The study experimentally examines the quasi-static shear deformation of a magnetorheological (MR) fluid structured in an external magnetic field. Experiments are carried out using a rheometer with a plate–plate configuration. The working surfaces of the measuring geometry are modified to demonstrate their influence on the response of the field-structured MR fluid. The simplest possible suspension of microparticles of carbonyl iron in mineral oil without using surfactants or any modifiers is used. The difference in results obtained for structured MR fluid with different concentrations of magnetic particles using different modifications of the surface is demonstrated. The results are intended to motivate more intensive research on the issue and further more in-depth theoretical analysis of static elastic properties of structured MR fluids. Certain related critical issues are briefly highlighted.

A finite element model of the CubeSat MIST was created, in order to assess the stresses that occur in the satellite in response to loads during its launch. Due to size limits of thesoftware used, simplifications had to be made to the geometry of the model. The loads assessed were quasi-static accelerations, random vibrations, shock loads, as well as a combined quasi-static acceleration and random vibration case. The study assumed the worst possible loads from a list of different potential launch vehicles for the satellite. Non-linear boundary conditions could not be modelled, and instead different linear boundary condition combinations were assessed. The results showed that the satellite showed positive margins of safety for the quasi-static loads. The lowest natural frequency for the satellite was above 130 Hz. For the random vibration loads, positive margins of safety could be shown if adverse stresses attributed to the boundary conditions inthe worst case were ignored. The model proved too conservative to qualify the satellite for the shock loads. Shock testing is therefore recommended for future work, unless requirements for waiving the shock testing can be met. The random vibration and combined loads analysis showed that the −X shear panel experienced high stresses in the corners of its windows, and the part should be inspected once environmental tests are conducted. The −X shear panel only showed adverse stresses in the most extreme boundary condition case, where its deformation was deemed unrealistic. / En finit elementmodell av nanosatelliten MIST skapades for att undersöka dess respons till lasterna under uppskjutning. På grund av storleksbegränsningar i programvaran behövde modellens geometri förenklas. Lasterna som undersöktes var kvasistatiska accelerationer, stokastiska vibrationer, chocklaster samt ett kombinerat kvasistatiskt accelerations- och stokastiskt vibrationsfall. Studien använde de värsta tänkbara lasterna från en lista över olika potentiella bärraketer för satelliten. Icke-linjära gränsvillkor kunde inte modelleras och istället utvärderades olika kombinationer av linjära gränsvillkor. Resultaten visade positiva säkerhetsmarginaler för kvasistatiska belastningar. Den lägsta naturliga frekvensen för satelliten var över 130 Hz. För de stokastiska vibrationsbelastningarna kunde positiva säkerhetsmarginaler motiveras om hänsyn togs till oegentligheter orsakade av gränsvillkoren i det extremaste fallet. Chocklastanalysen visade på begränsningar i modellen. Mekaniska chocktester kommer därmed behövas för att undersöka chocklasterna, om inte kraven for att hoppa över chocktestning uppfylls. Analyserna av de stokastiska vibrationerna och det kombinerade lastfallet visade att skjuvpanelen på −X-sidan upplever höga spänningar i hörnen på sina fönster, och bör inspekteras när experimentella tester genomförs. Skjuvpanelen på −X-sidan upplevde enbart för höga spänningar i fallet med mest extrema gröäsvillkor, där deformationerna bedömdes vara orealistiska.

