Esta pesquisa compreende a reflexão sobre um conjunto de obras que se enquadram no conceito de Envoltórios para o corpo e para a arquitetura, partindo da perspectiva poética da Arte Contemporânea, tendo como intuito aludir às questões das diversas camadas que, ao longo da vida, vestem e revestem esse corpo nas suas formas de envolver-se e/ou ser envolvido pelo mundo. A ideia de envoltório é aqui tomada como território poroso que encontra abrigo nos interstícios, nas interseções, nos entremeios do dentro e do fora, nas contaminações e nos atravessamentos; membranas como resquícios do tempo e da memória, que se encontram nas extensões com a arquitetura e a paisagem. Essas obras foram apresentadas entre os anos de 2003 e 2017 por meios e materiais diversos, e trazem em sua essência a dicotomia entre a vestidura e o despimento, a proteção e a fragilidade. Durante o processo experimental da pesquisa, investigou-se duas ideias: a Membrana-Corpo e o Corpo-Arquitetura como abrigos da natureza humana, aqui apresentadas como um \"livro de invólucros\". / This research consists of a reflection on a set of artworks based on the concept of body and architecture wrappers from the poetic perspective of Contemporary Art. Its purpose is to allude to the various layers that throughout life, dress and house the body in its ways of involving and / or being involved by the world. The idea of the wrapper is here taken as a porous territory found in the interstices, in the intersections, and the intersperses of the inside and outside space, in its contaminations and crossings: membranes as remnants of time and memory, throughout architecture and landscape. These artworks were presented between the years 2003 and 2017 by various ways and materials, and presenting, in their essence, the dichotomy between wrapping and unwrapping, protection and fragility. During the experimental research process, two ideas emerged: the Body-Membrane and the Architecture-Body as metaphors of human nature, here presented as a \"book of wrappers\".

Esta pesquisa compreende a reflexão sobre um conjunto de obras que se enquadram no conceito de Envoltórios para o corpo e para a arquitetura, partindo da perspectiva poética da Arte Contemporânea, tendo como intuito aludir às questões das diversas camadas que, ao longo da vida, vestem e revestem esse corpo nas suas formas de envolver-se e/ou ser envolvido pelo mundo. A ideia de envoltório é aqui tomada como território poroso que encontra abrigo nos interstícios, nas interseções, nos entremeios do dentro e do fora, nas contaminações e nos atravessamentos; membranas como resquícios do tempo e da memória, que se encontram nas extensões com a arquitetura e a paisagem. Essas obras foram apresentadas entre os anos de 2003 e 2017 por meios e materiais diversos, e trazem em sua essência a dicotomia entre a vestidura e o despimento, a proteção e a fragilidade. Durante o processo experimental da pesquisa, investigou-se duas ideias: a Membrana-Corpo e o Corpo-Arquitetura como abrigos da natureza humana, aqui apresentadas como um \"livro de invólucros\". / This research consists of a reflection on a set of artworks based on the concept of body and architecture wrappers from the poetic perspective of Contemporary Art. Its purpose is to allude to the various layers that throughout life, dress and house the body in its ways of involving and / or being involved by the world. The idea of the wrapper is here taken as a porous territory found in the interstices, in the intersections, and the intersperses of the inside and outside space, in its contaminations and crossings: membranes as remnants of time and memory, throughout architecture and landscape. These artworks were presented between the years 2003 and 2017 by various ways and materials, and presenting, in their essence, the dichotomy between wrapping and unwrapping, protection and fragility. During the experimental research process, two ideas emerged: the Body-Membrane and the Architecture-Body as metaphors of human nature, here presented as a \"book of wrappers\".

L'objectif de ce travail est de contribuer à une meilleure prédiction de la rupture des Anévrismes de l'Aorte Abdominale. Pour ce faire, des simulations par éléments finis ont été mises en oeuvre sur des anévrismes modèles dans des conditions proches de la réalité physiopathologique, i.e. en tenant compte de l'anisotropie de la paroi anévrismale, du caractère poreux du thrombus et des Interactions Fluide-Structure. Dans la première partie, une étude statique en l'absence du thrombus a permis de mettre en évidence l'influence de la géométrie de l'anévrisme et du comportement mécanique (isotrope ou anisotrope) de la paroi sur la distribution des contraintes, i.e. la rupture potentielle de l'anévrisme, ainsi que sur l'évolution du module de Peterson. Dans la seconde partie, une modélisation poro-hyperélastique du thrombus est proposée, en s'appuyant sur des données expérimentales de la littérature. La prise en compte de ce comportement et des Interactions Fluide-Structure montre que la pression intra-thrombus demeure du même ordre de grandeur que la pression intra-luminale, conformément à des mesures in vivo réalisées par ailleurs. Enfin, nous montrons que ceci n'est pas en contradiction avec une réduction du risque de rupture potentielle de l'anévrisme.

