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Le dimensionnement des inserts pour les structures sandwich se fait usuellement par les méthodes proposées par le « Insert design handbook » de l'ESA, ou le « Military handbook 23A ». Ces méthodes analytiques basées sur la formulation développée par Ericksen en 1953 mènent à des erreurs de la charge admissible à l’arrachement d’environ ±20 % pour certains cas. Dans cette thèse, les principaux modes de rupture d’inserts sont étudiés ; l’endommagement du nid d’abeille Nomex® en cisaillement et la rupture du potting. Une analyse fine du postflambement en cisaillement du nid d’abeille Nomex® est effectuée qui permet de proposer un modèle d'endommagement à 2 paramètres.Puis, les résultats obtenus sont utilisés pour développer un modèle virtuel d’insert qui est validé par comparaison à des essais d'arrachement puis utilisé pour tracer des cartographies des modes de rupture. En utilisant cette méthode, la charge admissible à l’arrachement peut être estimée plus précisément. Cette méthode peut être une alternative face aux modèles analytiques pour le dimensionnement des inserts. Les graphiques obtenus peuvent être fournis aux ingénieurs pour le dimensionnement des inserts comme un outil qui peut réduire le temps de conception-validation. / The insert sizing for sandwich structures is usually made using the methods proposed in the “Insert design handbook” of the ESA and the “Military handbook 23A”. These analytical methods based in the in the research carried by Ericksen in 1953 could lead to errors of the pull-out allowable load prediction in the range of ±20 % for some cases.In this thesis, the principal failure modes of inserts are investigated; the core shear damage of the Nomex honeycomb core, and the potting failure. A detailed analysis of the shear postbuckling of the Nomex honeycomb core is made, allowing to propose a two variables damage model. Then, the obtained results are used to develop an insert virtual model that is validated through comparison with pull-out tests, and then used to draw failure mode maps of inserts. Using this method, the admissible pull-out load of inserts can be estimated more precisely. This method could be an alternative to using the analytical methods for the insert sizing. The resulting charts could be given to engineers as a tool for the insert sizing which could reduce the insert’s design-validation time.