There is an increasing trend in manufacturing industry for producing complex and delicate parts. As a result, the importance of having a deeper understanding of machine systems, in order toget higher accuracy of machined parts, arises. This leads to an increasing demand of testingmachine accuracy under operational condition. There are methods that has been investigated in order to test under operational condition. However, the studies were mostly focused on thestatic, quasi-static and dynamic states separately and comparison were not investigated. This thesis aims at presenting a comparative study of static and quasi-static compliance on machine tool under loaded conditions, to investigate how the stiffness changes from static toquasi-static state, and also the potential factors that would lead to this result. A 5-axis machine tool- Hermle C50U machine is used in order to perform the measurements.The method chosen for the measurements includes circular tests under loaded conditions utilizinga loaded double ball bar device. Three LVDTs are used for the measurements, in order to detect the deflection along the circular trajectory. The main parameter that undergoes study is the effect of the applied feed rate. After the measurements, the data is analyzed using MAT-LAB and the average deflections for both states are compared. In general, the results show that there is no significant difference between the two states, despite the observed different shape ofdeflection. / Det finns en ökande trend inom tillverkningsindustrin för tillverkning av komplexa och känsliga delar. Som ett resultat uppstår vikten av att ha en djupare förståelse för maskinsystem, för att få högre noggrannhet hos bearbetade delar. Detta leder till en ökande efterfrågan på att testamaskinens noggrannhet under driftsförhållanden. Det finns metoder som har undersökts för att testa under driftskondition. Studierna var dock mest inriktade på de statiska, kvasistatiska och dynamiska tillstånden separat och jämförelsen undersöktes inte. Denna avhandling syftar till att presentera en jämförande studie av statisk och kvasi-statisk överensstämmelse på maskinverktyg under belastade förhållanden, för att undersöka hur styvheten förändras från statiskt till kvasi-statiskt tillstånd, och även de potentiella faktorer som skulle leda till detta resultat. Ett 5-axligt verktygsmaskin- Hermle C50U-maskin används för att utföra mätningarna.Metoden som valts för mätningarna inkluderar cirkulära tester under belastade förhållanden med användning av en laddad dubbelkulstångsanordning. Tre LVDT används för mätningarna för att detektera nedböjningen längs cirkelbanan. Huvudparametern som genomgår studier är effekten av den applicerade matningshastigheten. Efter mätningarna analyseras data med MATLAB och de genomsnittliga avböjningarna för båda tillstånden jämförs. I allmänhet visar resultaten att det inte finns någon signifikant skillnad mellan de två tillstånden, trots den observerade olika avböjningsformen.

This master's thesis aims to establish a foundation for model-based engineering of drill rigs through the development, evaluation, and utilization of simulation models. Specifically, the project focused on creating a simulation model of the hydraulic tramming system in the SmartRoc D65 surface drill rig. The uncalibrated model was validated against physical tests conducted on the SmartRoc T35 drill rig, and the results provided accurate predictions with some room for improvement. The model sets a basis for identifying power losses and future potential optimization through electrification. A modeling methodology was developed to aid in the development of other simulation models representing a physical system. The thesis highlights the strengths and limitations of a quasi-static model when applied to dynamic systems. The findings suggest areas for future improvement and underscore the importance of continuous model refinement to enhance calculation accuracy.

Résumé : Ce projet de maîtrise s’intéresse au comportement ultime d’une structure en acier, contrôlée sismiquement par des amortisseurs élastomères et des contreventements en chevron. Les séismes peuvent causer des dommages considérables quand les infrastructures et les bâtiments ne sont pas construits selon les normes et les techniques appropriées. Par conséquent, réduire l’impact des séismes revient particulièrement à construire des ouvrages sécuritaires en tenant compte bien entendu du paramètre économique. Ainsi Gauron, Girard, Paultre et Proulx ont étudié en 2009, un système de reprise de forces latérales, constitué uniquement de treventements en chevron montés en série avec des amortisseurs en caoutchouc naturel fibré ayant