Dans ce travail de thèse, on s’intéresse au traitement endovasculaire de l’anévrisme de l’aorte abdominale (EVAR). Cette technique mini-invasive couramment utilisée et connaît une croissance importante depuis 10 ans. Elle repose sur l’exclusion du sac anévrismal par le déploiement au niveau de l’anévrisme d’une ou plusieurs endoprothèses introduites par voies fémorales. Au cours de l’intervention, plusieurs types d’outils de rigidité variable sont introduits pour permettre la navigation de l’endoprothèse. La structure vasculaire subit alors des déformations importantes. Ces déformations sont en général sans incidence sur le bon déroulement de l’intervention. Cependant dans certains cas, notamment pour les patients présentant des anatomies défavorables (fortes tortuosités ou angulations, important degré de calcification, longueur importante des artères iliaques communes et externes) les déformations produites par l’insertion des guides rigides peuvent avoir des conséquences sur le déroulement de l’intervention. Actuellement leur anticipation repose principalement sur l’expérience du chirurgien. La simulation mécanique semble être un outil adapté pour fournir des indicateurs plus objectifs et utiles au praticien lors du planning de son intervention : cette pratique permettrait en guidant et sécurisant le geste chirurgical de diminuer potentiellement les risques de complications peropératoires et postopératoires. La première étape du travail a consisté à développer un modèle mécanique de la structure aorto-iliaque et une méthode de simulation permettant de répondre au problème mécanique posé. Ce modèle a été paramétré de façon patient-spécifique à partir des données préopératoires disponibles. Puis la deuxième étape du travail a consisté à valider la modélisation développée en la confrontant à des données peropératoires réelles obtenus sur 28 cas de patients opérés au CHU Rennes. L’ensemble des méthodes développées à enfin été intégré à un module de démonstration du logiciel EndoSize® (Therenva, France). / Endovascular Aneurysm Repair (EVAR) is a mini-invasive technique that is commonly used to treat Abdominal Aortic Aneurysms (AAA). It relies on the exclusion of the aneurysm sac by introducing one or more stent-grafts through the femoral arteries and deploying them inside the aneurysm. During the procedure, several tools of varying stiffness are introduced to enable the delivery of the stent graft to its deployment site. During this process, the vascular structure undergoes major deformations. Usually, these have no consequence on the smooth progress of the procedure. However, in some instances, particularly when the patient presents an unfavorable anatomical profile (major tortuousness or angulation, deep calcification, long length of the common and external iliac arteries), the deformation caused by the insertion of stiff guidewires can have major consequences. Today, their prediction relies mainly on the surgeon’s experience. Numerical simulation appears to be an appropriate tool to give the practitioner more objective and more useful indicators when planning the procedure: guiding the surgical act and making it safer using such an approach would potentially reduce the risks of intraoperative and postoperative complications. In the first step of the work, we developed a mechanical model of the aorto-iliac vascular structure and a simulation methodology to answer the mechanical problem. This patient-specific model has been parametrized based on available preoperative data. Then the second step of the work consisted in the validation of this model by confronting the simulation results to real intraoperative 3D data that were collected on 28 cases of patients operated at the University Hospital of Rennes. All the methods that were developed during this PhD were integrated in demonstration module of EndoSize® software (Therenva, France).

La durée de vie en fonctionnement des pièces mécaniques peut être augmentée par la présence de contraintes résiduelles de compression. Inhérentes à la plupart des procédés de fabrication, contraintes résiduelles jouent un rôle sur la tenue en service des éléments mécaniques. La connaissance et la maîtrise de ces contraintes résiduelles et des procédés associés sont donc fondamentales. La mise en place de méthodes numériques performantes pour prédire ces contraintes résiduelles permettra à terme d'éviter de nombreux et coûteux essais et d'étudier l'influence des principaux paramètres. Cette thèse présente le développement et l'application de méthodes de calcul semi analytiques (SA) à la modélisation de procédés mécaniques de mise en compression des surfaces. Les méthodes SA, initialement développées pour la simulation des contacts élasto-plastiques, ont l'avantage de temps de calcul très significativement réduits par rapport aux méthodes numériques conventionnelles. Cette méthode est d'abord utilisée pour la simulation d'un procédé connu sous le nom de galetage, avec un chargement de type contact roulant. Enfin elle est utilisée pour la simulation d'impacts uniques puis répétés, et les développements associés présentés. Le contact roulant entre deux massifs élasto-plastiques, sans considération du frottement, est d'abord étudié. L'influence de la plasticité et du type d'écrouissage (isotrope ou cinématique), de la géométrie des massifs en contact (sphéres ou ellipsoides) et du type de chargement (indentation ou roulement) sur la pression de contact et les déformations plastique sont analysés. La simulation d'impacts est ensuite abordée. La méthode développée est tout d'abord validée numériquement, puis confrontée à l'expérience. Trois matériaux ont été plus particulièrement étudiés : 316L, AA 7010, et l'Inconel 600. Les dimensions des impacts ainsi que les déformations générées, mesurées par stéréo corrélation sont utilisées pour valider expérimentalement la méthode. Le procédé de billage ultrasonore a été tout particulièrement étudié. Dans un premier temps nous nous sommes attachés à la décrire la cinématique des billes dans une chambre fermée, mises et maintenues en mouvement par une sonotrode. L'utilisation de formules analytiques pour l'estimation des coefficients de restitution, lors des nombreux chocs entre les billes ou avec les parois de la chambre, a permis d'affiner le calcul des vitesses moyennes d'impact en fonction des paramètres du procédé. La méthode SA est ensuite utilisée pour déterminer le champ de déformations plastiques induits par les impacts. Enfin une méthode de projection est proposée pour permettre in fine la prédiction des contraintes résiduelles pour des structures fines ou épaisses. / The life time of mechanical components can be increased by the presence of compressive residual stresses. Inherent to most production processes, residual stresses play a critical role on the mechanical parts behaviour. The knowledge and mastering of residual stresses and linked processes are thus fundamental. The development of efficient numerical methods to predict these residual stresses will allow to save costly experiments and to study the influence of the main parameters. This PhD presents the development and application of semi analytical methods (SAM) to the modelling of mechanical processes of compressive residual stress generation. The SAMs, initially developed for the simulation of elasto-plastic contacts, have the advantage of significantly low computation time compared to classical numerical methods. This method is first used to simulate the low plasticity burnishing process, with a rolling loading. Then, it is used for the simulation of impacts, first unique and then repeated. The frictionless rolling contact between two elasto-plastic bodies is first studied. The influence of plasticity, of the hardening model (isotropic or kinematic), of the geometry of the bodies in contact (spheres or ellipsoids) and of the loading type (indentation or rolling) on the contact pressure and plastic strains are analysed. Impacts simulation is then addressed. The developed method is first validated numerically then confronted to experimentations. Three materials have been particularly studied: 316L, AA 7010 and Inconel 600. The impacts dimensions and the generated strains, measured by digital image correlation, are used to validate experimentally the method. The ultrasonic shotpeening process has been specifically studied. The description of the kinematics of the shots put in movement by a sonotrode in a closed peening chamber has first been studied. The use of analytical formulae for the estimation of the coefficients of restitution, during the numerous impacts between shots and with the chamber’s walls, allowed refining the calculation of the average impact velocity as a function of the process parameters. The SAM is the used to determine the plastic strain field induced by the impacts. At last a projection method is proposed to finally determine the residual stress field in thick or thin structures.

Cette étude porte sur la caractérisation des mécanismes d'adhésion et d'endommagement de produits colaminés à froid, afin de pouvoir proposer des procédés optimisés. Celle-ci s’inscrit dans le cadre de la participation au projet MeGaN (pour Module Electronique GaN) qui porte le développement de nouvelles technologies de modules de puissances à base de composants à grand gap « GaN », compatibles avec des applications hautes températures et hautes tensions. Notre travail porte essentiellement sur l’intégration d’un substrat innovant (i-TBC), un composite architecturé cuivre invar doté de ponts thermiques pour un bon compromis dialatation thermique/conductivité thermique pour accueillir les composants électroniques développés dans le cadre de ce projet. Ainsi, une première partie de ce travail est axée sur la caractérisation microstructurale du substrat i-TBC durant les étapes de son élaboration, l’objectif est de comprendre l’impact du procédé de colaminage sur la formation de l’adhésion des interfaces de cuivre dans les ponts thermiques. On a ainsi mis en évidence que la recristallisation de grains et la microstructure continue à travers l'interface Cu-Cu était garante d'une bonne adhérence de celle-ci. Dans la seconde partie, nous nous sommes focalisés sur la caractérisation de la tenue mécanique du substrat i-TBCdans des conditions de cycles thermiques passifs. Pour ce faire, des essais de fatigue thermique et de choc thermique nous permettent de déterminer la sensibilité de la tenue mécanique des interfaces à la fois à l’amplitude et à la vitesse de variation de température. La