R??sum?? : Ces travaux de th??se s'int??ressent ?? l'??tude du comportement d'une discontinuit?? dans un g??omat??riau sous sollicitations chemo-m??caniques ?? l'??chelle du laboratoire. Des essais de traction-compression cyclique ??tudient la refermeture d'une fissure. Ils indiquent que les d??formations in??lastiques seraient gouvern??es en partie par les frottements g??n??r??s lors du r??-embo??tement des l??vres de la discontinuit??, non correspondantes du fait des contraintes internes. Des joints rocheux alt??r??s chimiquement sous sollicitation tangentielle sont ??tudi??s au travers d'essais de cisaillement direct : le comportement des joints d??grad??s est profond??ment modifi?? du fait de la diminution des propri??t??s m??caniques du mat??riau de part et d'autre de la discontinuit?? et de l'accentuation de la non-correspondance des profils rugueux. Le comportement d'une discontinuit?? est mod??lis??e par le couplage d'un mod??le ??lasto-plastique endommageable continu avec une r??solution discr??te du probl??me de contact/frottement (code calcul aux ??l??ments finis Cast3M). Les r??sultats num??riques confirment les ph??nom??nes constat??s exp??rimentalement.//Abstract: To probate the technology of CO[indice inf??rieur 2] geological storage, the integrity of the site must be assure over time. This industruial problematic involves the study of the mechanical properties alteration of geomaterials in the presence of CO[indice inf??rieur 2]. The scenario at the origin of this thesis illustrates the possibility of a CO[indice inf??rieur 2] leakage on a fault located in the caprock. This geological problem is complicated by the many parameters to consider: in situ temperature and pressure, scale effect, heterogeneities of the geomaterial, geofluide composition, chemical reactions ... These works focus on the behavior of a discontinuity in a geomaterial solicited chemomechanically at the laboratory scale. They were realised in cotutelle between SIAME laboratory at the University of Pau and Pays de l'Adour (France) and the laboratory of rock mechanics and engineering geology from the University of Sherbrooke (Quebec, Canada). The first part of the experimental program was defined to characterize the reclosing of a crack under cyclic uniaxial stress. The second experimental campaign has studied the shear behavior of a rock joint chemically degraded. The data obtained were used to model the behavior of a discontinuity by the finite element method. The mechanical behavior of a crack under normal stress is assessed with cyclic tension-compression tests. Stress curve showed hysteresis during opening and closing cycles of a discontinuity in concrete, it indicated inelastic deformations The analysis of displacement field by image correlation indicated that theses deformations were partially governed by the friction generated during the closing of the discontinuity lips. Frictional phenomena are due to asperities mismatching induced by the internal stresses in the concrete. The shear behavior of a rock joint chemically damaged was studied through direct shear tests. Rough surfaces were immersed in acid solution during 6 hours at constant pH. Digitalization of these surfaces befor and after immesion, with a lase profilometer, indicates little modifications of the geometry induced by dissolution of material. Results of tests pointed out significant modifications for altered joints illustred by a of the peak shear strength and an increased of contractancy. They are induced by: 1) the mismatch enhancement of the rough profiles of the discontinuity and, 2) the degradation of the mechanical properties of the material on both sides of the discontinuity due to the chemical attack. Numerical contribution of the thesis lies in modeling the behavior of a discontinuity by the coupling of an continuous elastic-plastic damaged model with a discrete resolution of the contact/friction problem. The model is developed with the finite element code Cast3M. Geometries lips discontinuities are modeled directly from the roughness profiles from experimental scans. The numerical results correctly represent the friction phenomena observed experimentally. Finally, a model of the shear test altered joints is performed by coupling the mechanical model with chemical damage model.

