Thesis (Ph.D.)--Victoria University of Wellington, 2008. / Embargoed until 16 March 2011. Includes bibliographical references.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la gestion des modèles de lignes de produits logiciels complexes. L'ingénierie des lignes de produits logiciels a pour objectif de modéliser et développer une famille de produits logiciels présentant un ensemble de similarités plutôt que de modéliser et développer des produits logiciels individuels au cas par cas. La modélisation, cependant, peut se révéler une tâche difficile voir même infaisable quand il s'agit de modéliser des lignes de produits logiciels complexes et à grande échelle. Pour résoudre un tel problème, la tâche de modélisation est distribuée sur différents intervenants. Les modèles développés séparément doivent alors être composés pour obtenir le modèle global de la ligne de produits logiciels. Toutefois, la composition des modèles de lignes de produits logiciels n'est pas une tâche triviale car elle doit prendre en compte l'information de variabilité des éléments de modèles, les contraintes de variabilité, la structure des modèles manipulés et la sémantique ciblée par la composition. L'objectif de cette thèse est de fournir des mécanismes de composition des modèles de lignes de produits logiciels. Pour cela, deux mécanismes sont proposés : la fusion et l'agrégation. La fusion a pour objectif de combiner des modèles présentant des similarités au niveau de leurs éléments structurels. Alors que l'agrégation vise à composer des modèles ne possèdent pas de similarités mais plutôt d'éventuelles contraintes transversales reliant leurs éléments structurels. Les modèles utilisés sont représentés sous une vue de structures composites d'UML et incluent des annotations spécifiques des éléments variables. Les mécanismes que nous proposons traitent l'information de variabilité des éléments structurels manipulés, les contraintes de variabilités associées aux éléments annotés variables ainsi que l'aspect structurel des modèles à composer. Les mécanismes de composition proposés sont définis selon des propriétés sémantiques bien précises décrivant le but de la composition. Ces propriétés sémantiques doivent alors être vérifiées tout au long du processus de composition. A la fin, une évaluation du travail effectué permet de montrer la capacité à composer des modèles de lignes de produits logiciels en un temps raisonnable ainsi que l'importance de la consolidation des modèles structurels dans la réduction du nombre de produits structurellement incomplets.

Vinylesters are termosets resins that have reactive double bond at the chain ends. They are produced by the reaction of various epoxies and acrylic acids by step growth polymerization. Vinylester chains are oligomers with molecular weight from 600 to 1200 g/mol. The resin viscosity is very high / therefore, diluent is used for easy application. The generally used diluent is styrene with, reactive double bonds to form a crosslink between the chains. The diluted resin viscosities are between 200 &amp / #8211 / 2000 cps. Peroxide initiators are used for network formation. The mechanical properties of vinylester resin are enhanced with reinforcements such as glass fiber, carbon fiber, Kevlar or nanoparticules to make composites. Various molecular weights of vinylester resins were synthesized and the samples were prepared with different styrene contents. The effects of the styrene content, temperature and molecular weight on the viscosity were measured and examined. The main effects were determined as styrene content and temperature, while the effect of molecular weight is negligible. The resins were characterized with IR and NMR spectroscopy. The molecular weights were determined by theoretical calculations, titration and H-NMR spectroscopy. Peroxide initiators were used to cure the resins with the cobalt complex accelerator. The resins were post-cured at different temperatures. The completion of the curing was monitored by the disappearance of the carbon-carbon double bonds of methacrylate (943 cm-1) and styrene (910 cm-1), by FT-IR spectrum. The effects of styrene content, post-cure conditions, and molecular weight on the mechanical properties were discussed. The glass transition temperatures were determined by DSC and DMA. The crosslink densities and rheological properties were determined by creep test. The important properties of vinylester resins, which are modulus, tensile and flexural strength, shrinkage, water absorption, glass transition temperature, HDT values and impact strength were investigated.

This diploma thesis deals with the design and assessment of the two different variants of the steel structure of the business centre. The building is situated in Uherské Hradiště. The construction has several floors and the ground floor in the 1st floor is 32 x 32 m, it gradually extends evenly up in 2nd floor and 5th floor, to the total ground plan dimensions of 48 x 48 m. The building has 8 floors and its maximum construction height is 40 m. The supporting system of the structure is designed from S 355 steel, it consists of steel-concrete beams, dies and columns.