conclusion de cette étudeest que les paramètres de colaminage doivent permettent un compromis entreadhérence du pont Cu-Cu et des interfaces Cu-Invar pour augmenter significativement la durée de vie du composant. Enfin, nous avons procédé à l'analyse thermo-mécanique des propriétés intrinsèques du substrat seul et de l'assemblage électronique complet. Les propriétés intrinsèques ont été établies en termes de comportement mécanique du composite Cu-Invar et d'endommagement des interfaces sous la forme de propagation d'une fissure à l'interface Cu-Cu. / This work is part of ‘MeGaN” project which focuses on the development of new power module technologies based on "GaN" wide gap components, compatible with high temperature and high voltages applications. In This study, a new substrate an innovative thermal bridge composite (i-TBC) has been developed, obtained by roll bonding of two copper sheets separated by perforated invar. The i-TBC is an “architectured” composite material that combines good thermal conductivity associated to copper and limited CTE due to the presence of invar. A particularity of the i-TBC consists of the formation of copper bonding area through the invar perforations during the cold rolling called thermal bridges. These thermal bridges, ensure good thermal conductivity of the i-TBC. Thus, a first part of this work focuses on the microstructural characterization of the i-TBC substrate during the stages of its elaboration, the objective is to understand the impact of the elaboration steps on the adhesion formationof the copper interfaces. in thermal bridges. It was thus demonstrated that the cold welding obtained along the interface Cu-Cu was a guarantee of good adhesion. In the second part, we focused on the characterization of the mechanical strength of the i-TBC substrate under passive thermal cycling conditions. To do this, tests of thermal fatigue and thermal shock allow us todetermine the sensitivity of the mechanical resistance of the interfaces to both the amplitude and the speed of temperature variation. The conclusion of this study is that the parameters of cold rolling must allow a compromise between adhesion of the Cu-Cu bridge and Cu-Invar interfaces to significantly increase the lifetime of the substrate. Finally, a finite element analysis (FEA) wasperformed. firstly, the thermal modeling validated the thermal performance of the i-TBC substrate in an electronic assembly.Then, the intrinsic properties were established in terms of mechanical behavior of the Cu-Invar composite and deterioration of the interfaces in the form of propagation ofa crack at the Cu-Cu interface.

Cette thèse porte sur le thème général de la fiabilité des circuits microélectroniques. Le but de notre travail fut de développer un outil de simulation multi-physiques pour la conception des circuits intégrés fiables qui possède les caractéristiques innovatrices suivantes : • (i) L’intégration dans un environnement de conception microélectronique standard, tel que l’environnement Cadence® ; • (ii) La possibilité de simulation, sur de longues durées, du comportement des circuits CMOS analogiques en tenant compte du phénomène de vieillissement ; • (iii) La simulation de plusieurs physiques (électrique-thermique-mécanique) couplées dans ce même environnement de CAO en utilisant la méthode de simulation directe. Ce travail de thèse a été réalisé en passant par trois grandes étapes traduites par les trois parties de ce manuscrit. / This thesis was carried out under the theme of the microelectronics Integrated Circuits Reliability. The aim of our work was to develop a multi-physics simulation tool for the design of reliable integrated circuits. This tool has the following innovative features : • (i) The integration in a standard microelectronics design environment, such as the Cadence® environment ;• (ii) The possibility of efficient simulation, over long periods, of analog CMOS circuits taking into account the aging henomenon ; • (iii) The simulation of multiple physical behaviours of ICs (electrical-thermalmechanical) coupled in the same environment using the direct simulation method. This work was carried out through three main stages detailed in the three parts of this Manuscript.

[EN] Concrete filled steel tubular columns have many advantages in terms of bearing capacity, aesthetics, execution and fire resistance, thanks to the collaborative work of both materials steel and concrete. The effort made in the last decades to rise a high understanding of their behaviour subjected to different loads and assuming multiple variations has resulted in the wide spread of its use between the designers. Nonetheless, how to solve the connection with I-beams is still a handicap and requires a specific study. One of the most common and popular solution to connect open section steel beams (I-beams) to open section steel columns are endplate connections. In the cases of columns with hollow section, special fastenings are needed, which are able to be tightened from one external side and are denominated blind-bolts. Nowadays, there are several fastener systems that allow these types of connections. The characterization of their response and their capacity to support different loads is the objective of several investigations, where