De nouveaux outils de modélisation permettant de contribuer au développement de véhicules silencieux sont développés. Ils sont fondes sur des modèles continus de propagation d'ondes en milieux poro- et viscoélastiques. Par l'exploitation des spécificités géométriques des éléments étudiés, les temps de calculs associes peuvent être grandement améliorés par rapport a l'utilisation de modélisations plus traditionnelles. Ainsi, l'utilisation de fonctions analytiques pré-déterminées pour une ou deux directions permet de réduire la dimension spatiale du problème numérique restant a résoudre. Cette réduction de dimension spatiale est introduite pour deux configurations privilégiées. Premièrement, elle est appliquée a la propagation d'ondes au sein de cylindres creux, infiniment longs, et homogènes, ou guides d'onde, en matériau viscoélastique. Les solutions obtenues en termes d'ondes sont ensuite utilisées afin de modéliser des amortisseurs de vibration en caoutchouc, de longueur finie, en faisant correspondre les modes aux conditions limites radiales du problème. Dans un deuxième temps, une méthode de réduction de la dimension spatiale du problème est appliquée a la modélisation des tructures multicouches avec symétrie de révolution, composées de domaines poro-élastiques, élastiques et fluides. En utilisant une décomposition en série harmonique de la dépendance spatiale azimutale,le problème d'origine, en trois dimensions, est décomposé en plusieurs petits problèmes de deux dimensions, réduisant radicalement le coût en temps de calcul. De plus, par une méthode mixte alliant mesures et méthodes numériques, les caractéristiques d'un amortisseur visqueux de poids lourd sont déterminées, dans le domaine fréquentiel audible, illustrant l'influence des coussinets en caoutchouc au niveau des attaches avec les pièces voisines. Les approches de modélisation présentées dans cette thèse ont pour but de contribuer aux outils de conception de véhicules nouveaux, intégrant de nouvelles technologies permettant de s'inscrire dans l'objectif de produire des véhicules durables. Tout particulièrement, ces outils ont pour objectif l'amélioration de la modélisation des vibrations et nuisances sonores, qui sont souvent pénalisés lors de la conception de nouveaux concepts de véhicules durables. / New modelling tools intended to contribute to the development of components for quieter vehicles are developed. The tools are based on continuum models for wave propagation in poro– and visco–elastic media. By using geometric attributes of the studied components, the computational cost may be radically decreased compared to traditional methods. By assigning known analytical functions for one or two of the spatial directions, the spatial dimension of the remaining numerical problem is reduced. This reduction of spatial dimensions is performed in two di↵erent ways. The first one treats wave propagation in infinitely extended homogeneous and hollowed cylindrical rods, or wave guides, consisting of visco–elastic media. The wave solutions obtained are then used to model rubber vibration isolators of finite length by mode–matching the fields to the radial boundary conditions of interest. The second one is a method for modelling rotationally symmetric multilayered structures consisting of poro–elastic, elastic and fluid domains. By using a harmonic expansion for the azimuthal spatial dependence, the original three–dimensional problem is split up into several, much smaller, two– dimensional ones, radically decreasing the computational load.Moreover, using a mixed measurement/modelling approach, the audible frequency range characteristics of a viscous damper from a truck is studied, illustrating the influence of the rubber bushings by which it is attached to surrounding structures.The modelling approaches presented in this thesis are intended as tools aiding the design process of new vehicles, enabling new technology striving for more sustainable vehicle concepts. More specifically, the tools aim to improve the modelling of sound and vibration properties which are often penalised when seeking new, more sustainable vehicle designs.