The aim of the diploma thesis is to design and assessment of the steel structure of shopping mall, which is situated in Brno. Three variants were processed, from which one was selected for more detailed processing. Variants have hexagonal floor plan with maximum dimension 60,0 m, four floors and same structural solution. They differ in plan of secondary beams and columns, in floor plan of glass atrium and used cross-sections. Building´s load-bearing structure consists of pin-supported columns, primary beams, secondary beams and purlins. Rigidity of the structure is enshured by system of vertical bracings and in horizontal direction by composite slab. The structure elements are made of steel S355, except secondary beams, which are made of steel S235.

En i dagsläget vanlig byggteknik i Sverige är användandet av en stålstomme i kombination medprefabricerade betonghåldäck. Detta arbete grundar sig på frågeställningen om KL-träbjälklag skullekunna vara ett reellt alternativ till betongbjälklag i en sådan konstruktion, i kombination medhattbalkar. Som ett första steg skisserades en typkonstruktion för att ha en väl definierad utgångspunkt för enanalys. Utgångspunkten för denna typkonstruktion var främst en studie av två tidigare konstruktioner,konstruerade med stålstomme med hattbalkar och håldäcksbjälklag. Litteraturstudien fokuserade påbakomliggande teorier i relation till bjälklagets funktion i konstruktionen. Ett antal områdendefinierades som utgångspunkt för en teknisk utvärdering. Dessa områden var spännvidder,dimensionering i brottgränstillståndet, dimensionering i bruksgränstillståndet, knutpunkter,dimensionering för olyckslaster, akustik och byggbarhet. Utgående från ovanstående områdenutvärderades så tekniska förutsättningar för användandet av KL-träbjälklag i den aktuellakonstruktionstypen. Det konstaterades att det på många områden finns väl fungerande lösningar ochatt det finns många positiva aspekter med ett lätt och lättmonterat KL-träbjälklag. De problemområdensom hittats kan sammanfattas som: 1. Begränsad spännvidd 2. Ökade horisontella deformationer i bjälklaget 3. Beräkning av svängningar med hänsyn till upplag på stålbalkar 4. Förband mellan bjälklag och hattbalkar 5. Akustisk dimensionering Två av dessa områden valdes för vidare analys; förband mellan bjälklag och hattbalkar samt denbegränsade spännvidden. För förbandet utvecklades en lösning med en klack på hattbalkens fläns ikombination med en slits i KL-träskivan som enkelt ska kunna hakas på vid montage. För att ta krafterlängs balkens längd måste dock lösningen sedan kompletteras med ett skruvförband genombalkflänsen. Förhoppningen är att en enklare lösning för att ta dessa förhållandevis små krafter skakunna utvecklas som komplement till det primära förbandet med klack och slits. Handberäkningarutfördes för det utvecklade förbandet och det konstaterades att det är möjligt att utforma ett sådantförband, med rimliga dimensioner, för alla verkande laster. Som den sista delen av arbetet studerades lösningar för att kunna uppnå längre spännvidder, för ettplattbjälklag är spännvidden begränsad till något mindre än 7,7m. Olika typer av samverkansbjälklagstuderades och det konstaterades att samverkan med ett prefabricerat betongbjälklag med en limmadförbindelse skulle kunna vara en lämplig lösning. Limmade förbindelser studerades så mer ingåendeoch det konstaterades att en limmad förbindelse mellan trä och prefabricerad betong medför storstyrka och styvhet. Upp mot 100% samverkan har observerats för samverkansbjälklag med denna typav förbindelse. En osäkerhetsfaktor är dock långtidseffekter, där fler studier behöver hittas ellerutföras för att få en större kunskap på området. Handberäkningar utfördes enligt teorin i SS-EN 1995-1-1 på två typer av samverkansbjälklag med ett antal olika dimensioner. I beräkningarna medräknades100% samverkansgrad. Det konstaterades att 9m spännvidd skulle kunna uppnås med en kombinationav KL-trä och betong, medan 12m spännvidd kan uppnås med hjälp av mellanliggande träreglar. Andraberäkningsmodeller för svängningar där egenfrekvensen inte är den begränsande faktorn skulle kunna leda till bättre resultat för denna typ av samverkansbjälklag. / A currently common building technology in Sweden is the use of a steel structure in combination withprefabricated HD/F concrete slabs. This work is based on the issue of whether CLT slabs could be asuitable alternative to concrete slabs in such a structure, in combination with the type of weldedplated beams that are often called hat beams. As a first step a type-structure was sketched to have a well-defined starting point for an analyze. Thebasis for this structure was