the geometrical definition and the material properties are crucial parameters. Despite the promising results of these connections at room temperature regarding their capability to resist bending moments, their performance is un-known at high temperatures. Therefore, the aim of this thesis is the study of the tensile behaviour of blind-bolts in endplate connections to concrete filled tubular columns at elevated temperatures and subjected to bending moment. Primarily, the research comprises the understanding of the pure thermal transfer problem. The temperature distribution through the connection section is obtained experimental and numerically. The thermal parameters that characterize the connections response are determined through the calibration of the numerical models with the experiments. Secondly, the blind-bolt capacity under pull out and at high temperatures is under analysis. During the fire the temperature increases while connection transmits loads from the beam to the column, the objective of this dissertation is to know how the mechanical response of the pulled blind-bolts changes under these conditions. Thus, the study of the material properties dependent on the temperature and their effect on the connection response is covered by the investigation. Furthermore, the influence of the concrete and the type of fastener is a highlighted aspect through the thermal and the fire analysis. Finally, the reliability of these connections to comply with requirements of 30 minutes fire exposure before the collapse is evaluated. As a result, valuable Finite Element models able to simulate the thermal and thermo-mechanical behaviour of the connection are developed, providing useful behavioural patterns of the blind-bolts. Among the main conclusions, it is noted the temperature reduction due to concrete core in concrete filled columns compared to hollow sections, in the exposed bolt surface means 100ºC less. Conversely, a longer bolt shank of the fastener system embedded in concrete has a negligible effect on the temperature of the resistant part of the bolt. Regarding the fire capacity, the concrete core in the steel tube columns presents significant benefits in terms of fire resistance time and connection stiffness. Besides, the bolt anchorage enhances the stiffness at elevated temperatures, however, the failure of the shank next to the bolt head causes that the anchorage does not mean an improvement on the fire time resistance. / [ES] Las columnas tubulares de acero rellenas de hormigón presentan múltiples ventajas en términos de capacidad de carga, estética, ejecución y resistencia al fuego, gracias a la acción combinada de acero y hormigón. El esfuerzo realizado en las últimas décadas por conocer su comportamiento frente a diferentes cargas y bajo distintos parámetros ha dado lugar a una amplia difusión de su uso entre los diseñadores. No obstante, la forma de resolver la conexión con vigas de sección en I sigue siendo un hándicap y requiere un estudio específico. Una de las soluciones más comunes y populares para conectar las vigas de acero de sección abierta (vigas I) a columnas de acero de sección abierta es la conexión con chapa de testa, que en el caso de sección hueca requiere de tornillos especiales denominados tornillos ciegos, puesto que reciben el par de apriete desde una cara de la sección. En la actualidad existen diversos sistemas de fijación que permiten este tipo de conexiones y cuya respuesta y caracterización es objeto de numerosas investigaciones. En este sentido, la definición geométrica de la unión y las propiedades de los materiales son parámetros cruciales en el rendimiento de la conexión. La presente tesis analiza el comportamiento de los tornillos ciegos en el área traccionada de conexiones de placa de testa a columnas tubulares de acero rellenas de hormigón sometidas a momentos de flexión y a elevadas temperaturas. Las prestaciones de esta solución constructiva para la unión viga-columna tubular, junto con la ausencia de datos relacionados con su comportamiento en situación de incendio la convirtió en el objetivo del trabajo. En primer lugar, la investigación aborda el problema de transferencia de calor, analizando experimental y numéricamente la distribución de temperaturas en la sección de la conexión. En esta parte del estudio se obtienen los parámetros térmicos que caracterizan la respuesta térmica de la conexión a través de la calibración de los modelos numéricos con los datos experimentales. En segundo lugar, se realiza el estudio de la capacidad de los tornillos ciegos para soportar cargas de tracción en situación de incendio, es decir, se analiza cómo cambia el comportamiento de la conexión con sus características alteradas debido a las altas temperaturas. El estudio de las propiedades del material en función de la temperatura y su efecto sobre la respuesta de la conexión constituyen una parte importante de la investigación. Además, se evalúa la influencia del hormigón y el tipo de elemento de sujeción tanto en el comportamiento mecánico como termo-mecánico de la conexión. Por último, se estudia la capacidad de las uniones para cumplir con requerimientos de exposición al fuego de 30 minutos previamente al colapso. Como resultado de este trabajo se obtuvieron modelos de elementos