Le béton est un matériau dont le comportement est complexe, notamment dans le cas de sollicitations extrêmes. L’objectif de cette thèse est de caractériser expérimentalement le comportement du béton lorsque celui-ci est soumis à des sollicitations générées par un impact (compression confinée et traction dynamique) ; et de développer un outil numérique robuste permettant de modéliser son comportement de manière fiable. Dans la partie expérimentale, on a étudié des échantillons de béton provenant du centre de VTT (Centre de recherche technique en Finlande). Dans un premier temps, des essais statiques de compression triaxiale dont le confinement varie de 0 MPa (compression simple) à 600 MPa ont été réalisés. On observe que, sous l’effet de confinement la rigidité du béton devient plus importante à cause de la réduction de la porosité. Par conséquent, la résistance maximale au cisaillement du béton est augmentée. La présence d’eau joue un rôle important lorsque le degré de saturation est élevé et le béton est soumis à un fort confinement. Au delà d’un certain seuil de confinement, la résistance maximale au cisaillement diminue avec l’augmentation de la teneur en eau. L’eau influence également le comportement volumique du béton. Lorsque tous les pores libres du béton sont fermés sous l’effet de la compaction, la faible compressibilité de l’eau s’oppose à la déformation du béton, de sorte que le béton humide est moins déformé que le béton sec pour une même contrainte moyenne. Le deuxième volet du programme expérimental concerne des essais de traction dynamique à différentes vitesses de chargement, et à différents états d’humidité du béton. Les résultats obtenus montrent que la résistance en traction du béton C50 peut augmenter jusqu’à 5 fois par rapport à sa résistance statique pour une vitesse de déformation de l’ordre de 100 s-1. Dans la partie numérique, on s’intéresse à développer le modèle de comportement du béton PRM couplé (Pontiroli-Rouquand-Mazars) capable de prédire le comportement du béton sous impact. Ce modèle repose sur un couplage entre un modèle d’endommagement capable de décrire des mécanismes de dégradation et de fissuration du béton à faible confinement et un modèle de plasticité permettant de simuler le comportement du béton sous très fort confinement. L’identification du modèle a été réalisée avec les résultats des essais expérimentaux. L’amélioration du modèle, notamment sur le modèle de plasticité, porte sur trois points principaux : prise en compte de l’effet de la contrainte déviatoire dans le calcul de la contrainte moyenne ; de l’effet de l’eau avec la loi poro-mécanique au lieu de la loi des mélanges ; amélioration de la variable de couplage entre le modèle d’endommagment et le modèle élastoplastique avec une prise en compte de l’angle de Lode. Ces améliorations ont ensuite été validées par une confrontation des résultats numériques obtenus et des essais de type impact qui démontrent la fiabilité de la prédiction du modèle. Le modèle amélioré est capable de reproduire le comportement du béton sous différents trajets de chargement et à différents niveaux de confinement tout en tenant compte du degré de saturation du béton. / Concrete is a material whose behavior is complex, especially in cases of extreme loads. The objective of this thesis is to carry out an experimental characterization of the behavior of concrete under impact-generated stresses (confined compression and dynamic traction) and to develop a robust numerical tool to reliably model this behavior. In the experimental part, we have studied concrete samples from the VTT center (Technical Research Center of Finland). At first, quasi-static triaxial compressions with the confinement varies from 0 MPa (unconfined compression test) to 600 MPa were realized. The stiffness of the concrete increases with confinement pressure because of the reduction of porosity. Therefore, the maximum shear strength of the concrete is increased. The presence of water plays an important role when the degree of saturation is high and the concrete is subjected to high confinement pressure. Beyond a certain level of confinement pressure, the maximum shear strength of concrete decreases with increasing water content. The effect of water also influences the volumic behavior of concrete. When all free pores are closed as a result of compaction, the low compressibility of the water prevents the deformation of the concrete, whereby the wet concrete is less deformed than the dry concrete for the same mean stress. The second part of the experimental program concerns dynamic tensile tests at different loading velocities, and different moisture conditions of concrete. The results show that the tensile strength of concrete C50 may increase up to 5 times compared to its static strength for a strain rate of about 100 s-1. In the numerical part, we are interested in improving an existing constitutive coupled model of concrete behavior called PRM (Pontiroli-Rouquand-Mazars) to predict the concrete behavior under impact. This model is based on a coupling between a damage model which is able to describe the degradation mechanisms and cracking of the concrete at weak confinement pressure and a plasticity model which allows to reproduce the concrete behavior under strong confinement pressure. The identification of the model was done using the results of experimental tests. The improvement of this model, especially the plasticity part, focuses on three main points : taking into account the effect of the deviatoric stress in the calculation of the mean stress; better accounting for the effect of water using poromechanical law instead of mixing law, improvement of the coupling variable between the damage model and the elastoplastic model with consideration of the Lode angle. These improvements were then validated by comparing numerical results and impact tests. The improved model is capable of reproducing the behavior of concrete under different loading paths and at different levels of confinement pressure while taking into account the degree of saturation of concrete.