L'utilisation des structures sandwichs composées d’âme en nid d'abeilles et de peaux a considérablement augmenté ces dernières années dans plusieurs secteurs industriels tels que l’aéronautique, l’aérospatiale, le navale et l’automobile. Cet intérêt croissant pour ces matériaux alvéolaires est principalement lié à leur faible densité et meilleur rapport masse/rigidité/résistance en comparaison avec les alliages métalliques ou les matériaux composites classiques. Cependant, leur constitution rend souvent les opérations de mise en forme par usinage compliquées et difficile à mener à cause de l’usure prématurée des outils coupants et l’endommagement important induit en subsurface des pièces. En effet, les vibrations importantes des parois minces du nid d’abeilles sont une source de plusieurs problèmes comme la mauvaise qualité des surfaces usinées, les fibres non coupées, délaminage, défauts, etc. Les travaux de cette thèse s’intéressent à la compréhension du comportement des structures nids d’abeilles composite (Nomex®) et métallique (aluminium) en usinage. L’enlèvement de matière par fraisage présente pour ces matériaux plusieurs verrous scientifiques et technologiques. Une analyse expérimentale a permis d’identifier dans un premier temps les phénomènes physiques mis en jeu lors de la formation des copeaux et les interactions entre les arêtes de coupe et les parois minces des cellules de la structure alvéolaire. Un intérêt particulier a été porté sur la caractérisation des défauts induits dans le matériau par les différentes parties composant la fraise, le déchiqueteur et le coteau. Deux protocoles expérimentaux ont été mis en place afin de qualifier la qualité et l’intégrité des surfaces usinées. Ils tiennent compte de la particularité des âmes en nid d'abeilles : composite ou métallique, leur géométrie alvéolaire, leur densité et l’épaisseur fine des parois. Un nouveau critère de qualité a été établi et proposé en tant qu’indicateur d’endommagement pour le suivi de l’état des surfaces alvéolaires fraichement usinées. Basée sur l’analyse statistique de Taguchi, une hiérarchisation des paramètres d’usinage et leur influence sur le comportement de ces matériaux ont été ensuite réalisées. Par ailleurs, l’usure des outils de coupe a été étudiée selon le couple outil-matériau usiné et les conditions de fraisage choisies. Comme l’a montré l’étude expérimentale, l’optimisation des paramètres d’usinage via une approche expérimentale seule est souvent longue et coûteuse. La simulation numérique peut apporter une aide complémentaire et constituer un outil intéressant pour l’analyse de la physique de la coupe des nids d’abeilles. Dans cette optique et en deuxième partie de la thèse, un modèle numérique par éléments finis a été spécifiquement développé pour la simulation du fraisage 3D des matériaux nids d’abeilles. Pour le Nomex®, deux lois de comportement mécanique couplées avec l’endommagement ont été identifiées et implémentées via la subroutine VUMAT dans Abaqus explicit. Pour simuler la formation des copeaux, deux critères de rupture (Hashin et Tsai-Wu) avec chute de rigidité ont été exploités. Les résultats du calcul numérique et ceux des essais expérimentaux ont montré une bonne concordance en termes de mécanismes de formation des copeaux, d’efforts de coupe et de modes d’endommagement / The use of sandwich structures made with honeycomb core and skins has considerably increased these last years in several industrial sectors such as aeronautics, aerospace, naval and automotive. This growing interest for the alveolar materials is mainly related to their low density and better mass/stiffness/strength ratio compared to metal alloys or conventional composites. However, their constitution makes machining operations complicated and difficult to control because of the premature cutting tool wear and the significant damage induced in the workpiece. In fact, the important vibrations of the thin honeycomb walls are a source of several problems such as the poor surface quality, uncut fibers, delamination, defects, etc. This work deals with the understanding of the honeycomb composites behavior and metallic during machining. The material removal process by milling of these materials presents several scientific and technological challenges. Firstly, an experimental analysis has been used to identify the physical phenomena involved during the chip formation process and generated by the interactions between the cutting edge and the honeycomb cell walls. A particular interest was focused on the characterization of defects induced in the material by different parts of the cutter, the shredder and the saw blade. Two experimental protocols have been set up to qualify the quality and integrity of the machined surface. They consider the particularity of the honeycomb cores: composite or metallic, their geometry, and the thin wall thickness. A new quality criterion has been established and proposed as a damage indicator to monitoring the machining process and choice optimal cutting conditions. Based on Taguchi's statistical analysis, a hierarchy of the machining parameters and their influence on the behavior of these materials have then realized. In addition, the wear of cutting tools has been studied according to the selected tool-material couple and milling conditions. The optimization of machining parameters is often long and expensive only via experimental approach. Modelling and numerical simulation can provide complementary support with an interesting numerical tool to analyze the physics of cutting honeycombs. In this perspective and in the second part of the PhD thesis, a finite element numerical model has been especially developed for the 3D milling operation. For Nomex®, two coupled mechanical-damage behavior laws have been identified and implemented in Abaqus explicit subroutine VUMAT. To simulate the chip formation process and induced subsurface damage, two fracture criteria (Hashin and Tsai-Wu) with stiffness degradation concept have been operated. The comparison between the numerical simulation results and experimental data shows a good agreement in terms of the chip formation mechanisms, cutting forces and damage modes

: I denna rapport har det gjorts en undersökning om vilket som är det mest lämpliga materialet/ materialen för en handske till formel 1 bilförare. Genom kvalitativa intervjuer och informationsundersökning har en kravspecifikation sammanställts med de viktigaste kraven, som förare och regelverket ställer. Reglerna är angivna i standarder till handskar för formel 1 bilförare. ! En rad olika tester har gjorts och genom det har frågeformuleringarna besvarats. De material som testades var Nomex®, Kevlar®, Trevira CS® och Nomex® III. För att sammanställa alla resultat av testerna har det värderats i två typer av matriser. Den första matrisen som gjordes var en Concept Screening Matrix, där de alternativa materialen fick värden utifrån hur väl de klarade de tre standarder som fanns. På de material som klarade denna matris gjordes sedan en mer detaljerad undersökning, där fanns även förarnas önskemål med som krav på materialen. Dessa tester sammanställdes med olika värden i en Concept Scoring Matrix, resultatet av denna tabell sammanfattar vilket/vilka material som blev svaret på frågeformuleringarna. Det material som efter testerna visade sig vara det mest lämpliga materialet för handskar till formel 1 bilförare var Nomex® och strax efter kom Nomex® III. / Program: Textil produktutveckling och entreprenörskap