de nombreux avantages. Premièrement, le système reste élastique sous le séisme de design en réduisant les efforts sismiques linéaires par un facteur supérieur à R[indice inférieur d] = 3 par rapport à un cadre conventionnel. Deuxièmement, il est capable de contrôler les déplacements sous la limite du CNBC 2010 (Code National du Bâtiment du Canada 2010), et même de réduire ces derniers dans certains cas. Par conséquent, il permet de réduire les sections des poutres et des poteaux des cadres par rapport à une structure conventionnelle ainsi que les coûts de réparation après un séisme. Toutefois, le comportement à l’état limite ultime d’un tel système, ses limites et ses réserves de sécurité restaient à déterminer. Ainsi, l’objectif global de ce projet de recherche est de déterminer les différents mécanismes de ruine possibles de ce système, d’établir des limites et réserves de sécurité, et de préciser, après avoir formulé certaines recommandations, à quelles conditions il peut être utilisé dans le dimensionnement de nouvelles structures. Pour atteindre les objectifs fixés, deux essais quasi statiques ont été réalisés sur deux cadres en acier dimensionnés avec le système. Des essais dynamiques ont aussi été réalisés afin d’avoir les propriétés viscoélastiques des amortisseurs. Le premier essai a mis en évidence un mécanisme de ruine inattendu et prématuré qui a souligné un défaut majeur dans les connexions des diagonales avec l’amortisseur. Le second essai a révélé un des mécanismes de ruine envisagés initialement où le caoutchouc se déchire après l’initiation du flambement dans la diagonale comprimée. Les résultats expérimentaux ont montré que l’amortisseur constitue le maillon faible du système, et que des efforts parasites peuvent réduire significativement la capacité portante des structures dimensionnées avec un tel système. Dans les deux cas, les résultats ont montré que la méthode de dimensionnement du système tel qu’elle est définie actuellement mérite d’être améliorée. En ce sens, des recommandations relatives au dimensionnement des différents éléments des structures dimensionnées avec le système ont été élaborées, particulièrement en ce qui concerne le caoutchouc et les connexions. // Abstract : This thesis focuses on the ultimate behavior of steel structures, controlled seismically by elastomeric dampers and chevron bracings. Earthquakes can cause considerable damages when infrastructures and buildings are not built considering appropriate standards and technics. Therefore, mitigating the impact of earthquakes means essentially building safe structures by taking account of economic parameters too. Thus Gauron, Girard, Paultre and Proulx studied in 2009 a seismic force resisting system consisting only of chevron braces connected in series with fiber-reinforced natural rubber dampers that offers many benefits. First, the system remains elastic under the design earthquake by reducing linear seismic efforts by a factor of R[subscript d] = 3 compared to a conventional frame. Secondly, it allows to control the displacements under the limits of NBCC 2010 (National Building Code of Canada 2010), and even to reduce them in some cases. Therefore, it allows a reduction of sections of beams and columns of conventional frames and it prevents repairing costs of the structure after an earthquake. However, the ultimate limit state behavior of this system, its limitations and safety reserves have not been determined yet. Thus, the overall objective of this project is to determine the different possible failure mechanisms of the system, to set its limits and safety reserves, and to state after some recommendations, how it can be used in the design of new structures. To achieve these objectives, two quasi static tests were performed on two steel frames designed with the new system. Dynamic tests were also conducted to get the viscoelastic properties of the damping material. The first quasi static test revealed an unexpected and premature failure mechanism that pointed out a major flaw in the connections of the braces with the damper. The second test revealed one of the failure mechanisms originally expected where the rubber tears after buckling of the compression brace. The experimental results have shown that the damper is the weak element in the system, and that additional forces can significantly reduce the structural capacity of structures designed with the system. In both cases, the results have shown that the actual design method of the system should be improved. Thus, recommendations for the design of elements of structures designed with this system have been developed, particularly with regard to the rubber and brace connections.