Le manque de granulats de qualité dans certaines régions françaises tend à devenir un problème majeur pour les entreprises de travaux publics. En effet, avec une consommation annuelle de 200 millions de tonnes de granulats, la route se doit de faire face en imaginant de nouvelles solutions comme la valorisation de certains matériaux.La craie, située entre roche et sol, possède une place particulière dans le monde des travaux publics. En effet, si son usage est relativement bien maîtrisé en vue de la réalisation de remblais ou de couches de forme, il en est tout autrement des couches d’assise de chaussées.Ce type de matériau est usuellement rejeté de la conception des assises de chaussées car il ne s’insère pas dans les guides normatifs utilisés par les professionnels de la route. Les performances mécaniques et la grande sensibilité à l’eau de ce matériau ne lui permettent pas d’entrer dans les spécifications requises par les normes. Cependant, il est tout à fait envisageable que la craie trouve sa place de manière totale ou partielle en assise de chaussée.Ce matériau que l’on trouve en abondance dans certaines régions françaises pauvres en granulats "haut de gamme" (Nord-Pas de Calais, Champagne-Ardenne…), pourrait ainsi palier un certain manque, participer à la préservation de ressources naturelles et économiser frais et pollution générés par un approvisionnement lointain.Ces travaux menés en partenariat entre le Laboratoire de Génie Civil de l’Ecole Centrale de Lille et le Laboratoire Routier Eurovia de Loos ont donc pour but de proposer des pistes d’amélioration des performances mécaniques de la craie en vue de sa valorisation en assise de chaussée routière / The lack of high quality aggregates in some French regions seems to become a main issue for road work firms. With an annual consumption of 200 millions tonnes of aggregates, road professionals must square up finding new solutions like the valorisation of some forgotten materials. Between rock and soil, chalk has a particular position in road work. While its use is relatively well managed for the realisation of fills and subgrade courses, the same certainly cannot be said for base courses. This kind of material is usually rejected for the design of road base courses because it is not approved within the current standards used by road professionals. Indeed, the low mechanical performances and the high water sensibility of chalk do not allow this material to be used. However, it seems possible to find some pre-treatments to harden chalk for a use in road base courses.This material is found profusely in some French regions otherwise limited in upscale aggregates (Nord-Pas de Calais, Champagne-Ardenne…). Therefore, valorising chalk may overcome the lack of aggregates, contribute to the preservation of natural resources, save up money and avoid pollution due to distant supplying.The study presented here is conducted in partnership between the Ecole Centrale de Lille Civil Engineering Laboratory and the Eurovia Roadworks Laboratory of Loos. We provide several trails aimed at improving the mechanical properties of chalk for its use in road base courses

Abstract Grazing by reindeer (Rangifer tarandus L.) affects vegetation and soil microbial processes in tundra ecosystems. It is considered that grazing can induce two alternative vegetation states that differ in plant species composition and the rate of nutrient cycling. I hypothesised that these alternative vegetation states differ in ecosystem responses to climate warming. I tested the hypothesis using a factorial warming and fertilisation experiment on long-term lightly grazed (LG) and heavily grazed (HG) tundra. The reindeer grazing induced vegetation shift from dwarf shrubs to graminoids increased microbial activities for SOM decomposition. The grazer-induced shifts in vegetation and microbial activities in combination with the fertilisation via urine and faeces had important consequences on soil N availability and soil C quality that determined the ecosystem-level consequences of climate warming. Due to higher soil N availability, warming increased plant productivity (GEP) on HG but not on LG tundra, where N limitation prevented the warming-increased plant production. The varying effects of warming on GEP at different grazing intensities determined the effects of warming on ecosystem net C sink, which was unaffected by warming on HG but decreased on LG tundra. Reindeer grazing reduced the soil C quality, as soils under LG stored a higher proportion of carbohydrates vulnerable to microbial decomposition than soils under HG. According to laboratory soil incubations, the grazer-induced reduction in soil C quality mitigated the responses of soil microbial activity to prolonged warming. Warming caused a stronger decrease in concentrations of phenolics, an important means of plant defence against biotic and abiotic stresses, in Empetrum nigrum ssp. hermaphroditum under HG than LG. Grazing history by reindeer, with the associated vegetation shift from dwarf shrubs to graminoids, can significantly alter the ecosystem-level consequences of climate warming. Overall, this thesis highlights that the effects of reindeer grazing