil (footing foundations, radies) and internal elements in any direction, like vertical and diagonal piles. It can also consider piles going through different layers of the soil. This formulation can be applied to other elastic problems like coupling between mechanic pieces and composite material analysis.

Neste trabalho foi desenvolvida uma formulação alternativa para o acoplamento entre o método dos elementos de contorno (MEC) e o método dos elementos finitos (MEF) para análise não linear geométrica de estruturas reticuladas ligadas a meios contínuos bidimensionais heterogêneos, aplicado a problemas de interação solo-estrutura. O solo foi considerado com comportamento elástico linear e modelado via MEC por meio de uma formulação alternativa à clássica técnica de sub-região permitindo a consideração de múltiplas inclusões mais ou menos rígidas do que o material padrão e de linhas de carga internas aos domínios. Este código foi então acoplado ao programa AcadFrame, baseado no MEF posicional para análise não linear geométrica de pórticos com consideração de cinemática exata. O acoplamento numérico foi realizado por meio de uma formulação algébrica onde a matriz de rigidez do solo e a força de contato são condensadas e somadas à matriz e ao vetor de forças internas da estrutura a cada iteração no processo de Newton-Raphson. Em ambos os programas foi utilizada uma generalização do grau de aproximação dos elementos através dos polinômios de Lagrange, o que permite a utilização de elementos curvos de alta ordem. Foi utilizada ainda a técnica dos mínimos quadrados para reduzir as oscilações de forças de superfície no contato. Os resultados obtidos de forma geral são bastante satisfatórios e comprovam a eficiência da formulação. O trabalho permite a análise de problemas de edificações apoiadas sobre solos estratificados com múltiplas inclusões e linhas de carga. Permite tanto a análise de elementos apoiados diretamente sobre o solo (sapatas, radies) quanto de elementos internos e em qualquer direção, como no caso de estacas verticais ou inclinadas. Pode-se inclusive considerar as estacas passando por diferentes camadas de solo. A aplicação pode ser estendida ainda a outros problemas elásticos, acoplamento entre peças mecânicas e análise de materiais compostos. / This work presents an alternative coupling of the boundary element method (BEM) and the finite element method (FEM) to create a computer program for non linear geometric analysis of frames coupled to continuous domains, applied to soil-structure interaction. A linear elastic behavior is considered for the soil, modeled by BEM. An alternative formulation is adopted for the classic sub-region technique, allowing the consideration of multiple inclusions and load lines inside the soil domain. The BEM computational code is coupled to the AcadFrame software, based on positional FEM for non linear geometric analysis of frames, considering exact kinematics. The numerical coupling is made by an algebraic formulation where the soil stiffness matrix and contact forces are condensed and added to the structure matrix and internal forces for each iteration on Newton-Raphson process. On both programs it is adopted a generalization of the element degree assuming the Lagrange polynomials, which allows the use of curved high order elements. It was also implemented the least square method in order to obtains better and smoother results of surface forces in the contact interface. The obtained results are satisfactory and prove the formulation efficiency. The program allows the analysis of buildings supported by layered soils with multiples inclusions and load lines. It considers directly supported elements over the soil (footing foundations, radies) and internal elements in any direction, like vertical and diagonal piles. It can also consider piles going through different layers of the soil. This formulation can be applied to other elastic problems like coupling between mechanic pieces and composite material analysis.