finitos capaces de simular la conexión térmica y termo-mecánicamente, proporcionando patrones de comportamiento de gran utilidad en el diseño de las mismas. Entre las principales conclusiones, se observó la reducción de la temperatura en los tornillos gracias al núcleo de hormigón en columnas de hormigón lleno en comparación con secciones huecas, que ya en la superficie expuesta del tornillo se cuantificaba en 100ºC menos. Por el contrario, los elementos de fijación que presentaban mayor longitud de vástago de tornillo embebida en el hormigón, no generaban un efecto significativo sobre la temperatura de la parte resistente del perno. En cuanto a la capacidad resistente frente a fuego, el núcleo de hormigón supuso una mejora en términos de rigidez y de tiempo de resistencia al fuego. Sin embargo, el fallo de los pernos en una sección próxima a la superficie expuesta redujo el efecto esperado del anclaje del tornillo, que si bien implicaba una mayor rigidez de la conexión, no parecía mejorar el tiempo de resistencia a fuego. Finalmente se planteó la necesidad de / [CAT] Els pilars tubulars d'acer omplerts de formigó (CFT) presenten molts avantatges en termes de capacitat de carrega, estètica, execució i resistència al foc, gràcies a l'acció combinada de l'acer i el formigó. L'esforç realitzat en les darreres dècades per conèixer el seu comportament enfront a diferents càrregues i sota distints paràmetres ha donat lloc a una amplia difusió del seu ús entre el dissenyadors. No obstant això, la manera de resoldre la connexió amb bigues de secció en I, continua sent un handicap i requereix d'un estudi específic. Una de les solucions més comuns i populars per a connectar les bigues d'acer de secció oberta (bigues I) a columnes d'acer de secció oberta és la connexió amb 'chapa de testa', que en el cas de la secció buida requereix de perns especials denominats perns cecs perquè es rosquen des d'una cara de la secció. En l'actualitat existeixen diversos sistemes de fixació que permeten aquest tipus de connexions, la resposta i caracterització dels quals es l'objectiu de nombroses recerques. En aquest sentit, la definició geomètrica de la unió i les propietats dels materials son paràmetres crucials en el rendiment de la connexió. Aquesta tesi analitza el comportament dels perns cecs en l'àrea traccionada de connexions de 'chapa de testa', a pilars tubulars d'acer omplerts de formigó, sotmeses a moments de flexió i a elevades temperatures. Les prestacions d'aquesta solució constructiva per a la unió biga-pilar tubular junt amb l'absència de dades relacionades amb el comportament en situació d'incendi, la van convertir en l'objectiu d'aquest treball. En primer lloc, la recerca aborda el problema de transferència de calor, analitzant tant experimental com numèricament la distribució de temperatures en la secció de la connexió. En aquesta part de l'estudi, s'obtenen el paràmetres tèrmics que caracteritzen la resposta tèrmica de la connexió mitjançant el calibratge del models numèrics amb les dades experimentals. En segon lloc, es realitza l'estudi de la capacitat dels perns cecs per a suportar càrregues de tracció en situació d'incendi, es a dir, s'analitza com canvia el comportament de la connexió amb les seues característiques alterades degut a les altes temperatures. L'estudi de les propietats del material en funció de la temperatura i el seu efecte en la resposta de la connexió formen també part de la recerca. Un contingut important d'aquest treball consisteix en determinar l'influencia del formigó i el tipus d'element de fixació tant en el comportament mecànic com termo-mecànic de la connexió. Per últim, s'estudia la capacitat de les unions per a complir amb els requeriments d'exposició al foc de 30 minuts prèviament al col·lapse. Com a resultat d'aquest treball s'obtingueren models d'elements finits amb capacitat per a simular el comportament tèrmic i termo-mecànic de la connexió, proporcionant patrons de comportament de gran utilitat en el disseny. Entre les principals conclusions, es va observar la reducció de la temperatura en els perns gràcies al nucli de formigó en pilars omplerts de formigó en comparació amb el pilars buits, on ja en la superfície esposada del cargol es quantificava en 100 ºC menys. Pel contrari, els elements de fixació que presentaven major longitud de embeguda en el formigó, no generaven un efecte significatiu en la temperatura de la part resistent del pern. En quant a la capacitat resistent davant del foc, el nucli de formigó va suposar una millora en termes de rigidesa i de temps de resistència al foc. Tanmateix, la fallada dels perns en una secció pròxima a la superfície esposada va reduir l'efecte esperat de la fixació del pern, que si be implicava una major rigidesa de la connexió, no semblava millorar el temps de resistència al foc. Finalment, es va plantejar la necessitat de aprofundir en l'anàlisi incorporant un major rang de paràmetres. / Pascual Pastor, AM. (2015). Fire behaviour of blind-bolted connections to concrete filled tubular columns under tension [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53240 / TESIS