on soil properties, soil N availability and C quality, are important determinants of the ecosystem responses to climate warming. Therefore, future research on climate warming should take into account herbivores and aim towards a more holistic approach that includes both aboveground and belowground components of the ecosystem. / Tiivistelmä Tundralla porolaidunnus vaikuttaa kasvillisuuteen ja maaperän mikrobien toimintaan. Porolaidunnus voi aikaansaada kaksi vaihtoehtoista kasvillisuuden tilaa, jotka eroavat toisistaan paitsi kasvilajiston myös ravinnekierron suhteen. Esitin hypoteesin, jonka mukaan ilmaston lämpenemisen vaikutukset eroavat tundratyypeillä, jotka edustavat vaihtoehtoisia kasvillisuustiloja. Testasin hypoteesia faktoriaalisen lämmitys- ja lannoituskokeen avulla tundra-alueilla, joilla poron laidunnuspaine on ollut pitkäaikaisesti joko kevyttä tai voimakasta. Poron aiheuttama kasvillisuusmuutos varpuvaltaisesta heinävaltaiseksi lisäsi maaperän mikrobien hajotusaktiivisuutta. Poron aiheuttamat erot kasvillisuudessa ja mikrobiaktiivisuuksissa yhdessä virtsan ja papanoiden lannoittavan vaikutuksen kanssa muuttivat maaperän typen saatavuutta sekä hiilen laatua. Erot maaperän ominaisuuksissa puolestaan ohjasivat ilmaston lämpenemisen ekosysteemitason vaikutuksia. Lämmitys kasvatti ekosysteemituotantoa ravinteikkaalla voimakkaasti laidunnetulla tundralla mutta ei kevyesti laidunnetulla tundralla, joka oli typpirajoitteinen. Lämmityksen erilaiset vaikutukset ekosysteemituotantoon eri laidunpaineissa määrittivät lämmityksen vaikutuksen ekosysteemin hiilinieluun, joka pysyi muuttumattomana voimakkaasti laidunnetulla tundralla mutta pieneni kevyesti laidunnetulla tundralla. Porolaidunnus alensi maaperän hiilen laatua, ja kevyesti laidunnetulla tundralla maaperässä oli enemmän mikrobien hajotukselle alttiita hiilihydraatteja kuin voimakkaasti laidunnetulla tundralla. Laboratoriossa suoritetun inkubaatiokokeen perusteella maaperän hiilen alhaisempi laatu lievensi mikrobien hajotusaktiivisuuden vastetta pitkäaikaiseen lämmitykseen. Lämmitys vähensi pohjanvariksenmarjan fenoliyhdisteiden, jotka ovat tärkeä osa kasvien puolustusta bioottisia ja abioottisia stressitekijöitä vastaan, pitoisuuksia enemmän voimakkaasti kuin kevyesti laidunnetulla tundralla. Poron laidunnushistoria yhdessä kasvillisuusmuutoksen kanssa voi merkittävästi vaikuttaa ilmaston lämpenemisen ekosysteemitason seurauksiin. Tämän väitöstyön tulokset osoittavat, että poron vaikutukset maaperän typpeen ja hiileen määrittävät lämpenemisen vaikutukset ekosysteemissä. Tulevaisuudessa ilmastonmuutostutkimuksen pitäisikin kokonaisvaltaisemmin huomioida sekä herbivorian että ekosysteemin eri osien merkitys.

Abstract Air temperatures in high-latitude regions are anticipated to rise by several degrees by the end of the century and result in substantial northward shifts of species. These changes will likely affect the source and sink dynamics of greenhouse gases and possibly lead to a net carbon release from high-latitude soils to the atmosphere. However, regional differences in carbon cycling depend highly on the vegetation community composition, which may be controlled by the abundance of herbivores. I investigated whether mammalian herbivores, mainly reindeer and rodents, alter ecosystem carbon storage through their impacts on vegetation and on dominant plant functional traits. I combined observations of recent changes in ecosystem carbon with experimental field manipulations of both herbivory and climate change and measured carbon storage in vegetation and soil, the uptake and release of carbon dioxide, microbial activity and compared these to plant community composition. Results of my PhD thesis show that under ambient conditions, the impacts of herbivory on both above- and belowground carbon storage ranged from positive to negative. Herbivory altered dominant plant functional traits and these were fairly good predictors of the changes in soil carbon. When combined with experimental warming, herbivory continued to exert control on the dominant plant functional traits but the strong effects of warming on ecosystem carbon storage mostly concealed the impact of herbivory. Interestingly, herbivory–nutrient interactions that were not linked to dominant functional traits determined the consequences of warming on soil carbon. Taken together, I show clear and site-specific impacts of herbivores on vegetation and ecosystem carbon storage and the processes that govern them. Therefore, I suggest that an improved understanding of the role of herbivory in the global carbon cycle could improve estimations of global carbon–climate feedbacks. / Tiivistelmä Vuosisadan loppuun mennessä arktisten alueiden lämpötilan odotetaan nousevan usealla asteella ja johtavan lajien siirtymiseen yhä pohjoisemmaksi. Nämä muutokset todennäköisesti muuttavat pohjoisten ekosysteemien kykyä vapauttaa ja sitoa ilmakehän hiiltä ja saattavat johtaa siihen, että yhä enemmän hiiltä vapautuu tundramailta ilmakehään. Kuitenkin paikallisesti hiilenkierto on riippuvainen kasviyhteisöstä ja erityisesti kasvien funktionaalisista ominaisuuksista. Väitöskirjassani tutkin, voivatko herbivorit, pääasiassa porot