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / Una estructura tipo sándwich consiste en dos placas exteriores delgadas de un material A y un núcleo grueso de material B (pudiendo ser ambos iguales), los que se unen con el uso de adhesivos en configuración A-B-A. Entre sus características destaca su excelente relación peso-resistencia, lo que ha hecho que tal tipo de construcción sea ampliamente usado en fuselaje de aviones, mamparos de barcos, incluso su uso se ha extendido a la construcción de aspas de turbinas eólicas. La delaminación es un problema que ataca a este tipo de estructuras y consiste en el despegamiento entre las placas exteriores y el núcleo, cuyo origen puede ser un golpe que pudiera sufrir la estructura o una fabricación defectuosa, entre otros. Detectar este tipo de falla es fundamental para evitar la falla catastrófica de la estructura para lo cual existen algoritmos de identificación de daño que utilizan los modos normales de vibración de la placa. Estos métodos requieren, en primer lugar, generar un modelo numérico o analítico que reproduzca los modos de vibración de la estructura con y sin daño. El objetivo general del presente trabajo es desarrollar un modelo numérico en Elementos Finitos de un panel tipo sándwich de capas externas de fibra de carbono con un núcleo de material Nomex. Para alcanzar el objetivo general se plantean como objetivos específicos aprender a usar el software de elementos finitos, desarrollar modelo con y sin daño tipo delaminación y ajustar el modelo a las mediciones experimentales existentes del panel. La metodología del proceso consiste en primer lugar aprender a usar el software de elementos finitos escogido, seguido del desarrollo del modelo, la determinación de las propiedades de los materiales o parámetros del modelo, el ajuste con datos experimentales y finalmente la evaluación del modelo. En caso de que la evaluación no sea positiva se vuelve a ajustar los parámetros del modelo y se repite el proceso. Respecto a los resultados, se obtienen correlaciones numérico-experimentales satisfactorias de 4 modos en el caso sin delaminación y 3 modos para el caso con delaminación.

The labor discusses experimental verification of the dielectric properties of pulsed stress slot insulation Isonom NMN. During the pulse stress is investigated in particular component of a complex permittivity depending on frequency and temperature during the electrical stress in the form of pulses of different intensities of electric field supplied.

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Les travaux réalisés portent sur la modélisation du comportement mécanique des structures sandwichs soumises à l'impact. Ils se restreignent au cas particulier des sandwichs à peaux composites tissées et âme en nids d'abeilles Nomex.<br /><br />Une loi de comportement hypoélastique dédiée aux composites tissés est développée en référentiel local objectif à l'échelle méso du pli élémentaire. Elle prend en compte l'orthotropie du pli, les phénomènes irréversibles et la dépendance de la réponse à la vitesse de déformation. Le problème de la localisation des déformations, rencontré classiquement avec les modèles adoucissants et qui conduit à la dépendance de la réponse au maillage, est traité par l'utilisation d'un modèle d'endommagement à effet retard.<br /><br />Pour caractériser expérimentalement la réponse de nids d'abeilles Nomex, des essais de compression classiques et de cisaillement sur éprouvettes quad-blocs sont menés. Une étude numérique détaillée met en évidence les effets de bord, d'interface et de structure qui apparaissent et des voies d'améliorations sont discutées.<br /><br />Le comportement mécanique des nids d'abeilles Nomex est alors modélisé, l'accent étant placé sur la réponse non linéaire complexe observée en compression hors plan. Le modèle proposé permet, par un couplage en endommagement et plasticité, de traduire correctement toute la phase de la réponse.<br /><br />Pour terminer, les modèles développés sont testés sur des simulations d'impacts de plaques sandwichs.

Submitted work deals with monitoring impact of thermal and electric ageing on the dielectric properties of insulating material NKN 0887. In the course of the experiment five sets of dielectric insulating materials were aged. The voltage range has been set from 1,5 kV till 2,2 kV and temperatures were 23 °C and 200 °C. The capacity and loss factor has been directly measured by RLC meter Agilent with attached electrode system. The electrode system operates on the principle of a plate capacitor. The values of relative permittivity and loss number has been calculated from values of capacity and loss factor. For easier confrontation has been frequency dependences of these values plotted in a chart. The Cole-Cole diagrams has been created and factors of Havriliak-Negami function has been calculated. Data has been compared with each other and the effect of ageing factors has been deduced.

This research is aimed at exploding a wire via electromagnetic induction, with a preference for obtaining restrike of the exploding wire in a ring shape or otherwise. Literature on both exploding wire and electromagnetic induction are introduced together. A mathematical framework to describe the wire explosion by induction is formulated from first principles using the idea of magnetic flux linkages. The environment in which the experiments took place is described, with reference to matters of laboratory safety and also measurement of transient electrical current and voltage in the wire explosion by induction. The results describe the approaches taken to explode a wire by induction to obtain a plasma conductor. Voltage and current data are displayed and described. Throughout this work, there are long-exposure digital photographic images of the experiments taking place. These contribute to determining the outcome of experiments, and support the conclusions. Wires were exploded by induction in an air-cored mutually coupled coils system, and restrike of those wires was achieved. Electrical characteristics of wire explosion by electromagnetic induction are displayed and discussed based on what is known about straight exploding wires. Future works involving creation of plasma rings, electromagnetic thrust and exploding wires in vacuum are discussed.