Duplex stainless steels can be very attractive alternatives to austenitic grades due to their almost double strength at equal pitting corrosion resistance. When welding, the duplex alloys normally require addition of filler metal, while the commodity austenitic grades can often be welded autogenously. Over-alloyed consumables are used to counteract segregation of important alloying elements and to balance the two phases, ferrite and austenite, in the duplex weld metal. This work focuses on the weldability of the recently-developed lean duplex stainless steel LDX 2101® (EN 1.4162, UNS S32101). The pitting corrosion resistance of this grade is better than that of austenitic AISI 304 (EN 1.4307) and can reach the level of AISI 316L (EN 1.4404). The austenite formation is rapid in LDX 2101 compared to older duplex grades. Pitting resistance tests performed show that 1-2.5 mm thick laser and gas tungsten arc (GTA) welded LDX 2101 can have good corrosion properties even when welding autogenously. Additions of filler metal, nitrogen in the shielding gas, nitrogen-based backing gas and use of laser hybrid welding methods, however, increase the austenite formation. The pitting resistance may also be increased by suppressing formation of chromium nitrides in the weld metal and heat affected zone (HAZ). After thorough post-weld cleaning (pickling), pitting primarily occurred 1-3 mm from the fusion line, in the parent metal rather than in the HAZ. Neither the chromium nitride precipitates found in the HAZ, nor the element depletion along the fusion line that was revealed by electron probe microanalysis (EPMA) were found to locally decrease the pitting resistance. The preferential pitting location is suggested to be controlled by the residual weld oxide composition that varies over the surface. The composition and thickness of weld oxide formed on LDX 2101 and 2304 (EN 1.4362, UNS S32304) were determined using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The heat tint on these lean duplex grades proved to contain significantly more manganese than what has been reported for standard austenitic stainless steels in the AISI 300 series. A new approach to heat tint formation is presented; whereby evaporation of material from the weld metal and subsequent deposition on the already-formed weld oxide are suggested to contribute to weld oxide formation. This is consistent with manganese loss from the weld metal, and nitrogen additions to the GTA shielding gas enhance the evaporation. The segregation of all elements apart from nitrogen is low in autogenously welded LDX 2101. This means that filler wire additions may not be required as for other duplex grades assuming that there is no large nitrogen loss that could cause excessive ferrite contents. As the nitrogen appears to be controlling the austenite formation, it becomes essential to avoid losing nitrogen during welding by choosing nitrogen-containing shielding and backing gas. / QC 20101213

Considering the late in-vessel phase of an unlikely core melt down scenario in a light water reactor (LWR) with the formation of a corium pool in the lower head of the reactor pressure vessel (RPV) the possible failure modes of the RPV and the time to failure have to be investigated to assess the possible loadings on the containment. In this work, an integral model was developed to describe the processes in the lower plenum of the RPV. Two principal model domains have to be distinguished: The tem-perature field within the melt and RPV is calculated with a thermodynamic model, while a mechanical model is used for the structural analysis of the vessel wall. In the introducing chapters a description is given of the considered accident scenario and the relevant analytical, experimental, and numerical investigations are discussed which were performed worldwide during the last three decades. Following, the occurring physical phenomena are analysed and the scaling differences are evaluated between the FOREVER-experiments and a prototypical scenario. The thermodynamic and the mechanical model can be coupled recursively to take into account the mutual influence. This approach not only allows to consider the temperature dependence of the material parameters and the thermally induced stress in the mechanical model, it also takes into account the response of the temperature field itself upon the changing vessel geometry. New approaches are applied in this work for the simulation of creep and damage. Using a creep data base, the application of single creep laws could be avoided which is especially advantageous if large temperature, stress, and strain ranges have to be covered. Based on experimental investigations, the creep data base has been developed for an RPV-steel and has been validated against creep tests with different scalings and geometries. It can be stated, that the coupled model is able to exactly describe and predict the vessel deformation in the scaled integral FOREVER-tests. There are uncertainties concerning the time to failure which are related to inexactly known material parameters and boundary conditions. The main results of this work can be summarised as follows: Due to the thermody-namic behaviour of the large melt pool with internal heat sources, the upper third of the lower RPV head is exposed to the highest thermo-mechanical loads. This region is called hot focus. Contrary to that, the pole part of the lower head has a higher