sekä jyrsijät, muokata hiilenkiertoa muuttamalla kasvillisuutta. Tutkimuksissani seurasin kuinka alueen laidunnushistoria on muokannut hiilivarastoja ja hiilenkiertoa tällä hetkellä ja pyrin arvioimaan herbivorien vaikutusta lämpenevässä ilmastossa kokeiden avulla, joissa manipuloidaan sekä herbivoriaa että lämpötilaa tai ravinteiden saatavuutta. Tulokseni perustuvat arvioihin hiilen varastoista, hiilidioksidin vapautumisesta ja sitoutumisesta sekä mikrobien aktiivisuudesta, joita vertaan kasviyhteisöön. Tulokseni osoittavat, että herbivoria voi joko lisätä tai vähentää ekosysteemin hiilivarastoja sekä maan päällä että maan alla. Muutokset hiilivarastoissa selittyivät varsin hyvin herbivorien tuottamilla kasvillisuusmuutoksilla ja valtalajien funktionaalisilla ominaisuuksilla. Herbivoria muokkasi kasviyhteisöä myös kokeellisen lämmityksen yhteydessä, mutta lämmityksen välittömät vaikutukset hiilivarastoihin peittivät suureksi osaksi alleen herbivorian vaikutukset. Kuitenkin herbivorian ja lannoituksen kasvillisuusmuutoksista riippumattomat yhdysvaikutukset määrittivät lämpenemisen seuraukset maan hiileen. Kaiken kaikkiaan, tutkimukseni osoittaa, että herbivorit voivat paikkakohtaisesti muokata kasvillisuutta, ekosysteemin hiilivarastoja sekä hiilenkierron prosesseja. Näiden tulosten myötä ehdotan, että parempi ymmärrys herbivorian vaikutuksista maailmanlaajuisesti voisi parantaa nykyisiä ennusteita siitä, kuinka ilmaston lämpeneminen muuttaa hiilenkiertoa.

<p dir="ltr">In the field of noise control engineering, the development of effective low-frequency sound absorption treatments has long been a challenge, since conventional solutions tend to require impractically thick layers of traditional porous materials, such as fibrous materials and foams. In contrast, high surface area particles, such as granular activated carbon (GAC) particles, milled aerogels, and zeolites, have inner-particle pores at micro and nano scales, which improve the low-frequency absorption by slowing the local sound speed. As a result, a 30 mm thick GAC stack can achieve an absorption coefficient of 0.3 at 100 Hz. Hence, these materials have already been used in various low-frequency applications in place of fibrous or foam layers: e.g., MEMS speaker back cavities, Helmholtz resonator liners, micro-perforated panel absorbers, and membrane absorbers. One major practical goal of this research was to determine how best to model and optimize novel treatments consisting in whole or in part of high surface area granular materials. </p><p dir="ltr">The detailed work presented in this thesis starts with a review of acoustical models of various material types, followed by two approaches to modeling and coupling different types of layers in a general and stable manner. In particular, in the second approach, a large, complicated system is divided into a series of small systems, hence avoiding the direct inverse solution of large systems. As a result, the second approach is more efficient and enables computationally intensive tasks such as multi-layer material characterization and sound package optimization. In addition to the modeling techniques, different types of granular stacks’ acoustical behavior were also experimentally investigated and summarized: i.e., 1. the edge-constraint effect resulting from the friction at the wall of the impedance tube; 2. level-dependent behavior; 3. time-dependent behavior; and 4. other non-linear behavior. To capture the observed acoustical physics of GAC stacks, a triple-porosity poro-elastic model with a depth-dependent modulus was described, followed by characterization frameworks to model the stacks subject to the edge-constraint effect as well as varying excitation levels. These frameworks were validated by comparing the absorption spectra predicted by using the inferred material properties with impedance tube measurements of GAC stacks with varying depths, diameters, and exposure levels. In the end, a novel sound absorption treatment was presented (a GAC stack supported by a soft, porous layer), which was subsequently optimized to develop broadband absorbers.</p>

[EN] This PhD Thesis is aimed at widening and improving the existing knowledge on the relationships between structure and uni-axial compression mechanical properties of aluminium foams obtained by the melting route. Aluminium foams, like other cellular materials, show high specific stiffness and mechanical strength, and are able to absorb energy under compression loads by plastic collapse. They are fire resistant and more isotropic than honeycomb structures. These characteristics justify recent industrial and scientific interest on manufacture and applications of metal foams in crash protection systems for vehicles or in lightweight modular structures. Despite their potential advantages, existing foams still show limitations compared to other cellular materials due to high manufacturing costs, the difficulty to obtain higher and more reproducible mechanical properties and the limited knowledge on the stabilization mechanisms and on the control of the structure. Experimental work has been carried out on aluminium foams obtained by the melting route, stabilized