mainly a study of two designs constructed with steel structures composedof hat beams and HD/F slabs. The literature study was focused on underlying theories in relation to theslabs function in the structure. A number of areas were defined as a basis for an evaluation of thebuilding type. These areas where spans, design in the ultimate limit state, design in the serviceabilitylimit state, joints, design for accidental actions, acoustics and constructability. Based on the above,technical conditions for the use of CLT slabs in the building type in question were evaluated. It wasfound that in many areas there were working solutions, and that there are many positive aspectsrelated to the use of a light and easily mounted CLT slab. The issues that were found can be concluded as: 1. Limited span lengths 2. An increase of horizontal deformations in the slab 3. Calculations of vibrations with respect to the flexible support 4. Joints between slabs and hat beams 5. Acoustic design Two of these issues were chosen for further analysis: joints between slabs and beams and the limitedspan length. A solution was developed for the joint, composed of a heel on the flange of the steelbeam in combination with a slit in the CLT slab. The joint is supposedly easy to mount during assembly.To be able to handle the forces along the length of the beam the solution must however becomplemented with a secondary screw joint through the flange of the beam. The hope is that a simplersolution to handle these relatively small forces can be developed, as complement to the primary jointmade up of the heel and slit. Calculations were performed by hand for the developed joint and it wasfound that it is possible to design such a joint, with reasonable dimensions, for all the acting loads. As the last part solutions to achieve longer spans were studied, for a flat CLT slab the span length islimited to somewhat less than 7,7m. Different types of composite slabs were studied and it was notedthat a composite with a prefabricated concrete slab and a glued connection could be a suitablesolution. Glued connections were then studied more closely, and I was found that a glued connectionbetween wood and prefabricated concrete entails great strength and rigidity. About 100% unitedaction has been observed for this type of connection. An uncertain factor is however long-term effectswhere further studies need to be found or performed to achieve more knowledge. Hand calculationswere performed using the theory in SS-EN 1995-1-1 on two types of composite slabs for a couple ofdifferent dimensions. In the calculations 100% united action was used. It was found that 9m span couldbe achieved with the combined action of CLT and concrete, while 12m could be achieved using woodenstuds for spacing. Other theories for the calculations where the natural frequency isn’t the limiting factor could lead to better results for this kind of composite slabs.

This research aimed to develop new composite membranes using a polymer of intrinsic microporosity (PIM-1) and metal organic frameworks (MOFs) for use in gas separations. PIM-1 was successfully synthesised using the high temperature method (40 min, 160 oC) and the resulting polymer was cast into membranes. PIM-1 membranes were chemically modified by reacting hexamethylenediamine (HMDA) with the nitrile group of PIM-1 to form HMDA-modified PIM-1 membranes. Surfaces of PIM-1 membranes were also modified by basic hydrolysis to form amide-modified PIM-1 membranes. These polymer materials were characterized by different techniques (GPC, NMR, ATR-IR, TGA, Elemental analysis and nitrogen sorption analysis). In addition, eight MOF materials [MIL-101(Cr), ED-g-MIL-101(Cr), TEPA-g-MIL-101(Cr), MIL-101(Cr)-NH2, MIL-101(Al)-NH2, UiO-66(Zr), UiO-66-NH2 and UiO-66(COOH)2] were successfully synthesized. They were chosen due to having high surface areas and large porosity. These MOF compounds were characterized using PXRD, SEM, TGA, and low pressure N2.Successful PIM-1/MOF MMMs were fabricated utilising PIM-1 and the MOFs outlined above with various loadings. The highest MOF loading achieved was 28.6 wt. %, apart from MIL-101(Cr)-NH2, for which it was 23.1 wt. %, and MIL-101(Al)-NH2, for which it was 19.8 wt. %. The morphology of MMMs was characterized by scanning electron microscopy (SEM), proving the dispersion of MOF fillers. Novel PIM-1 supported MOF membranes were successfully prepared by depositing ZIF-8 and HKUST-1 layers on the surfaces of unmodified and modified PIM-1 membranes. These materials were characterized using PXRD, SEM, ATR-IR and SEM-EDX. Gas permeation properties of the MOF/PIM-1 MMMs and PIM-1 supported MOF membranes were determined using a time lag method. Most MMMs tested showed an increase in the permeability and stable selectivity as the MOF amount was increased. However, this was not true for MIL-101(Al)-NH2, where the permeability and selectivity decreased. In contrast, PIM-1 supported ZIF-8 and HKUST-1 membranes caused a sharp decrease in the permeability and increase in the selectivity.