Les substrats Silicium-sur-Isolant (SOI) représentent la meilleure solution pour obtenir des dispositifs microélectroniques ayant de hautes performances. Des méthodes de caractérisation électrique sont nécessaires pour contrôler la qualité SOI avant la réalisation complète de transistors. La configuration classique utilisée pour les mesures du SOI est le pseudo-MOFSET. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'amélioration des techniques autour du Ψ-MOFSET, pour la caractérisation des plaques SOI et III-V. Le protocole expérimental de mesures statiques ID-VG a été amélioré par l'utilisation d'un contact par le vide en face arrière, permettant ainsi d'augmenter la stabilité des mesures. De plus, il a été prouvé que ce contact est essentiel pour obtenir des valeurs correctes de capacité avec les méthodes split-CV et quasi-statique. L'extraction des valeurs de Dit avec split-CV a été explorée, et un model physique nous a permis de démontrer que ceci n'est pas possible pour des échantillons SOI typiquement utilisés, à cause de la constante de temps reliée à la formation du canal. Cette limitation a été résolue un effectuant des mesures de capacité quasi-statique (QSCV). La signature des Dit a été mise en évidence expérimentalement et expliquée physiquement. Dans le cas d'échantillons passivés, les mesures QSCV sont plus sensibles à l'interface silicium-BOX. Pour les échantillons non passivés, un grand pic dû à des défauts d'interface apparait pour des valeurs d'énergie bien identifiées et correspondant aux défauts à l'interface film de silicium-oxyde natif. Nous présentons des mesures de bruit à basses fréquences, ainsi qu'un model physique démontrant que le signal émerge de régions localisées autour des contacts source et drain. / Silicon-on-insulator (SOI) substrates represent the best solution to achieve high performance devices. Electrical characterization methods are required to monitor the material quality before full transistor fabrication. The classical configuration used for SOI measurements is the pseudo-MOSFET. In this thesis, we focused on the enrichment of techniques in Ψ-MOSFET for the characterization of bare SOI and III-V wafers. The experimental setup for static ID-VG was improved using a vacuum contact for the back gate, increasing the measurement stability. Furthermore, this contact proved to be critical for achieving correct capacitance values with split-CV and quasi-static techniques (QSCV). We addressed the possibility to extract Dit values from split-CV and we demonstrated by modeling that it is impossible in typical sized SOI samples because of the time constant associated to the channel formation. The limitation was solved performing QSCV measurements. Dit signature was experimentally evidenced and physically described. Several SOI structures (thick and ultra-thin silicon films and BOX) were characterized. In case of passivated samples, the QSCV is mostly sensitive to the silicon film-BOX interface. In non-passivated wafers, a large defect related peak appears at constant energy value, independently of the film thickness; it is associated to the native oxide present on the silicon surface. For low-frequency noise measurements, a physical model proved that the signal arises from localized regions surrounding the source and drain contacts.

Cette étude a pour objectifs la caractérisation expérimentale des frottements saccadés dans les matériaux granulaires modèles constitués des billes de verre monodisperses en compression triaxiale drainée et l'identification des paramètres de contrôle. Cinq paramètres macroscopiques caractérisent ces frottements saccadés : la chute de déviateur et la contraction volumique, l'intermittence de déformation axiale, le module d'Young et le coefficient de Poisson. Les frottements saccadés affectent simultanément le déviateur et la déformation volumique. Le comportement macroscopique est globalement contractant tandis que le matériau tend vers un état limite critique en grandes déformations, à la manière des sables lâches. Cependant il présente localement, dans les phases de blocage qui suivent immédiatement les ruptures temporaires, le comportement dilatant des sables denses, qui obéit à une relation contrainte-dilatance linéaire et unique. Les frottements saccadés disparaissent au-delà d'une vitesse critique d'écrasement axial, qui dépend de la contrainte de confinement et de la taille des grains. Le module d'Young dynamique par propagation d'ondes varie avec la contrainte de confinement selon une loi de puissance. Le module d'Young quasi-élastique au départ des phases de blocage est constant à l'intérieur du domaine élastique, de même que le coefficient de Poisson. Le suivi par granulométrie laser et par analyse d'images des matériaux après un ou plusieurs essais triaxiaux permet de suivre l'évolution de la taille moyenne et de la forme des grains. Tandis que les instabilités par saccade disparaissent suite à un certain nombre d'essais, on observe, simultanément à une légère diminution du volume moyen, l'apparition progressive de populations d'objets non sphériques par une fusion des grains analogue au frittage. / The objectives of this study are the experimental characterisatino of the stick-slip instabilities in a model granular material and the identification of relevant control parameters. As monodisperse glass beads are subjected to drained triaxial compression tests, five macroscopic parameters characterize the stick-slip phenomenon: the deviator drop, the jump in volumetric contraction, the intermittence of the axial strain, Young’s modulus and Poisson’s ratio. The stick-slip events simultaneously affect the deviator stress and the volumetric strain. While the global material behavior is that of a loose sand, gradually contracting and hardening as it approaches its large strain critical state, its response in the “stick” phases immediately following the “slip” instabilities is similar to that of dense, dilatant sands, with a unique, linear stress-dilatancy relationship. Stick-slip events disappear beyond a critical axial strain rate, depending on the confining stress and on the grain diameter. The Young modulus associated to wave propagation varies with the confining stress according to a power law. The quasi-elastic modulus measured at the beginning of the stick phase is constant inside the elastic domain, as well as the Poisson ratio. The evolution of grain size and shape after one or several triaxial tests is monitored by laser granulometry and image analysis. The gradual vanishing of stick-slip events, on repeating the tests, is likely related to the global decreasing trend of average particle volume and to the formation of non-spherical objects, apparently by some phenomenon analogous to sintering.

