In this thesis, dual-frequency optoelectronic oscillators (OEOs) and their applications to transverse load sensing are studied. Two configurations of dual-frequency OEOs are proposed and investigated. In the first configuration, a polarization-maintaining phase-shifted fiber Bragg grating (PM-PSFBG) is employed in the OEO loop to the generation of two oscillating frequencies. The beat between the two oscillating frequencies is a function of the load applied to the PM-PSFBG, which is used in transverse load sensing. To avoid the frequency measurement ambiguity, a second configuration is proposed by coupling a dual-wavelength fiber laser to the dual-frequency OEO. A single tone microwave signal with the frequency determined by the birefringence of the grating is generated in the OEO and is fed into the fiber ring laser to injection lock the dual wavelengths. The sensitivity and the resolution are measured to be 9.73 GHz/(N/mm) and 2.06×10-4 N/mm, respectively. The high stability of the single-tone microwave signal permits accurate measurement, while the frequency interrogation allows an ultra-high speed demodulation.

Cette thèse porte sur l’étude du dévissage spontané d’assemblages vissés, sous sollicitations dynamiques transversales. Un travail expérimental et numérique a été réalisé pour caractériser ce phénomène, dans des conditions proches de celles des assemblages réels. Une expérimentation a permis de provoquer le dévissage d’un boulon, en soumettant l’assemblage à des vibrations transversales par rapport à l’axe de la vis. Les effets de la précharge, du traitement de surface et de la disposition des vis ont été explorés. Ces résultats ont été confrontés avec ceux obtenus par un modèle numérique détaillé utilisant la méthode des éléments finis. Cependant, en raison de la complexité de la géométrie et des difficultés de modélisation à l’échelle locale, le temps de calcul est très important et peut être prohibitif pour une étude industrielle. Afin de remédier à cette difficulté, des modèles simplifiés ont été développés, l’un avec une approche par éléments finis associés à un connecteur cinématique, et l’autre par modélisation unidimensionnelle. Ces modèles simplifiés reproduisent correctement le phénomène du dévissage spontané et confirment leur efficacité en gain de temps de calcul. / This thesis focuses on the study of the self-loosening of bolted joints under transverse dynamic loads. Experimental and numerical work was carried out in order to reveal this phenomenon under conditions close to those of actual assemblies. An experiment allowed the loosening of a bolt to be caused by subjecting the assembly to transverse vibration with respect to the axis of the screw. Effects of preload, surface treatment and disposal of the screws were explored. These results were compared with those obtained by a detailed numerical model using the finite element method. However, due to the complexity of the geometry and modeling challenges at the local level, the computation time was very long and may be prohibitive for an industrial study. To remedy this problem, two simplified models were developed, one with a finite element approach associated with a kinematic connector, and one by unidimensional modeling. These simplified models correctly reproduce the self-loosening phenomenon and confirm their efficiency in terms of computation time.

A great deal of the design of bridges today is carried out using finite element models and analyses. These models are usually generalized versions of the actual bridge, as these kinds of models often is able to produce results similar to reality. In this thesis, a study regarding how the considerations of some of the details of a bridge affect the results using a FE analysis is performed. The analyses are focused on the change of transverse load distribution in the bridge slab. The thesis also addresses the use of a parametric design approach in FE modeling and analyses. The models are created using Python code with the possibility of choosing which properties that will be active or not before each analysis. The study is focused on the modeling of composite bridges with parallel box-girders. The bridge Kollektivtrafikbron, which is a new bridge currently in design as part of the Hisingsbridge project in Gothenburg, is used as a case study. The study has shown that a great deal of simplifications is reasonable to carry out in the modeling of a composite bridge, as long as the designer is aware of how these simplifications affect the results obtained. For the type of bridge investigated, the study has shown that the presence of transverse stiffening beams in the model as well as how the material properties of the edge beams are specified have a large impact on the transverse bending moment. The study has also shown that the use of shell or beam elements in the modeling of the main beams have a large impact on the shear force in the slab. Furthermore, the choice of element types and how constraints are specified have been shown to entail greater differences in the results than the detailing level of the model. These aspects should therefore be thoroughly considered in all modeling work. Additional aspects treated in the study is the impact of radius, the recess in the slab for the track as well as the size of the surface specified when applying traffic loads. The parametric design approach implemented in this study have provided the possibility of carrying out more analyses and investigating more details than what would have been possible if each model had been created manually. The greatest benefit of using a parametric design approach have been the possibility of carrying out analyzes automatically without monitoring or adjusting, which has made it possible to utilize the time provided for the study in a highly effective way. The design approach has been shown to be most effective when using simplified FE models, as these can be generated automatically fairly quickly. Therefore, it could be very beneficial to implement this kind of design approach in the early stages of design. / Idag utförs ofta dimensioneringen av broar med hjälp av finita elementmodeller och analyser. Dessa modeller utgörs i regel av generaliserade versioner av den verkliga bron då en kraftigt förenklad beräkningsmodell antas generera resultat som är väldigt nära verkligheten. I detta examensarbete undersöks hur vissa utvalda detaljer i brons utformning påverkar de resultat en finita elementanalys ger utifrån hur de beaktas vid modellering. Analyserna är inriktade på förändring av lastfördelning i tvärled hos brons farbana. Vidare undersöks möjligheten att använda ett parametriserat arbetssätt vid modellering och analys. Modellerna som analyseras formuleras i kod med möjlighet att välja vilka egenskaper som ska vara aktiva inför varje analys. Arbetet är koncentrerat på modellering av samverkansbroar med parallella lådbalkar som huvudbalkar. Som fallstudie används Kollektivtrafikbron. En ny plankrökt bro med denna utformning under pågående projektering inom projektet med den nya Hisingsbron i Göteborg. Arbetet har visat att det finns många förenklingar som är rimliga att genomföra vid modellering, så länge det finns en medvetenhet kring hur dessa påverkar resultaten. För den undersökta typen av bro har arbetet visat att förekomsten av tvärbalkar i modellen samt hur materialegenskaperna definieras för kantbalkar har stor inverkan på tvärledsmomentet. Utöver detta har arbetet visat att tvärkraften påverkas kraftigt utifrån om huvudbalkarna modelleras med skalelement respektive balkelement. Genomgående resultat är att modellering av huvudbalkarna med balkelement medför mycket högre max värden för tvärkraft. Vidare har arbetet visat att val av elementtyp och definiering av kopplingar kan ge större differenser än detaljrikedom och att dessa delar bör beaktas med stor noggrannhet vid all modellering. Ytterligare aspekter som behandlats är inverkan av radie, rälursparingar i farbanan samt definiering av lastytans storlek vid applicering av trafiklast. Det parametriserade arbetssättet som implementerats i detta arbete har gjort det möjligt att utföra fler analyser och undersöka fler faktorers inverkan än vad som hade varit möjligt om varje modell hade byggts upp manuellt. Den största vinsten med detta arbetssätt har varit att tiden som avsatts för arbetet kunnat utnyttjas mycket effektivt då analyser har kunnat utföras automatiskt utan krav på övervakning eller manuella korrigeringar. Mest effektivt har arbetssättet visats vara med modeller med lägre detaljrikedom då dessa förhållandevis snabbt kan genereras automatiserat. Detta kan framförallt vara väldigt effektivt att implementera i inledande projekteringsskeden.