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de la gestion des modèles de lignes de produits logiciels complexes. L’ingénierie des lignes de produits logiciels a pour objectif de modéliser et développer une famille de produits logiciels présentant un ensemble de similarités plutôt que de modéliser et développer des produits logiciels individuels au cas par cas. La modélisation, cependant, peut se révéler une tâche difficile voir même infaisable quand il s’agit de modéliser des lignes de produits logiciels complexes et à grande échelle. Pour résoudre un tel problème, la tâche de modélisation est distribuée sur différents intervenants. Les modèles développés séparément doivent alors être composés pour obtenir le modèle global de la ligne de produits logiciels. Toutefois, la composition des modèles de lignes de produits logiciels n’est pas une tâche triviale car elle doit prendre en compte l’information de variabilité des éléments de modèles, les contraintes de variabilité, la structure des modèles manipulés et la sémantique ciblée par la composition. L’objectif de cette thèse est de fournir des mécanismes de composition des modèles de lignes de produits logiciels. Pour cela, deux mécanismes sont proposés : la fusion et l’agrégation. La fusion a pour objectif de combiner des modèles présentant des similarités au niveau de leurs éléments structurels. Alors que l’agrégation vise à composer des modèles ne possèdent pas de similarités mais plutôt d’éventuelles contraintes transversales reliant leurs éléments structurels. Les modèles utilisés sont représentés sous une vue de structures composites d’UML et incluent des annotations spécifiques des éléments variables. Les mécanismes que nous proposons traitent l’information de variabilité des éléments structurels manipulés, les contraintes de variabilités associées aux éléments annotés variables ainsi que l’aspect structurel des modèles à composer. Les mécanismes de composition proposés sont définis selon des propriétés sémantiques bien précises décrivant le but de la composition. Ces propriétés sémantiques doivent alors être vérifiées tout au long du processus de composition. A la fin, une évaluation du travail effectué permet de montrer la capacité à composer des modèles de lignes de produits logiciels en un temps raisonnable ainsi que l’importance de la consolidation des modèles structurels dans la réduction du nombre de produits structurellement incomplets. / The Software Product Line (SPL) engineering aims at modeling and developing a set of software systems with similarities rather than individual software systems. Modeling task can be, however, tedious or even infeasible for large scale and complex SPLs. To address such a problem, the modeling task is distributed among different stakeholders. At the end, the models separately developed have to be composed in order to obtain the global SPL model. Composing SPL models is not a trivial task; variability information of model elements has to be treated during the composition, as well as the variability constraints. Similarly, the model structure and the composition semantics are key points that have to be considered during the composition. This thesis aims at providing specific mechanisms to compose SPL models. Therefore, we propose two composition mechanisms: the merge and the aggregation mechanisms. The merge mechanism aims at combining models including structural similarities. The aggregation mechanism, however, intends to compose models without any structural similarity but having eventual constraints across their structural elements. We focus on UML composite structures of SPLs and use specific annotations to identify variable elements. Our composition mechanisms deal with the variability information of structural elements, the variability constraints associated with the variable elements as well as the structures of the manipulated models. We also specify a set of semantic properties that have to be considered during the composition process and show how to preserve them. At the end, we have carried out an assessment of the proposals and have showed their ability to compose SPL models in a reasonable time. We have also showed how model consolidation is important in reducing le number of products having incomplete structure.

