Triply Periodic Co-continuous piezocomposites, which consist of a ferroelectric-ceramic phase and an elastic-polymer phase continuously interconnected in three dimensions (3D), are emerging flexible piezoelectric materials with high efficiency in absorbing and converting multi-directional mechanical stimuli into electrical signals. Current co-continuous piezocomposites cannot be achieved with controlled piezoelectric properties due to the limited capability of traditional fabrication methods in carefully controlling the morphology of each phase, additive manufacturing such as Suspension-Enclosing Projection-Stereolithography process thus was selected. Porous ceramic skeleton with randomly distributed grain size is commonly observed in sintered ceramic skeleton fabricated by additive manufacturing. The effective piezoelectric properties of the piezocomposites were thus studied utilizing a two-scale method. Through analyzing the simulated results of different process parameters, optimal parameters of 3D printing processes including post-processes was subsequently suggested.

A new hybrid approach to model high Reynolds number wall-bounded turbulent flows is developed based on coupling the two-level simulation (TLS) approach in the inner region with conventional large eddy simulation (LES) away from the wall. This new approach is significantly different from previous near-wall approaches for LES. In this hybrid TLS-LES approach, a very fine small-scale (SS) mesh is embedded inside the coarse LES mesh in the near-wall region. The SS equations capture fine-scale temporal and spatial variations in all three cartesian directions for all three velocity components near the wall. The TLS-LES equations are derived based on defining a new scale separation operator. The TLS-LES equations in the transition region are obtained by blending the TLS large-scale and LES equations. A new incompressible parallel flow solver is developed that accurately and reliably predicts turbulent flows using TLS-LES. The solver uses a primitive variable formulation based on an artificial compressibility approach and a dual time stepping method. The advective terms are discretized using fourth-order energy conservative finite differences. The SS equations are also integrated in parallel, which reduces the overall cost of the TLS-LES approach. The TLS-LES approach is validated and investigated for canonical channel flows, channel flow with adverse pressure gradient and asymmetric plane diffuser flow. The results suggest that the TLS-LES approach yields very reasonable predictions of most of the crucial flow features in spite of using relatively coarse grids.

Le dimensionnement en fatigue à grand nombre de cycles d'un contact roulant entre des éléments ayant subi un traitement thermochimique de cémentation s'avère rapidement complexe.D'une part le traitement de cémentation apporte une hétérogénéité de propriété dans les couches supérieures de la pièce qui dépend du protocole utilisé. D'autre part le chargement de contact roulant est un chargement complexe dont le mode de défaillance en fatigue s'initie en sous-couche.Afin de limiter le temps de la caractérisation des champs de propriétés en fatigue, l'utilisation des mesures d'auto-échauffement sous sollicitation cyclique ainsi que leur interprétation par un modèle probabiliste à deux échelles est proposé. Néanmoins de par l'hétérogénéité du matériau et de par la particularité du chargement il peut s'avérer délicat d'appliquer une telle méthode d'évaluation. ll est alors proposé d'explorer ces deux difficultés de manière séparé.Pour prendre en compte l'hétérogénéité matériaux, un protocole d'analyse de courbe d'auto-échauffement basé sur une variante d'un modèle probabiliste à deux échelles et sur les mesures de taux de carbone a été proposé. Les paramètres du modèle ont été identifiés sur une classe d'acier via des mesures d'auto-échauffement réalisées sur des éprouvettes représentatives de l'hétérogénéité du au traitement de cémentation. Enfin le modèle a été validé par comparaison avec des points de fatigue expérimentaux.En ce qui concerne le chargement de contact roulant, les difficultés pour réaliser une mesure d'auto-échauffement ont mené à effectuer une première campagne de mesure sur le cas intermédiaire du contact répété. A l'aide d'un modèle analytique simple, l'évolution du champ de température a pu être reliée à un terme source de chaleur moyen dont le lien avec les mécanismes de fatigue reste à démontrer. Finalement, des prototypes de machine de contact roulant dédiés aux mesures d'auto-échauffement ont été proposés. Les mesures réalisées sur ces dernières et leur interprétation laissent à penser qu'il sera possible d'identifier des propriétés de fatigue à partir de mesure d'auto-échauffement. / The rolling contact fatigue prediction between two carburizing part quickly becomes complex.On one hand, the carburizing treatment give heterogeneous properties in surface layer depending on the treatment protocol. On the other hand, the rolling contact load is a complex load with a fatigue initiation in the sub-layer. To limit the duration of the field fatigue properties characterization, self-heating measurements under cycle load are used and their interpretation by a probabilistic two scales model is proposed. Nevertheless applying this fatigue evaluation method on heterogeneous material and for rolling contact load can be difficult. ln first approach those difficulties are split.To take into account the material heterogeneity, an analysis based on a variation of one probabilistic two scales model and on carbon rate measurement is proposed. Model parameters are identified on one steel class with self-heating measurement made on specimens representative of carburizing material heterogeneity. Finally the model is validated by comparison with experimental fatigue point.Making self-heating measurement for rolling contact load is complex. Consequently a first self-heating measurement campaign is made on the intermediary case of repeated contact. With a simple analytic model, the temperature field evolution can be linked to a mean heat source whose link with fatigue mechanism must be proven. Finally, rolling contact machine prototypes are proposed. Self-heating measurement made on those prototypes and their interpretation suggest that it will be possible to identify fatigue properties with self-heating measurement.

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