strength and therefore relocates almost vertically downwards under the combined thermal, weight and internal pressure load of the RPV. On the one hand, it will be possible by external flooding to retain the corium within the RPV even at increased pressures and even in reactors with high power (as e.g. KONVOI). On the other hand, there is no chance for melt retention in the considered scenario if neither internal nor external flooding of the RPV can be achieved. Two patents have been derived from the gained insights. Both are related to passively working devices for accident mitigation: The first one is a support of the RPV lower head pole part. It reduces the maximum mechanical load in the highly stressed area of the hot focus. In this way, it can prevent failure or at least extend the time to failure of the vessel. The second device implements a passive accident mitigation measure by making use of the downward movement of the lower head. Through this, a valve or a flap can be opened to flood the reactor pit with water from a storage reservoir located at a higher position in the reactor building. With regard to future plant designs it can be stated - differing from former presumptions - that an In-Vessel-Retention (IVR) of a molten core is possible within the reactor pressure vessel even for reactors with higher power. / Für das unwahrscheinliche Szenario eines Kernschmelzunfalls in einem Leichtwasserreaktor mit Bildung eines Schmelzesees in der Bodenkalotte des Reaktordruckbehälters (RDB) ist es notwendig, mögliche Versagensformen des RDB sowie Versagenszeiträume zu ermitteln, um die daraus resultierende mögliche Belastung des Sicherheitsbehälters bestimmen zu können. In dieser Arbeit wird ein integrales Modell entwickelt, das die Vorgänge im unteren Plenum beschreibt. Dabei sind zwei prinzipielle Modellbereiche zu unterscheiden: Das Temperaturfeld in der Schmelze und im RDB wird mit einem thermodynamischen Modell berechnet, während für die Strukturanalyse des RDB ein mechanisches Modell verwendet wird. Zunächst werden das betrachtete Unfallszenario dargestellt und die bisher in den letzten drei Dekaden weltweit durchgeführten wesentlichen analytischen, experimentellen und numerischen Untersuchungen diskutiert. Anschließend werden die auftretenden physikalischen Vorgänge analysiert. Gleichzeitig werden Skalierungsunterschiede zwischen den in dieser Arbeit betrachteten Experimenten der FOREVER-Reihe und einem prototypischen Szenario herausgearbeitet. Das thermodynamische und das mechanische Modell können rekursiv gekoppelt werden, wodurch die wechselseitige Beeinflussung berücksichtigt werden kann. Insbesondere werden damit neben der Temperaturabhängigkeit der Materialparameter und den thermisch induzierten Spannungen im mechanischen Modell auch die Rückwirkungen der Behälterverformung auf das Temperaturfeld selber erfasst. Für die Kriech- und Schädigungssimulation werden in dieser Arbeit neue Verfahren angewendet. Durch die Entwicklung und den Einsatz einer Kriechdatenbasis konnte die bei sehr unterschiedlichen Temperaturen, Spannungen und Dehnungen ungeeignete Verwendung einzelner Kriechgesetze umgangen werden. Aufbauend auf experimentellen Untersuchungen wurde eine Kriechdatenbasis für einen RDB-Stahl entwickelt und an Hand von Kriechversuchen verschiedener Geometrie und Dimension validiert. Als Ergebnis lässt sich festhalten, dass das gekoppelte Modell prinzipiell in der Lage ist, die Behälterdeformation im Falle der skalierten FOREVER-Experimente exakt zu beschreiben bzw. vorherzusagen. Unsicherheiten bezüglich der Versagenszeit resultieren aus nicht exakt bekannten Materialparametern und Randbedingungen. Die wesentlichen Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen: Aufgrund des thermodynamischen Verhaltens eines großen Schmelzesees mit inneren Wärmequellen erfolgt die höchste thermomechanische Belastung des RDB im oberen Drittel der Bodenkalotte. Dieser Bereich wird als heißer Fokus bezeichnet. Der untere Bereich der Kalotte weist hingegen eine höhere Festigkeit auf und verlagert sich deswegen bei entsprechender Belastung des RDB im wesentlichen senkrecht nach unten. Bei einer externen Flutung besteht auch bei hohen Innendrücken für einen Reaktor großer Leistung (KONVOI) die Möglichkeit, die Schmelze im RDB zurückzuhalten. Ohne interne oder externe Flutung besteht für das betrachtete Szenario keine Aussicht für eine Schmelzerückhaltung im RDB. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wurden zwei Patente abgeleitet. Dabei handelt es sich um passiv wirkende Einrichtungen zur Schadensbegrenzung: Die erste reduziert durch Abstützen des unteren Kalottenzentrums die Maximalspannungen im hochbeanspruchten Bereich des heißen Fokus und kann damit ein Versagen verhindern oder zumindest verzögern. Die zweite Einrichtung ermöglicht die passive Auslösung einer Flutung, indem die Abwärtsbewegung der Kalotte zur Steuerung genutzt wird. Hierdurch kann beispielsweise ein Ventil geöffnet werden, um Wasser aus im Gebäude höher angeordneten Reservoirs in die Reaktorgrube zu leiten. Abweichend von bisherigen Annahmen kann im Hinblick auf die Entwicklung zukünftiger Baulinien festgehalten werden, dass eine Kernschmelzerückhaltung im Reaktordruckbehälter auch für Reaktoren größerer Leistung möglich ist.