with calcium and foamed by addition of TiH2. In contrast with other studies, the extent of the structural characterization has spread from microstructure to the global macro-structure of the foam, providing a more complete picture of the phenomena that control the structure and properties. Cellular structure has been analysed by original image analysis techniques, determining the main parameters of the foam: thicknesses, material distribution, cell sizes and preferential orientations. Macrostructural analysis allowed determining the existence of a systematic and reproducible density gradient in the vertical direction, associated with the increase of cell edge thickness due to gravitational drainage. The foam Al-Ca-Ti alloy has been analysed and characterized, identifying the intermetallics that play the role of stabilizing agents during foaming. As original contribution, tensile mechanical testing of the solid material has been performed. Mechanical strength and energy absorption have been evaluated by compression testing at room and high temperature. Structural anisotropy and density gradients allowed quantifying and justifying deviations in mechanical properties for samples with similar density, allocated in previous studies to random effects. Density gradients in foam panels influence as well the slope of the stress-strain curve in the plastic zone and as a consequence, the efficiency in energy absorption, generating a predictable and measurable scale effect. Strength values measured experimentally have been checked against Gibson and Ashby classic dimensional models, concluding that these cannot predict correctly the mechanical behavior of closed cell aluminium foams. As an alternative, optimized models incorporating the effect of material ratio in cell edges as a function of relative density have been proposed, allowing the correct prediction of strength and the potential effects of the foam relative density. As an original contribution for the analysis of the energy absorption properties, the use of "diagrams of energy absorption per unit of stress" is suggested, allowing the determination of the optimum design strength and strain values for impact protection in a quicker and easier way than previously existing procedures. Finally, FEM simulation has been carried out for the analysis of the effects of wall thickness dispersion and structural anisotropy on collapse stresses. / [ES] Esta tesis tiene como principal objetivo mejorar y ampliar el conocimiento existente sobre las relaciones entre la estructura de las espumas de aluminio de poro cerrado obtenidas por fusión y las propiedades mecánicas bajo cargas de compresión uniaxial. Las espumas de aluminio, como otros materiales celulares, presentan elevadas propiedades específicas de rigidez y resistencia mecánica, así como una elevada absorción de energía bajo cargas de compresión. Presentan mayor resistencia al fuego que las espumas poliméricas y un comportamiento más isótropo que las estructuras de tipo panal. Estas características justifican el reciente interés industrial y científico sobre tecnologías de obtención y sobre aplicaciones en sistemas de protección contra impacto en vehículos o en construcciones modulares ligeras. A pesar de sus ventajas potenciales, las espumas disponibles presentan todavía limitaciones frente a otros materiales celulares debido al alto coste de obtención, a la dificultad de obtener propiedades mecánicas más elevadas y reproducibles, y a las limitaciones del conocimiento existente sobre los mecanismos de estabilización y sobre el control de la estructura. El trabajo experimental se ha llevado a cabo sobre espumas de aluminio obtenidas por fusión, estabilizadas mediante adición de calcio y espumadas internamente mediante TiH2. Frente a otros trabajos, en esta Tesis el alcance de la caracterización estructural se ha extendido desde la microestructura a la macro-estructura global de la espuma, aportando una visión más completa de los fenómenos que controlan la estructura y las propiedades. La estructura celular ha sido analizada mediante técnicas originales de análisis de imagen, determinando los parámetros significativos: espesores, distribución del material, tamaños de celda y orientaciones preferentes. El análisis macroestructural ha permitido determinar la existencia de un gradiente sistemático y reproducible de densidad en sentido vertical, asociado al incremento de los espesores de bordes que genera el drenaje gravitacional. Se ha analizado y caracterizado la aleación Al-Ca-Ti que forma la espuma, identificando los intermetálicos que actúan como estabilizadores, y con carácter original, se han llevado a cabo ensayos de tracción del material sólido. La resistencia y la absorción de energía se han evaluado mediante ensayos de compresión a temperatura ambiente y a alta temperatura. La anisotropía estructural y los gradientes de densidad han permitido cuantificar y justificar las desviaciones en los valores de resistencia observados para muestras de similar densidad, que en otros trabajos se atribuyen a efectos aleatorios. La existencia de gradientes de densidad en los paneles afecta además a la pendiente de la curva tensión-deformación