Dans le cadre de la protection du bâti face au risque sismique, les techniques d’analyse simplifiées, basées sur des calculs quasi-statiques en poussée progressive, se sont fortement développées au cours des deux dernières décennies. Le travail de thèse a pour objectif d’optimiser une stratégie d’analyse simplifiée proposée par Chopra et al. (2001) et adoptée par les normes américaines FEMA 273. Il s’agit d’une analyse modale non linéaire découplée, dénommée par les auteurs UMRHA qui se caractérisent principalement par : des calculs de type pushover selon les modes de vibration dominants de la structure, la création de modèles à un degré de liberté non linéaire à partir des courbes de pushover, puis le calcul de la réponse temporelle de la structure en recombinant les réponses temporelles associées à chaque mode de vibration. Dans ce travail, la méthode UMRHA a été améliorée en investiguant les points suivants. Tout d’abord, plusieurs modèles à un degré de liberté non linéaire déduits des courbes de pushover modal sont proposés afin d’enrichir la méthode UMRHA originelle qui emploie un simple modèle élasto-plastique : autres modèles élasto-plastiques avec des courbes enveloppes différentes, le modèle de Takeda prenant en compte un comportement hystérétique propre aux structures sous séismes, et enfin, un modèle simplifié basé sur la dégradation de fréquence en fonction d’un indicateur de dommage. Ce dernier modèle à un degré de liberté privilégie la vision de la chute de fréquence au cours du processus d’endommagement de la structure par rapport à une description réaliste des boucles d’hystérésis. La réponse totale de la structure est obtenue en sommant les contributions non linéaires des modes dominants aux contributions linéaires des modes non dominants. Enfin, la dégradation des déformées modales, due à l’endommagement subi par la structure au cours de la sollicitation sismique, est prise en compte dans la méthode M-UMRHA proposée dans ce travail, en généralisant le concept précédent de dégradation des fréquences modales en fonction d’un indicateur de dommage : la déformée modale devient elle-aussi dépendante d’un indicateur de dommage, le déplacement maximum en tête de l’ouvrage ; l’évolution de la déformée modale en fonction de cet indicateur est directement identifiée à partir des calculs de pushover modal. La pertinence de la nouvelle méthode M-UMRHA est investiguée pour plusieurs types de structures, en adoptant des modélisations éprouvées dans le cadre de la simulation des structures sous séismes : portique en béton armé modélisé par des éléments multifibres pour le béton et les armatures, remplissage en maçonnerie avec des éléments barres diagonales résistant uniquement en compression, bâti existant contreventé (Hôtel de Ville de Grenoble) avec des approches coques multicouches. Les résultats obtenus par la méthode simplifiée proposée sont comparés aux résultats de référence issus de l'analyse temporelle non linéaire dynamique. / In the context of building’s protection against seismic risk, simplified analysis techniques, based on quasi-static analysis of pushover, have strongly developed over the past two decades. The thesis aims to optimize a simplified method proposed by Chopra and Goel in 2001 and adopted by American standards FEMA 273. This method is a nonlinear decoupled modal analysis, called by the authors UMRHA (Uncoupled Modal for Response History Analysis) which is mainly characterized by: pushover modal analysis according to the dominant modes of vibration of the structure, setting up nonlinear single degree of freedom systems drawn from modal pushover curves, then determining the history response of the structure by combining of the temporal responses associated with each mode of vibration. The decoupling of nonlinear history responses associated with each mode is the strong assumption of the method UMRHA. In this study, the UMRHA method has been improved by investigating the following points. First of all, several nonlinear single degree of freedom systems drawn from modal pushover curves are proposed to enrich the original UMRHA method, in which a simple elastic-plastic model is used, other elastic-plastic models with different envelope curves, Takeda model taking into account an hysteretic behavior characteristic of structures under earthquakes, and finally, a simplified model based on the frequency degradation as a function of