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-02-13T18:50:27Z No. of bitstreams: 1 thiagodossantosribeiro.pdf: 1282702 bytes, checksum: 3d347e1f5b2c2d1d122a47e12f71fc48 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-02-15T13:49:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 thiagodossantosribeiro.pdf: 1282702 bytes, checksum: 3d347e1f5b2c2d1d122a47e12f71fc48 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T13:49:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 thiagodossantosribeiro.pdf: 1282702 bytes, checksum: 3d347e1f5b2c2d1d122a47e12f71fc48 (MD5) Previous issue date: 2016-09-16 / Este trabalho tem como objetivo efetuar uma análise da sensibilidade da perfusão sanguínea e da condutividade térmica ao se simular processos de queimadura de pele devido a uma fonte de calor externa, considerando diferentes condições de contorno e utilizando o método dos elementos finitos (MEF) para discretizar a equação de Pennes. O modelo 2D aqui empregado considera um tecido biológico formado pelas camadas de epiderme, derme e subcutânea, e considera também funções não lineares para perfusão sanguínea e condutividade térmica. A hipótese não linear se explica pelo fato que para a perfusão sanguínea observa-se um aumento seguido de uma diminui¸ca˜o acima das temperaturas específicas resultantes de danos induzidos pelo aumento de temperatura nos capilares sanguíneos, e que a condutividade térmica varia linearmente com o aumento da temperatura. O sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares oriundo da discretização via MEF é resolvido empregando-se o método de Euler implícito em conjunto com o método de Picard. Uma vez determinado a distribuição de temperatura, o modelo de Arrhenius será utilizado para calcular o dano térmico e classificar a queimadura quanto ao seu grau (ou seja, primeiro, segundo ou terceiro grau). / This paper aims at performing a sensitivity analysis of blood perfusion and thermal conductivity when simulating skin burning process due to an external heat source, considering different boundary conditions and using the finite element method (FEM) to discretize Pennes’s equation. The 2D model employed here considers a biological tissue formed by epidermis, dermis and subcutaneous layers, and also considers nonlinear functions for blood perfusion and thermal conductivity. The nonlinear assumption is explained by the fact that for the blood perfusion it is observed an increase followed by a decrease greater than the specific temperatures resulting from damage induced by temperature increase in blood capillaries, and also that the thermal conductivity varies linearly with temperature growth. The system of nonlinear ordinary differential equations arising from the discretization by FEM is solved by employing the implicit Euler method in conjunction with the method of Picard. Once the distribution of temperature is determined, the Arrhenius model is used to calculate the thermal damage and classify the burn degree (i.e., first, second or third degree).

Máquinas de Estados Finitos, além de suas inúmeras aplicações, são amplamente utilizadas na Engenharia de Software para modelar especificações de sistemas. Nesses modelos, projetistas podem inserir, inadvertidamente, estados redundantes, ou seja, que exibem o mesmo comportamento. A eliminação desses estados traz diversos benefícios para as atividades que utilizam o modelo, como menor complexidade e menos recursos físicos para implementação. O processo de eliminação desses estados é denominado minimização, e pode ser realizado em tempo polinomial para máquinas completamente especificadas. Por outro lado, a minimização de máquinas parciais, cuja especificação não cobre todo o domínio de entrada, somente pode ser obtida em tempo polinomial com o uso de abordagens não determinísticas, ou seja, trata-se de um problema NP-Completo. Este trabalho apresenta uma estratégia para a minimização de máquinas de estados finitos parciais que faz o uso de heurísticas e otimizações para tornar o processo mais eficiente. Visando mensurar tal ganho de eficiência, foram realizados experimentos, nos quais os tempos de execução de uma implementação do método proposto foram medidos, juntamente com os tempos de implementações de dois outros métodos conhecidos. Os resultados mostraram vantagens significativas de performance para o novo método em relação aos métodos anteriores / Finite State Machines are largely used on Software Engineering to model systems specifications. In these models, designers may inadvertently include redundant states, i.e., states which exhibit the same input/output behavior. The absence of such states brings benefits to the modeling activities, reducing the complexity and taking less physical resources on implementations. The process of eliminating redundant states is known as minimization, and can be accomplished