La couche de surface urbaine en conditions neutres est étudiée expérimentalement à l'aide d'une simulation en soufflerie atmosphérique et en utilisant des mesures de vitesse issues de l'anémométrie à fils chauds et de la PIV stéréoscopique. D'abord, l'écoulement généré est caractérisé par des quantités statistiques en un point, telles que la vitesse moyenne, les tensions de Reynolds et le spectre d'énergie de la composante longitudinale, en fonction de l'altitude. Les paramètres de rugosité et la structure de la couche de surface sont déterminés. Puis, l'analyse de cartes de coefficients de corrélation spatiale en deux points et des quadrants des tensions croisées de Reynolds confirme la présence de mouvements cohérents apparaissant dans les modèles d'organisation de la turbulence de couche limite sur paroi plane. Ceci va dans le sens d'une universalité de cette organisation pour la couche limite turbulente sur paroi, à partir d'une certaine altitude. Un intérêt particulier est porté sur la présence et l'action des mouvements cohérents transversaux qui, couplés aux mouvements cohérents verticaux, participent aux transferts de flux à proximité de la canopée. Enfin, l'analyse de la dynamique de la couche de cisaillement au sommet d'un obstacle met en exergue un mouvement de battement corrélé avec des lâchers de grappes de tourbillons originaires de l'obstacle, des mouvements cohérents verticaux de grande échelle originaires de l'écoulement de la couche limite et pénétrant la canopée, ainsi que des mouvements cohérents d'éjection de petite échelle. Ceci met en exergue une influence mutuelle de la couche limite atmosphérique et de l'écoulement issue de la canopée urbaine.

Les objectifs de la thèse sont d’étudier l’influence de la pré-fissuration sur le développement de la corrosion des armatures du béton armé, les corrélations entre les pertes de section d’armatures dues à la corrosion et la fissuration du béton d’enrobage en résultant et l'effet de la corrosion sur les propriétés mécaniques des structures en béton armé soumis à un environnement salin. Les essais ont été réalisées pour étudier les différentes propriétés mécaniques comme la résistance à la flexion, la résistance au cisaillement, etc. Le travail expérimental est constitué de deux parties: dans la première partie des petits échantillons annulaires en mortier ont été testés afin d'observer l'effet des fissures sur la corrosion. Les résultats montrent que quelque soit l’ouverture des fissures, la corrosion démarre en fond de fissure et se propage le long de l’interface acier-béton endommagée en fond de fissure par la création de la fissure. Dans la deuxième partie, une étude approfondie a été réalisée sur une poutre en béton armé qui a été corrodée dans un environnement salin pendant 26 ans et une poutre non corrodée de même âge pour mieux comprendre l'effet de la corrosion sur les propriétés mécaniques (flexion, cisaillement , propriétés mécaniques de l’acier corrodé) d’éléments en béton armé. Un nouveau modèle a été proposé pour la relation entre la largeur des fissures de corrosion et la perte de section d'acier / The thesis aims to study the effect of corrosion on the mechanical properties of reinforced concrete reinforced concrete structures in chloride environment. Experiments were carried out in order to investigate the different mechanical properties such as bending strength, shear strength etc. The experimental work consists of two parts; in the first part small annular cement sand mortar samples were tested in order to observe the effect of cracks on corrosion. Results show that cracks whatever their width allows the corrosion onset at bottom of cracks and along the steel-concrete interface damaged zone caused by the creation of cracks. In the second part an extensive study was carried out on a 26-year-old corroded reinforced concrete beam and a non-corroded of same age in order to better understand the effect of corrosion on reinforced concrete members in flexion and shear. Impact of corrosion on the mechanical properties of steel in reinforced concrete was studied. A new model was proposed for the relationship between corrosion cracks width and loss of steel cross-section

Celui-ci a pour objectif de valider l'ensemble des modèles physiques utilisés dans un code de simulation numérique pour simuler un écoulement de type annulaire dispersé en conduite rencontré lors d'une procédure de lavage à eau utilisé dans les raffineries. Pour ce faire une banque de données expérimentale est mise en place sur des configurations représentatives de celles utilisées en condition industrielle. La géométrie retenue comporte une zone horizontale d'injection rectiligne avec un injecteur central, suivi d'un coude à 90° situé dans un plan vertical. Différentes conditions expérimentales permettent d'étudier l'influence de la vitesse du gaz, de la condition d'injection du brouillard et de la pression sur les différents processus physiques. Ces résultats comprenant des visualisations du brouillard et du film pariétale, des mesures de taille et de distribution de gouttes,des mesures de débit et d'épaisseur de film, sont analysés pour faire ressortir les principaux mécanismes d'interaction entre le gaz et la phase dispersée, le gaz et le film liquide pariétal et la phase dispersée et le film pariétal. En parallèle, des premières simulations, avec une approche RANS, sont réalisées avec le code CEDRE de l'ONERA et les résultats sont confrontés aux mesures. / This work has been realised within a CIFRE contract with TOTAL. Its aim was to validate all the physical models used in a computation, which simulates an annular dispersed flow through a pipe used in a water washing process in refinery plants. That is why, a whole set of data has been gathered using experimental boundary conditions which are representative to those used in industrial configurations. The geometry is made of a horizontal pipe with a centred nozzle followed by a 90º elbow in the vertical plane. Several experimental boundary conditions enable one to study the influence of the gas velocity, the type of the spray injection and the pressure on the different physical phenomena. These results including spray and liquid film visualisations, droplets distribution and size measurements as well as liquid film thickness and mass flow measurements were analysed in order to extract the main interaction mechanism between the gas and the dispersed phase, the gas and the liquid film, and the dispersed phase and the annular liquid film. Meanwhile, simulations using a RANS approach were realized with the ONERA code named CEDRE and its results were compared to the gathered measurements.