a damage index. The latter nonlinear single degree of freedom model privileges the view of the frequency degradation during the structure damage process relative to a realistic description of hysteresis loops. The total response of the structure is obtained by summing the contributions of the non linear dominant modes to those of linear non dominant modes. Finally, the degradation of the modal shapes due to the structure damage during the seismic loading is taken into account in the new simplified method M-UMRHA (Modified UMRHA) proposed in this study. By generalizing the previous model of frequency degradation as a function of a damage index: the modal shape becomes itself also dependent on a damage index, the maximum displacement at the top of the structure; the evolution of the modal shape as a function of this index is directly obtained from the modal pushover analysis. The pertinence of the new method M-UMRHA is investigated for several types of structures, by adopting tested models of structures simulation under earthquakes: reinforced concrete frame modeled by multifibre elements with uniaxial laws under cyclic loading for concrete and steel, infill masonry wall with diagonal bars elements resistant only in compression, existing building (Grenoble City Hall) with multilayer shell elements and nonlinear biaxial laws based on the concept of smeared and fixed cracks. The obtained results by the proposed simplified method are compared to the reference results derived from the nonlinear response history analysis.

Les séismes constituent une source d’aléas importante pour l’étude de la vulnérabilité d’unbâtiment. Le comportement parasismique des bâtiments à ossatures en bois est particulièrementintéressant. Deux familles de structure à ossature en bois peuvent être distinguées : les ossaturesutilisant les produits industriels que sont les panneaux en bois reconstitué servant à contreventerla structure et les connecteurs métalliques, et les ossatures traditionnelles avec remplissage reposantsur des techniques de construction anciennes et dépendantes du contexte local. L’efficacitédu comportement parasismique des bâtiments à ossature en bois traditionnels avec remplissagereste encore peu reconnue en raison du manque de résultats issus des travaux de recherche.Les travaux présentés dans cette thèse visent ainsi à améliorer les connaissances sur le comportementparasismique de cette typologie constructive. Partant de l’hypothèse selon laquellece comportement est gouverné par la réponse des assemblages par connecteurs métalliques, uneapproche multi-échelles, couplant études expérimentales et études numériques est développée.Elle détaille l’analyse à l’échelle 1 de la connexion, en passant par l’échelle 2 des cellules élémentaires,constitutives des murs, par l’échelle 3 des murs de contreventement pour se finaliserà l’échelle 4 du bâtiment dans son ensemble.Sur le plan expérimental, cette approche permet d’une part, de réaliser des études paramétriqueset ainsi d’appréhender l’influence de la réponse de chaque élément (bois, clous, feuillard,remplissage, contreventement, ouvertures) sur le comportement local (échelles 1 et 2) et global(échelles 3 et 4) de la structure. D’autre part, elle permet de fournir une base de données pourla validation des modélisations numériques aux différentes échelles.Sur le plan de la modélisation numérique, cette approche multi-échelles est fondée sur la priseen compte du comportement non-linéaire hystérétique des assemblages à l’échelle supérieure, parl’intermédiaire d’un macro-élément, développé dans la cadre de la méthode des éléments finis.Ainsi, grâce à une modélisation simplifiée (assemblage des macro-éléments), le calcul est rapide,aussi bien à l’échelle du mur qu’à celle du bâtiment, et intègre les phénomènes non-linéaire locaux.Le modèle peut ainsi prédire de manière relativement précise le comportement dynamique de lastructure complète à l’échelle 4, testée sur table vibrante.L’étude présentée dans ce manuscrit fait partie des travaux précurseurs relatifs à l’analysede la vulnérabilité sismique des ossatures bois avec remplissage. Cette étude débouche sur denombreuses perspectives pour l’analyse de cette typologie constructive. Elle confirme que les bâtimentsà ossatures en bois avec remplissage ont un comportement parasismique très performant. / The seismic vulnerabilty is an important issue in the design of a building. The