in polynomial time for completely specified machines. On the other hand, the minimization of partially specified machines, i.e., machines which have undefined behavior for some inputs, can only be done in polynomial time when non-deterministic approaches are applied. It is a known NP-Complete problem. This work presents a deterministic approach to minimize incompletely specified Finite State Machines, using heuristics and optimizations to accomplish the task more efficiently. In order to measure the performance improvements, experiments were done, observing the running time of an implementation of the proposed method, along with running times of implementations of two other known methods. The results revealed a significant performance advantage when using the proposed approach

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:22:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Baggio.pdf: 2179064 bytes, checksum: 054756974bbbe9db77284217ea63ed04 (MD5) Previous issue date: 2010-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The purpose of this study was to evaluate the distribution of the stresses generated by the polymerization shrinkage of three composite resins [FiltekTM Z250 (3M ESPE, St. Paul, Minn., USA); FiltekTM Z350 (3M ESPE, St. Paul, Minn., USA) and P-90 (3M ESPE, St. Paul, Minn., USA)], with mechanical tests and finite element analysis (FEM). Ten samples of each composite resin were prepared in metal matrix of 25 X 2 X 2 mm and were tested in the flexural 3 points bend strength in a universal testing machine and a cross-head speed of 0.5 mm / min. After, more 10 samples of each composite resin were prepared in a metal matrix in the form of an hourglass measuring 10 x 3 x 1.5 mm with a central bottleneck of 1.5 mm were submitted to a tensile strength in an universal testing machine with a load cell of 10 N and a crosshead speed of 1.0 mm / min until material failure occurred. After, FEM analysis was made simulating the effects of a class V restoration. In the mechanical tests of tensile strength (MPa) and 3 points bend flexural strength (MPa) respectively, all composites obtained similar results, being to FiltekTM Z-250 (36.51 ± 8.14 and 158.51 ± 31.80), to FiltekTM Z-350 (34.43 ± 6.49 and 146.65 ± 18.83) and to FiltekTM P90 (37.35 ± 7.51 and 148.00 ± 26.24) with no statistical differences by Two-way ANOVA test andBonferroni (alpha = 0.05) post-hoc. In the FEM analysis, the silorane based resin (FiltekTM P90) showed lower values of tension produced by polymerization shrinkage and better able to dissipate it by the adjacent structures. / Este trabalho tem como objetivo avaliar a distribuição de tensões geradas pela contração de polimerização de 3 resinas compostas [FiltekTM Z-250 (3M ESPE, St. Paul, Minn., USA); FiltekTM Z-350 (3M ESPE, St. Paul, Minn., USA) e P90 (3M ESPE, St. Paul, Minn., USA)], através de testes mecânicos e análise por meio do método de elementos finitos. Inicialmente, 10 cp de cada resina composta foram confeccionados em matrizes metálicas de 25 X 2 X 2 mm e submetidos ao ensaio de resistência flexural de 3 pontos em uma Máquina de Ensaios Universal à uma velocidade de 0,5 mm/min. Para o teste de resistência à tração, foram confeccionados 10 cp para cada grupo de resina composta, mas agora em uma matriz metálica em forma de ampulheta medindo 10 x 3 x 1,5 mm com um estrangulamento central de 1,5 mm. Em seguida, as amostras foram submetidas ao teste de resistência à tração em uma Máquina de Ensaios Universal com uma célula de carga de 10 N a uma velocidade de 1,0 mm/min até que ocorreu a fratura no material. Com os dados obtidos em laboratório, uma simulação computacional foi realizada através do MEF, simulando os efeitos de uma restauração classe V na região cervical da face vestibular de um pré-molar. Nos testes mecânicos, após análise de variância ANOVA dois critério e pós-teste de Bonferroni com alfa igual a 0,05, não foram encontradas diferenças estatísticas para a resistência à tração (MPa) e resistência flexural (MPa) respectivamente entre as resinas FiltekTM Z-250 (36,51 ± 8,14 e 158,51 ± 31,80), FiltekTM Z-350 (34,43 ± 6,49 e 146,65 ± 18,83) e FiltekTM P90 (37,35 ± 7,51 e 148,00 ± 26,24). Na análise pelo método de elementos finitos, a resina à base de silorano (FiltekTM P90) obteve menores valores de tensões produzidas pela contração de polimerização e conseguiu uma melhor dissipação da mesma pelas estruturas adjacentes.