On présente tout d’abord une série d’essais de cisaillement direct 2D monotones et cycliques sur l’interface sable de Fontainebleau-plaque rugueuse et lisse, `a contrainte normale constante (CNL) et à rigidité normale imposée (CNS). Le but de ces essais est de simuler la situation mécanique le long de pieux soumis à un grand nombre de cycles d’origine environnementale ou anthropique. Ces cycles (typiquement 10000) de faible amplitude (10`a 40 kPa en terme de contrainte de cisaillement) ne sont pas cens´es produire de rupture prématurée. Ces tests incluent une série de cycles d’amplitudes (successives) variées. Le problème de la perte de sable entre la boite et la plaque est trait´e avec attention. Nous avons interprété l’effet de la position du ”centre des cycles” dans le plan de contraintes (variables cycliques moyennes) et de la densité initiale. Plusieurs facteurs tels que l’indice initial de densité (ID0), la contrainte normale cyclique moyenne (_n cm0), le niveau initial moyen de contrainte de cisaillement (_cm0), l’amplitude cyclique réduite (__) et la rigidité normale imposée (k qui dans cette thèse, va de 1000 `a 5000 kPa/mm), influencent les déplacements relatifs cycliques moyens normal ([u]cm) et tangentiel [w]cm) et sont pris en considération.On observe soit de la dilatance, soit de la contractance en accord avec l’état caractéristique développé par Luong. L’influence du chemin de contrainte (CNL ou CNS) est également analysée. Un modèle phénoménologique et analytique de comportement d’interface sur chemins cycliques CNL est propos´e. C’est également le cas pour le comportement monotone sur chemins oedométrique et CNL, la variable de mémoire unique étant la densité d’interface (sous contrainte) ou le déplacement relatif normal. Cette formulation permet de traiter, par incréments analytiques finis, les chemins comportant une variation d’amplitude cyclique, et les chemins CNS, ce qui introduit la notion de nombre de cycles équivalent. On notera que les chemins CNS sont toujours contractants. Ces essais sont utilisés pour aborder la simulation par éléments finis, avec le logiciel Plaxis, selon une approche de pseudo-viscoplasticité, le nombre de cycles tenant lieu de temps fictif. L’essai de cisaillement monotone`a la boite est modélisé en densités faible et forte, ainsi que deux essais de pieux modèles centrifugés, l’un en traction, l’autre en compression. Des recommandations sont proposées pour le calcul courant des pieux sous sollicitations cycliques. Cette thèse a été soutenue par l’ANR SOLCYP et le programme national ” recherches sur le comportement des pieux soumis à des sollicitations cycliques”. / A series of monotonic and cyclic 2D direct shear tests on sand (Fontainebleau)-rough/smoothmaterial interfaces under constant normal load (CNL) and constant normal stiffness (CNS)conditions are presented. The aim of these tests is to simulate the situation along the shaftof piles subjected to a large number of cycles due to environmental or anthropic loadings.These cycles (typically 104) are of small amplitude (10, 20 and 40 kPa in terms of shearstress) as the service loads are not supposed to produce an early failure. These tests in-clude the series of changing the cyclic amplitude in succession. The problem of loss of sandbetween the box and the rough plate, typical phenomenon in this type of test, receives aspecial attention. It is interesting to observe, according to the initial density, the positionof the ”center of cycles” in the stress plane (mean cyclic variables). Several factors such asinitial density (ID0), initial normal stress (_n cm0), level of initial mean cyclic stress ratio(_cm0), reduced cyclic amplitude (__) and imposed normal stiffness (in this thesis, k =1000, 2000 and 5000 kPa/mm) that influence the intensity of mean cyclic normal ([u]cm)and shear ([w]cm) displacements are considered. Along CNL paths either dilation or con-traction is exhibited, in agreement with the characteristic state developed by Luong. Theinfluence of the stress path (under constant normal stress