seismicresistant behavior of timber-framed structures is particularly relevant. Two types of timberframedstructures can be distinguished : the timber-framed structures using industrial products,such as wood-products panels used to brace the structure or metal fasteners, and traditionaltimber-framed structures included infill made of natuarl materials (earth or stones masonry).The seismic resistant behavior efficiency of traditional structures remains poorly recognizedbecause of the lack of research results on this kind of construction.Therefore, the thesis aims at improving the seismic behavior knowledge of timber-framedmasonry. Based on the assumption that their behavior is driven by the response of the metalfasteners connections, a multi-scale approach is proposed. It couples experimental and numericalstudies. At the scale 1 of the connection, at the scale 2 of the elementary constitutive cell ofwalls, at the scale 3 of structural elements such as shear walls and finally at the scale 4 of theentire building.In regards to the experimental work, this method allows, on the one hand, to perform parametricstudies and to analyze the influence of each element (wood member, nails, steel strip,infill, bracing, openings) on the local behavior (scales 1 and 2) and on the global behavior(scales 3 and 4) of the structure. On the other hand, it allows to provide a database to validatethe numerical modeling at each scale.In regards to the numerical work, this multi-scale approach allows to take into account thehysteretic behavior of joints in the development of a macro-element at the scale 2. Thus, thanksto a simplified finite element modeling (macro-element assembly), the computational cost islimited and it allows to take into account the local phenomena. The model is able to predictrelatively accurately the dynamic behavior at the scale 4 of the building, tested on a shakingtable.The study, presented herein, is one of the pioneer work that deals with the analysis of theseismic vulnerability of timber-framed structures with infill panels. This study provides outlookfor the analysis of this type of buildings. It confirms that the timbered masonry structures havea relevant seismic resistant behavior.

The presented work is concerned with the development and application of an ultrasonic detection scheme suitable for the monitoring of muscle dynamics with high temporal - down to 5 µs - and spatial resolution - down to 0.78 µm. A differential detection scheme has been developed to monitor the variations of the velocity of longitudinal polarized ultrasound waves travelling in contracting and relaxing muscle, compensating for variations of the path length by referencing to a frame. The observed time dependent variations of the time-of-flight of the ultrasonic waves caused by variations in the muscle and in addition by minor deformations of the enclosure are detected each separately and synchronously and are evaluated differentially. Beside of the detected increase of the speed of sound observed for contracted muscle with respect to the relaxed state of about 0.6%, the recovery time from maximum isometric contraction is quantified and relaxation processes are observed for the recovery phase following the isometric contraction. The developed ultrasonic calliper was employed to monitor both, the brain controlled and externally excited muscle dynamics with sampling intervals down to 10 ms synchronously with signals relating to the excitation. Monitored are the activation, hold, and relaxation phase for maximum voluntary isometric contraction of the gastrocnemius muscle. A so far not reported post tetanus overshoot and subsequent exponential recovery are observed. Both are attributed to the muscle as suggested by combined monitoring with EMG and are modelled with a lumped mechanical circuit containing an idealized bidirectional linear motor unit, ratchet, damper, and springs. Both, the rapid contraction and relaxation phases require a high order filter or alternatively a kernel filter, attributed to the nerve system as suggested by external electric stimulation. The respective response function is modelled by an electrical lumped circuit. Together with a reaction time and occasionally observed droops in the hold phase, both adjusted empirically, the monitored response is represented in close approximation by the combined electrical and mechanical lumped circuits. The