<p>Duplex stainless steels are a very attractive alternative to austenitic grades due to their higher strength and good corrosion performance. The austenitic grades can often be welded autogenously, while the duplex grades normally require addition of filler metal. This is to counteract segregation of important alloying elements and to give sufficient austenite formation to prevent precipitation of chromium nitrides that could have a negative effect on impact toughness and pitting resistance. The corrosion performance of the recently-developed lean duplex stainless steel LDX 2101 is higher than that of 304 and can reach the level of 316. This thesis summarises pitting resistance tests performed on laser and gas tungsten arc (GTA) welded LDX 2101. It is shown here that this material can be autogenously welded, but additions of filler metal, nitrogen in the shielding gas and use of hybrid methods increases the austenite formation and the pitting resistance by further suppressing formation of chromium nitride precipitates in the weld metal. If the weld metal austenite formation is sufficient, the chromium nitride precipitates in the heat-affected zone (HAZ) could cause local pitting, however, this was not seen in this work. Instead, pitting occurred 1–3 mm from the fusion line, in the parent metal rather than in the high temperature HAZ (HTHAZ). This is suggested here to be controlled by the heat tint, and the effect of residual weld oxides on the pitting resistance is studied. The composition and the thickness of weld oxide formed on LDX 2101 and 2304 were determined using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The heat tint on these lean duplex grades proved to contain significantly more manganese than what has been reported for standard austenitic stainless steels in the 300 series. A new approach on heat tint formation is consequently presented. Evaporation of material from the weld metal and subsequent deposition on the weld oxide are suggested to contribute to weld oxide formation. This is supported by element loss in LDX 2101 weld metal, and nitrogen additions to the GTA shielding gas further increase the evaporation.</p><p> </p>

Ce projet de thèse se situe dans le cadre de l'étude de la fiabilité prédictive de nouveaux concepts d'assemblages microélectroniques de type « system in package » SiP. L'objectif est de développer une méthodologie de fiabilité prédictive adaptée aux nouveaux concepts d'assemblage qui permet d'optimiser et de prédire les performances dès la phase de conception. Elle est ensuite appliquée sur des projets concrets. Cette méthodologie de fiabilité prédictive fait intervenir des études expérimentales, des simulations thermomécaniques et des analyses statistiques pour traiter les données et évaluer la fiabilité et les risques de défaillance. L'utilisation d'outils de simulation des composants électroniques est bien adaptée pour aider à l'évaluation des zones les plus fragiles, la mise en place des règles de conception et la détermination des paramètres les plus influents avec une réduction du temps de mise en marché d'un produit fiable et une optimisation des performances. Les études réalisées sur le silicium avec deux tests : bille sur anneau et test trois points montrent que le rodage et l'épaisseur ont une influence sur la variation de la contrainte et la déflexion du silicium à la rupture. Avec le test trois points, le déclenchement des fissures est lié à la qualité de sciage et de rodage. Cependant avec le test bille sur anneau, seule la qualité de surface influence le déclenchement des fissures. Le test bille sur anneau est bien adapté pour évaluer la qualité de surface du silicium. Avec les techniques chimiques de réduction de contraintes, comme la gravure humide et plasma, la résistance à la rupture a été considérablement améliorée. Ces tests de rupture sur le silicium ont permis de caractériser la rupture du silicium sous une contrainte de flexion et de compléter les résultats de simulation. Ces travaux démontrent, le besoin et l'utilité du prototypage virtuel des composants électroniques et de l'utilisation d'une méthodologie prédictive dans l'évaluation de la fiabilité en l’appliquant sur des composants réels. / This thesis project is a study of the predictive reliability of new microelectronic package concepts such as "system in package" SiP. The objective is to develop a reliable predictive methodology adapted to the new assembly concepts to optimize and to predict the performance at the design phase. Then, the methodology is applied to concrete projects. This methodology of predictive reliability involves the use of experimental studies, thermomechanical simulations and statistical analysis to process the data and assess the reliability and risks of failure. The use of simulation tools for electronic components is well suited to assist in the evaluation of the most fragile areas, the setting up of design rules and the determination of the most influential parameters with a reduction in the setup time market for a reliable and optimized performance. Studies on silicon strength are conducted with two tests: ball on ring test and on three-point bend test show that the grinding and the thickness influence the variation of the stress and deflection of the silicon at break. With the three points bend test, the onset of crack is linked to defects in sawing and grinding zone. However, with the ball on ring test, only the surface quality influences the initiation of cracks. The ball on ring test is well suited for evaluating the quality of the silicon surface. Chemical techniques of stress release, such as wet etching and plasma etching, improve significantly the strength of silicon samples. These tests on silicon dies are used to characterize the breakdown of silicon under bending test and to complete the simulation results. We have demonstrated in this work, the need and the usefulness of the virtual prototyping of electronic components and the use of a predictive methodology in assessing reliability.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die methodischen Aspekte bei der Entwicklung mechanischer Simulationen zur Messung der Funktionalitäten von Handballschuhen systematisch zu untersuchen und aus den Ergebnissen allgemeingültige Aussagen zum Abstraktionsgrad abzuleiten. Die Untersuchungen der vier methodischen Aspekte Messgerät, Auswertemodell, Einfluss- und Eingangsgröße haben ergeben, dass insgesamt drei Aspekte einen Einfluss auf den Messwert hatten. Mit Ausnahme der Ergebnisse zum Aspekt Eingangsgröße besaßen die untersuchten methodischen Aspekte jeweils einen Einfluss auf den Messwert. Anhand der Ergebnisse konnte abgeleitet werden, dass der Abstraktionsgrad einen Einfluss auf die Messwerte besitzt. / The aim of the current work was to investigate systematically the methodological aspects used in the development of mechanical simulations, which are capable of measuring the functionalities of handball shoes, and to derive general conclusions about the proper degree of abstraction from the results. The investigations of the four methodological aspects, namely measuring instrument, evaluation model, influence quantity and input quantity, have shown that three aspects had an influence on the measurand. Except for the results on the aspect of input quantity, each of the examined methodological aspects had an influence on the measurand. Based on the results, it could be deduced that the degree of abstraction has an influence on the measurand.