L'estimation des solutions du problème inverse en Électrocardiographie (ECG) représente un intérêt majeur dans le diagnostic et la thérapie d'arythmies cardiaques par cathéter. Ce dernier consiste à fournir des images 3D de la distribution spatiale de l'activité électrique du cœur de manière non-invasive à partir des données anatomiques et électrocardiographiques. D'une part ce problème est rendu difficile à cause de son caractère mal-posé. D'autre part, la validation des méthodes proposées sur données cliniques reste très limitée. Une alternative consiste à évaluer ces méthodes sur des données simulées par un modèle électrique cardiaque. Pour cette application, les modèles existants sont soit trop complexes, soit ne produisent pas un schéma de propagation cardiaque réaliste. Dans un premier temps, nous avons conçu un modèle cœur-torse basse-résolution qui génère des cartographies cardiaques et des ECGs réalistes dans des cas sains et pathologiques. Ce modèle est bâti sur une géométrie coeur-torse simplifiée et implémente le formalisme monodomaine en utilisant la Méthode des Éléments Finis (MEF). Les paramètres ont été identifiés par une approche évolutionnaire et leur influence a été analysée par une méthode de criblage. Dans un second temps, une nouvelle approche pour résoudre le problème inverse a été proposée et comparée aux méthodes classiques dans les cas sains et pathologiques. Cette méthode utilise un a priori spatio-temporel sur l'activité électrique cardiaque ainsi que le principe de contradiction afin de trouver un paramètre de régularisation adéquat. / The estimation of solutions of the inverse problem of Electrocardiography (ECG) represents a major interest in the diagnosis and catheter-based therapy of cardiac arrhythmia. The latter consists in non-invasively providing 3D images of the spatial distribution of cardiac electrical activity based on anatomical and electrocardiographic data. On the one hand, this problem is challenging due to its ill-posed nature. On the other hand, validation of proposed methods on clinical data remains very limited. Another way to proceed is by evaluating these methods performance on data simulated by a cardiac electrical model. For this application, existing models are either too complex or do not produce realistic cardiac patterns. As a first step, we designed a low-resolution heart-torso model that generates realistic cardiac mappings and ECGs in healthy and pathological cases. This model is built upon a simplified heart torso geometry and implements the monodomain formalism by using the Finite Element Method (FEM). Parameters were identified using an evolutionary approach and their influence were analyzed by a screening method. In a second step, a new approach for solving the inverse problem was proposed and compared to classical methods in healthy and pathological cases. This method uses a spatio-temporal a priori on the cardiac electrical activity and the discrepancy principle for finding an adequate regularization parameter.

Este estudo tem como principal objetivo a compreensão de dois dos principais métodos de otimização topológica disponíveis na literatura: o método SIMP e ESO. Estes métodos foram implementados computacionalmente utilizando a linguagem de programação FORTRAN 90. Utiliza-se o Método dos Elementos Finitos (MEF) como parâmetro de solução mecânica neste trabalho, adotando-se a formulação baseada em deslocamentos para elasticidade linear. Ademais, visando avaliar o efeito da não linearidade geométrica na topologia ótima obtida, utiliza-se também o MEF posicional, o qual baseia-se nas posições nodais para solução do sistema não linear. Em conjunto com este método, adota-se a lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff, visando considerar os efeitos não lineares. Desta maneira, avalia-se a eficiência dos resultados obtidos por meio da aplicação de exemplos presentes na literatura. Conforme esperado, conclui-se que para exemplos cuja resposta apresenta pequenos deslocamentos, ambas as soluções se sobrepõem. No entanto, em se tratando de problemas em que a não linearidade geométrica tem influência, como estruturas constituídas de baixa densidade, a técnica do MEF posicional apresenta relevância na solução ótima. / This study has as main objective the understanding of two main topology optimization methods available in the literature: the methods SIMP and ESO. These methods were implemented computationally using the FORTRAN 90 programming language. The finite element method (FEM) is used as the mechanical solution parameter in this work, adopting the displacement-based formulation for linear elasticity. In addition, in order to evaluate the effect of geometric non-linearity in the optimal topology obtained, the FEM positional-based formulation is used, which uses the nodal positions for solution of the non-linear system. In conjunction with this method, the constitutive law adopted is the Saint-Venant-Kirchhoff in order to consider the nonlinearity. Hence, benchmarks presented in the literature are used to evaluate the efficiency of the obtained results. As expected, we conclude that the examples subjected to small displacements have similar solutions for both linear and nonlinear behavior. However, when problems that undergo geometrically nonlinear behavior, such as the ones modelled with soft materials, the FEM positional-based formulation has significant influence in the optimal solution.