en la zona plástica y a la eficiencia en la absorción de energía, generando un efecto de escala que resulta predecible y cuantificable. Los valores de resistencia medidos experimentalmente se han contrastado frente a los modelos dimensionales clásicos propuestos por Gibson y Ashby, concluyendo que dichos modelos no predicen correctamente el comportamiento de las espumas de aluminio de poro cerrado. Como alternativa se proponen modelos optimizados que incorporan los efectos de la fracción de material en bordes sobre la densidad, y que permiten predecir correctamente tanto los niveles de resistencia como los efectos potenciales de la densidad relativa. Con carácter original, para el análisis de las propiedades de absorción de energía se propone el uso de "diagramas de absorción de energía específica por unidad de tensión", que permiten determinar el punto óptimo de utilización de las espumas de modo más rápido y eficiente que otros procedimientos ya disponibles. Finalmente, se ha llevado a cabo mediante simulación MEF un análisis de los efectos que la dispersión de espesores de paredes y la anisotropía t / [CA] Aquesta tesi té com a principal objectiu millorar i ampliar el coneixement existent sobre les relacions entre l'estructura de les escumes d'alumini de porus tancat obtingudes per fusió i les propietats mecàniques sota càrregues de compressió uniaxial. Les escumes d'alumini, com altres materials cel·lulars, presenten elevades propietats específiques de rigidesa i resistència mecànica, així com una elevada absorció d'energia sota càrregues de compressió. Presenten major resistència al foc que les escumes polimèriques i un comportament més isòtrop que les estructures de niu d'abella. Aquestes característiques justifiquen el recent interès industrial i científic sobre tecnologies d'obtenció i sobre aplicacions en sistemes de protecció contra impacte en vehicles o en construccions modulars lleugeres. Malgrat els seus avantatges potencials, les escumes disponibles presenten encara limitacions enfront d'altres materials cel·lulars a causa de l'alt cost d'obtenció, a la dificultat d'obtenir propietats mecàniques més elevades i reproduïbles, i a les limitacions del coneixement existent sobre els mecanismes d'estabilització i sobre el control de l'estructura. El treball experimental s'ha dut a terme sobre escumes d'alumini obtingudes per fusió, estabilitzades mitjançant addició de calci i escumejades internament mitjançant TiH2. Enfront d'altres treballs, en aquesta Tesi l'abast de la caracterització estructural s'ha estès des de la microestructura a la macro-estructura global de l'escuma, aportant una visió més completa dels fenòmens que controlen l'estructura i les propietats. L'estructura cel·lular ha sigut analitzada mitjançant tècniques originals d'anàlisis d'imatge, determinant els paràmetres significatius: espessors, distribució del material, grandàries de cel·la i orientacions preferents. L'anàlisi macro-estructural ha permès determinar l'existència d'un gradient sistemàtic i reproduïble de densitat en sentit vertical, associat a l'increment dels espessors de vores que genera el drenatge gravitacional. S'ha analitzat i caracteritzat l'aliatge Al-Ca-Ti que forma l'escuma, identificant els intermetàl·lics que actuen com a estabilitzadors, i amb caràcter original, s'han dut a terme assajos de tracció del material sòlid. La resistència i l'absorció d'energia s'han avaluat mitjançant assajos de compressió a temperatura ambient i a alta temperatura. L'anisotropia estructural i els gradients de densitat han permès quantificar i justificar les desviacions en els valors de resistència observats per a mostres de similar densitat, que en altres treballs s'atribueixen a efectes aleatoris. L'existència de gradients de densitat en els panells afecta a més al pendent de la corba tensió-deformació en la zona plàstica i a l'eficiència en l'absorció d'energia, generant un efecte d'escala que resulta predictible i quantificable. Els valors de resistència mesurats experimentalment s'han contrastat enfront dels models dimensionals clàssics proposats per Gibson i Ashby, concloent que aquests models no prediuen correctament el comportament de les escumes d'alumini de porus tancat. Com a alternativa es proposen models optimitzats que incorporen els efectes de la fracció de material en vores sobre la densitat, i que permeten predir correctament tant els nivells de resistència com els efectes potencials de la densitat relativa. Amb caràcter original, per a l'anàlisi de les propietats d'absorció d'energia es proposa l'ús de "diagrames d'absorció d'energia específica per unitat de tensió", que permeten determinar el punt òptim d'utilització de les escumes de manera més ràpida i eficient que altres procediments ja disponibles. Finalment, s'han dut a terme mitjançant simulació MEF anàlisis dels efectes que la dispersió d'espessors de parets i l'anisotropia tenen sobre les tensions de col·lapse. / Cárcel González, B. (2016). Efectos de la estructura celular sobre el comportamiento mecánico de espumas de aluminio de poro cerrado obtenidas por fusión. Aplicación en absorbedores de energía [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61298