Les structures composites sont souvent exposées à des ambiances dynamiques plus oumoins sévères. Ces vibrations peuvent développer différentes formes d’endommagement(fracture des fibres, délamination, fissuration de la matrice. . . ). Les défauts locaux sepropagent et affectent les propriétés mécaniques de la structure modifiant ainsi soncomportement dynamique global. Ces changements peuvent induire une dégradationrapide de la structure et une réduction de sa durée de vie. La thèse a pour objectif lamise en oeuvre de modèles de comportement pour le dimensionnement de structurescomplexes intégrant des sous-structures composites susceptibles d’être endommagées.La méthode des éléments finis est utilisée pour modéliser le comportement vibratoirelinéaire et non-linéaire de ces structures et l’endommagement est introduit via un modèlebilatéral, dans un premier temps. Durant le processus de résolution, une des difficultésrencontrées est le coût de calcul très élevé. Ainsi, un méta-modèle a été développé basésur les réseaux de neurones artificiels couplé avec la méthode de condensation par sousstructurationde Craig-Bampton. Les réseaux de neurones artificiels permettent d’estimer,à moindre cout numérique, le niveau d’endommagement sans avoir recours au calculexact. Le modèle d’endommagement bilatéral n’est pas adapté au cas de chargementsalternés ou périodiques. Par conséquent, la deuxième partie de la thèse est orientée versle développement d’un modèle d’endommagement unilatéral qui donne une meilleuredescription du comportement mécanique lorsque les micro-fissures sont fermées. De plus,dans plusieurs applications industrielles, les structures composites utilisées sont de faibleépaisseur. Par conséquent, elles peuvent avoir naturellement un comportement vibratoirenon-linéaire de type grands déplacements. Le modèle de comportement dynamique engrands déplacements et en présence de la non-linéarité matérielle d’endommagement estdéveloppé et validé. A l’issue de ces travaux de thèse, un outil numérique implémentésur MATLAB® a été développé intégrant deux modèles d’endommagement, bilatéralet unilatéral et une méta-modélisation permettant la localisation et l’estimation del’endommagement ainsi que la prédiction de la réponse dynamique des structures composites, totalement ou localement, endommagées. Le méta-modèle proposé permet deréduire significativement le coût de calcul tout en assurant une bonne précision en termesde localisation et d’estimation du niveau d’endommagement. Cet outil peut s’avérer utilepour diverses applications dans le domaine de surveillance de l’état de santé des structurescomposites. / Composite structures are often exposed to more or less severe dynamic perturbations.These vibrations can develop different forms of damage (fiber fracture, delamination,cracking of the matrix, etc.). Local defects propagate and affect the mechanical propertiesof the structure resulting to modify its global dynamic behavior. These changes can leadto the degradation of the structure and the reduction in its lifetime. This thesis focuseson the implementation of behavior models for the dimensioning of complex structuresintegrating damaged composite sub-structures. The finite element method is used tomodel the linear and nonlinear vibration behavior of these structures where the damageis introduced, initially, via a bilateral model. Since the high computational costs duringthe solving process, a meta-model was developed based on artificial neural networkscoupled with the condensation method of Craig-Bampton. Artificial neural networkspermit to estimate the damage severity at a lower numerical cost without resorting toexact calculation. The bilateral damage model is not adapted to the case of periodic loads.Consequently, the second part of the thesis is oriented towards the development of aunilateral damage model which gives a better description of the mechanical behaviorwhen the micro-cracks are closed. Moreover, in several industrial applications, the usedcomposite structures have small thickness. Therefore, they can naturally have a geometricnon-linear dynamic behavior. The model of dynamic behavior in large displacements andin the presence of material non-linearity of damage is developed and validated. At theend of this thesis, a numerical tool implemented on MATLAB® software was developedintegrating two models of damage, bilateral and unilateral, and a meta-modeling allowingthe localization and the estimation of the damage as well as the prediction of the linear andnon-linear dynamic responses of composite structures, totally or locally, damaged. Theproposed meta-model reduces significantly the computational cost and ensuring a goodaccuracy in terms of localization and estimation of the damage severity. Thereby, thistool can be useful in life-time estimation and monitoring strategies of composite structures.Thèse de