En aquest treball s'ha establert una metodologia d'anàlisi i caracterització del comportament tèrmic, mecànic i termomecànic d'estructures micromecanitzades per a sensors de gas a través de la combinació de simulacions numèriques i tècniques de caracterització de microsistemes (mesures electro-tèrmiques, termografia, nanoindentació, AFM, XRD, microscopia confocal, Auger).L'estudi del comportament tèrmic de les estructures micromecanitzades ha permès obtenir les característiques bàsiques que controlaran el comportament del sensor, com són el consum en potència, la distribució de temperatura i el temps de resposta del substrat. L'anàlisi termomecànic ha consistit en determinar els esforços residuals en cada estructura així com l'estudi de la deformació dels diferents dissenys per a diferents temperatures de treball. S'han identificat diferents mecanismes de degradació en els materials que formen els sensors i s'ha obtingut el comportament termomecànic fins la ruptura del sensor. Tant en l'estudi tèrmic com en el termomecànic, la interacció entre la capa sensora i el substrat micromecanitzat així com l'influencia del material sensor en el comportament global del dispositiu han estat aspectes investigats.El treball inclou, a més, la caracterització termomecànica del Pt-Ti emprat en estructures micromecanitzades a través de la utilització de mètodes de Nanoindentació, Microscopia de Forces Atòmiques (AFM), Difracció de Raigs X (XRD) i espectroscopia Auger. També inclou el desenvolupament d'una metodologia per predir la fatiga tèrmica en microsistemes basada en la combinació dels models elasto-plàstics de metalls en capa prima (Alumini, Pt-Ti) amb simulacions numèriques. Finalment, de la metodologia d'anàlisi electro-termo-mecànic que s'ha dut a terme, es poden obtenir regles de disseny per la implementació de microsistemes que treballin en diferents règims de temperatura i en concret, directament aplicables al disseny i fabricació d'estructures micromecanitzades per a sensors de gas / This work presents a complete thermomechanical study of different micromachined gas sensor substrates based on closed and suspended membrane microstructures. The work has been carried out combining coupled electro-thermo-mechanical three-dimensional finite element method simulations with different experimental techniques such as those used in Microsystems characterization (thermo-electrical, thermography, AFM, XRD, confocal microscopy, Auger..). The performances predicted by simulations, such as the power consumption, the temperature distribution, the time response, the membrane deflection during operation and the preferential failure sites in the micromachined substrates have been confirmed by experience. The work includes the thermo-mechanical characterization of Pt-Ti thin films used in the structures using Nanoindentation, AFM, XRD and Auger spectroscopy. Additionally, a methodology to predict the thermal fatigue in microsystems, which combines experimental thin metal elasto-plastic models (Al, Pt-Ti) and coupled thermo-mechanical FEM simulations, has been developed.The good agreement between simulations and experimental results validates the numerical models, and allows us to consider the adaptability of the analyzed designs as micromachined substrates for integrated gas sensors.Keywords: MEMS, Microsystems, gas sensors, thermal fatigue, Al, Pt-Ti, FEM. / En este trabajo se ha establecido una metodología de análisis y caracterización térmica y termomecánica de estructuras micromecanizadas en silicio para aplicaciones en sensores de gas. Esta investigación ha combinado simulaciones numéricas mediante el método de los elementos finitos con técnicas experimentales de caracterización utilizadas en el campo de los microsistemas (medidas electro-térmicas, termografía, AFM, XRD, microscopia confocal, Auger).El estudio térmico de dichas estructuras ha permitido obtener su consumo en potencia, la distribución de temperaturas, la dinámica térmica, así como ha permitido fijar con precisión las propiedades térmicas de los materiales típicamente utilizados en la tecnología de los microsistemas. El estudio mecánico ha permitido obtener los esfuerzos residuales inducidos por los procesos de fabricación. Además, se ha obtenido la deformación de las estructuras a diferentes temperaturas de trabajo hasta la ruptura total de las membranas. Durante las altas temperaturas de trabajo se han detectado y analizado diferentes mecanismos de degradación en los materiales. El trabajo incluye además, la caracterización termo-mecánica del Pt-Ti depositado por sputtering, ampliamente utilizado en microsensores de gas, mediante el empleo de técnicas de Nanoindentación, Microscopia AFM, Difracción de Rayos X (XRD) y espectrocopia Auger. También presenta el desarrollo de una metodología para la predicción de la fatiga térmica en microsistemas, que se basa en la combinación de modelos elasto-plásticos para metales en capa delgada con simulaciones numéricas.Finalmente, de la metodología de análisis termo-mecánico que se ha llevado a cabo, se pueden obtener reglas de diseño para microsistemas que trabajen a diferentes temperaturas, y en concreto directamente aplicables al diseño y fabricación de estructuras micromecanizadas para sensores de gas. Palabras clave: MEMS, microsistemas, sensores de gas, fatiga térmica, Al, Pt-Ti, MEF.