respectively determined model parameters provide a refined evaluation scheme for the performance of monitored athletes. Valuable parameters relate to the latent period, the muscle response time, the activation and deactivation dynamics, a possible droop and other instabilities of the hold phase, and parameters characterizing the relaxation phase including the observed post tetanus overshoot and subsequent contraction. Monitored and modelled are also the different processes involved in active muscle dynamics including isotonic, isometric, and eccentric contraction or stretching. The developed technology provides time sequential observation of these processes and registration of their path in the extension and force parameter space. Under suitable conditions the closed-loop cycles of mind controlled human muscle movements proceed along characteristic lines coinciding with well identifiable elementary processes. The presentation of the monitored processes in the extension and force parameter space allows the determination of the mechanical energy expenditure for the observed different muscle actions. An elementary macroscopic mechanical model has been developed, suitable to express the basic features of the monitored muscle dynamics.:Table of Contents Chapter 1 1. Introduction 1 1.1 Monitoring of muscle biomechanics 1 1.2 Detection methods in biomechanics 2 1.3 Ultrasound in biomechanical application 5 1.4 Skeletal muscle 6 1.5 Activation of skeletal muscle 8 1.6 Catatonus effect 10 Chapter 2 2. Concepts and methods in ultrasonic motion monitoring 12 2.1 Ultrasound 12 2.2 Specific concepts of the developed ultrasonic detection scheme 16 2.2.1 Time-of-flight 17 2.2.2 Cross correlation 18 2.2.3 Concepts of cross correlation 19 2.2.4 Chirp technique 19 Chapter 3 3. Ultrasonic monitoring of the muscle extension 21 3.1 Data analysis 21 3.2 Application of the developed monitoring scheme 23 3.2.1 Fast signal and data acquisition mode 23 3.2.2 Monitoring with off-line evaluation 24 3.2.3 Method 26 3.2.4 Data evaluation 27 3.3 Quasi-continuous monitoring scheme 28 3.3.1 Slow with on-line data processing and display 29 3.3.2 Fast with data storage only 30 3.4 Monitoring with on-line evaluation 34 3.4.1 Application involving monitoring of athletic performance 36 3.4.2 Data evaluation 37 3.4.3 Summary 42 3.5 Comparative study of pre and post physical loading session 43 3.5.1 Method 43 3.5.2 Results 44 3.5.3 Summary 45 Chapter 4 4. High resolution monitoring of the velocity of ultrasound in contracting and relaxing muscle 47 4.1 Methods 49 4.2 Results and evaluation 51 4.2.1 Poission’s ratio for isometrically contracted muscle 52 4.3 Summary 53 Chapter 5 5. Monitoring of muscle dynamics, muscle force, and EMG 56 5.1 Synchronous monitoring of muscle dynamics with muscle force 56 5.1.1 Force-length dynamics under all-out isometric contraction 56 5.1.1.1 Method 56 5.1.1.2 Result and evaluation 58 5.1.2 Force-length dynamics of equal holding monitoring 62 5.1.2.1 Method 62 5.1.2.2 Results and evaluation 63 5.1.3 Summary 67 5.2 Synchronous monitoring of muscle movement with EMG 69 5.2.1 Method 69 5.2.2 Results and evaluation 70 5.3 Synchronous monitoring of muscle movement, EMG and muscle force 73 5.3.1 Method 73 5.3.2 Results and evaluation 74 5.3.3 Summary 77 Chapter 6 6. Monitoring of skeletal muscle dynamics under isometric contraction and modelling of the non-linear response including post tetanus effects 80 6.1 Method 82 6.2 Data analysis 82 6.3 Results and evaluation 82 6.3.1 Mechanical model 83 6.3.2 Equations relating to modelling 85 6.3.3 Comparison of experimental results and modelling 91 6.3.4 Electrical lumped circuit 93 6.4 Summary 100 Chapter 7 7. Lumped Circuit Model and Energy Transfer for quasi-static approximation 101 7.1 Basic muscle model and biomechanical processes 102 7.1.1 Muscle model 102 7.1.2 Force in the muscular motoric processes 104 7.2 Method 104 7.3 Results of experimental observations of muscle action 106 7.3.1 Muscle force and closed-loop contraction dynamics 106 7.3.2 Muscle work considerations 109 7.4 Summary 110 Chapter 8 8.1 Ultrasonic calliper 112 8.2 Interpretation of sound velocity variation in muscle 114 8.3 Monitored muscle dynamics 118 8.4 Isometric muscle action and tetanus effect 121 8.5 Quasi-static muscle action 125 8.6 Summarizing statement with a moderate outlook 126 References 128 Acknowledgements 140 Selbständigkeitserklärung 141