Ce mémoire présente la modélisation, la simulation, l’expérimentation et la conception d’une structure composite intelligente pour des mesures de haute température (jusqu’à 300 °C). Pour ce faire, une fibre à revêtement métallique, particulièrement résistante pour de tels niveaux thermiques, a été considérée et intégrée au sein d’un revêtement d'alumine. La structure composite intelligente se compose alors du substrat, du dépôt et d’un capteur à fibre optique à modulation d’intensité. Pour mener cette étude, une estimation des flux thermiques basée sur le thermogramme expérimental s’est révélée nécessaire afin d’alimenter un modèle numérique. Différents modèles ont ensuite été construits afin d’évaluer les niveaux de températures atteints en surface ainsi que les niveaux de contraintes au sein même du composite. La simulation a montré que le dépôt pouvait thermiquement être considéré comme une couche mince et que la diffusion de la chaleur au sein du dépôt et du substrat était rapide et pouvait être estimée à l'échelle de la milliseconde. La répartition des contraintes est comme on pouvait s'y attendre dépendante du flux incident mais aussi de la géométrie globale du composite. Les contraintes restent relativement uniformes lors de l'échauffement et durant leur propagation mais s’intensifient après le refroidissement. Il s'avère également que les contraintes résultantes ne sont pas symétriques dans la fibre et sont dépendantes de la position de la fibre par rapport au substrat. Après une phase de modélisation des niveaux thermiques et des contraintes susceptibles d’être atteints au sein du matériau, une phase expérimentale consistant à intégrer une fibre optique non fonctionnalisée dans un dépôt d’alumine a donc été réalisée. Les observations microscopiques en surface et en coupe ont été effectuées afin de vérifier l’intégrité de la fibre intégrée. L’adhérence mécanique des fibres a ensuite été mesurée ainsi que l’atténuation optique pendant le processus d’intégration et le comportement thermique de l’ensemble durant des cyclages thermiques. Enfin, un capteur à fibre optique à modulation d’intensité a été conçu par intégration dans un dépôt céramique réalisé par projection thermique. Un système de mesure de la température a donc été construit et les premiers essais de réponse thermique ainsi que le cyclage thermique du capteur de température ont été effectués et analysés. En concluision, cette étude démontre la faisabilité d’une structure composite intelligente par intégration d'un capteur à modulation d’intensité à fibre optique dans un dépôt céramique élaboré par projection thermique susceptible de pouvoir travailler jusqu’à des températures de 300 °C. / This paper presents the modeling, simulation, experimentation and design of a smart composite structrure for high temperature measurements (up to 300 °C). In order to achieve this goal, a high temperature resistant metal coated optical fiber was considered and integrated into alumina coating. The smart composite structure consists of a substrate, a coating and an intensity modulated optical fiber temperature sensor. Firstly, an estimation of heat flux based on a experimental thermogram was firstly carried out in order to feed a numerical modeling. Then, different modelings were built to evaluate the surface temperature levels as well as the composite stress levels. The simulation showed that the composite (substrate and coating) could be considered as a thermally thin medium, the heat propagation within the composite was fast and could be estimated at a scale of millisecond. The stresses remained relatively uniform during the heating process but intensified during the cooling process. The modeling also showed that the stresses are not symmetrical in the fiber and depend on the position of the fiber relative to the substrate. After a modeling evaluation of the thermal levels as well as the stresses that may be achieved in the composite, an experimental step integrating a optical fiber into a thermal coating was carried out. Microscopic observation of surface and cross section were conducted in order to analyze the characteristics of the integrated fiber. The mechanical strength of the integrated fiber was then measured and the optical attenuation during the integration process as well as the thermal behavior of the integrated fiber during the thermal cycling were evaluated. Finally, an intensity modulated optical fiber temperature sensor was designed and integrated into ceramic coating by thermal spraying. A temperature measuring system was designed and the first tests of the thermal response as well as thermal cycling of temperature sensor were carried out. This study demonstrates the feasibility of designing a high temperature resistant smart composite structure by integrating an intensity modulated optical fiber temperature sensor in a ceramic coating elaborated by thermal spraying.