L’objectif de ce travail est d’effectuer une campagne d’essais expérimentaux d’impact et de compression après impact sur chant de stratifiés composites afin d’établir les scénarios d’endommagements. Un dispositif d'essai au poids tombant a été utilisé afin de réaliser les impacts sur chant sur stratifiés avec différents drapages. Des coupes microscopiques, des radiographies aux rayons X et des analyses ultrasonores ont ensuite été effectuées afin de visualiser et de déterminer le scénario d’endommagement. Des essais de compression après impact ont également été réalisés. Les résultats des tests expérimentaux sont comparés avec un modèle numérique composé d'éléments d’interface pour décrire les fissures matricielles et d’éléments volumiques. Enfin, la prédiction numérique de la tenue résiduelle après impact permettra de diminuer les masses, d’éviter des essais coûteux, et donc de raccourcir la durée de développement. / Low velocity / low energy edge impact and quasi-static experiments have been carried out on carbon fiberreinforced plastic (CFRP) structures. A drop-weight testing machine was used to impact four different UDlaminates at 10, 20 and 35 J impact energy levels. In parallel, a quasi-static study has been conducted in order to compare its results with the impact ones. The impact results show that the static and dynamic behaviors are different. An analytical approach, to understand the impact damage scenario, is provided in order to explain the difference between static and dynamic edge impacts, regardless the stacking or impact energy. This approach explains well the dynamic and static initial stiffness and a crushing plateau. The fiber properties control the initial impact stiffness, while in the quasi-static indentation case, the properties of the matrix control the initial indentation stiffness. The crushing plateau is also controlled by the matrix properties. The impact scenario could be simulated easily knowing the material properties, the stacking sequence and the impact energy. In addition, that is crucial to model the residual strength. And all these experimental results have been compared with a finite element analysis that consists of interface elements to describe the matrix cracks and volume elements in order to simulate the impact and compression after impact damage and to predict the residual strength after impact. The model is in good agreement with the experiment. That will avoid expensive tests, and thus shorten the development time.

Prédire l’évolution de la perméabilité avec la fissuration constitue un objectif primordial afin d’évaluer les conséquences d’un chargement mécanique sur la durabilité et l’étanchéité des structures. À l’issu de ce travail, un modèle d’évolution du tenseur de perméabilité est proposé. Ce modèle, qui est intégré dans le cadre de la poromécanique et de la théorie de l’endommagement,permet de prédire l’évolution anisotrope du tenseur de perméabilité en fonction de la fissuration. L’originalité de ce travail réside dans la prise en compte des ouvertures de fissure et des tailles anisotropes de l’élément fini durant la construction du tenseur de perméabilité. Ceci permet au débit total d’être indépendant du choix du maillage. Ce modèle est ensuite utilisé pour simuler le débit de fuite dans un tirant en béton armé ainsi que le creusement et la consolidation poroviscoplastique d’une galerie souterraine destinée au stockage profond de déchets radioactifs. Pour cette dernière application, la prise en compte de l’anisotropie induite par la fissuration sur le tenseur de Biot est considérée via une loi issue de l’homogénéisation. Les résultats fournis par ce modèle sont confrontés aux mesures expérimentales in situ. / Cracking in structures significantly affects their durability, water transfer and ultimately their safety. This structural disorder provides a preferential path for the penetration of fluids and contributes significantly to the deterioration of structures. This work provides a macroscopic model intended to predict the change of permeability with respect to cracking. The proposed development is implemented within an orthotropic damage model. It assumes an initially isotropic permeability tensor which becomes anisotropic with damage. The objectivity of the hydraulic response with respect to the finite element mesh is ensured by considering the crack localization problem when building the permeability tensor. The model was used to simulate the flow rate through a reinforced concrete element subjected to tensile loading, as well as to simulate the excavation and the poro-visco-plastic consolidation of an underground gallery designed to store radioactive waste. For the latter application, the induced anisotropy of Biot’s tensor was taken into account using the results provided by the homogenization theory. The simulation results were compared with experimental measurements.