or prescribed normal stiffness)is also highlighted. It should be highlighted that CNS paths are ever contractive. Themodel of monotonic interface behaviour under CNL and oedometer paths is fully analyt-ical and based on the rate-type framework with the normal relative displacement or theinterface density as unique memory parameter. While the analytical formulations for iden-tification are first proposed to describe the interface behaviour under cyclic CNL condition,the variation of cyclic amplitude and CNS condition are modeled by applying the analyticalformulations for validation using finite analytical increments and introducing the notion ofequivalent number of cycles. For numerical simulations by the FEM (Plaxis) these tests areinterpreted and formulated according to a pseudo visco-plastic framework, the number ofcycles being a fictitious time. The direct shear tests and two centrifuge pile tests (pull-outand compression) are also modeled. Recommendations are proposed for the calculation ofreal usual piles under cyclic loading. This thesis is one part of the national French project”ANR and National Program SOLCYP” (Research on behaviour of piles subjected to cyclicloading).

Cette étude expérimentale traite la localisation des déformations sur un grès poreux: le grès de Vosges. Un nombre des essais triaxiaux sont effectués sous des pressions de confinement (i.e., 20 MPa - 190 MPa) et des déformations axiales différentes pour mieux comprendre la réponse mécanique de ce grès. La localisation des déformations a été étudiée dans des différentes échelles en appliquant une variation de mesures de champs (full-field methods) comme la Tomographie Ultrasonore (en 2D), les Emissions Acoustiques (en 3D), les Rayons X (en 3D), et la Corrélation des Images (en 3D). Les méthodes expérimentales ont été appliquées avant, pendant et après les essais triaxiaux. Des coupes fine ont été observées sous le microscope optique et électronique (SEM). La combinaison des multiples techniques expérimentales, qui ont des différentes sensitivités et résolutions, a décrit la procédure de la formation et l’évolution des bands de déformation observées sur le grès de Vosges. Des bandes de cisaillement ont été formées sous des pressions intermédiaires et des bandes de compaction sous des pressions élevées. Des bandes de compactions pure n’ont pas été observées.Les bandes de déformations observées se sont caractérisées comme des zones de déformation de cisaillement localisée et/ou de compaction. En plus, elles se sont caractérisées comme des structures de fable vitesse ultrasonore, des places d’origine des fissures inter- ou intra- granulaires, et des places des densités de matériel élevées.Deux mécanismes principales ont été observées au niveau de grain dans les bandes de cisaillement et de bandes de compaction (shear-enhanced compaction bands): d’un cote c’est la fissuration des grains (endommagement) et de l’autre cote c’est la réduction de porosité (sur la forme de compaction). Les deux mécanismes i présent différences sur leurs proportions et leur ordre d’occurrence dans le temps. / This PhD thesis presents a laboratory study aiming at a better understanding of the stress-strain response of the Vosges sandstone (porous rock) tested at a range of confining pressures (i.e., 20-190 MPa) and different axial strain levels. Localised deformation was captured at different scales by a combination of full-field experimental methods, including Ultrasonic Tomography (2D), Acoustic Emissions (3D), X-ray Tomography (3D), and 3D volumetric Digital Image Correlation, plus thin section and Scanning Electron Microscope observations (2D). These experimental methods were performed before, during and after a number of triaxial compression tests. The combined use of the experimental techniques, which have different sensitivity and resolution, described the processes of shear band and shear-enhanced compaction band generation, which formed at low to intermediate and relatively high confining pressures, respectively. Pure compaction bands were not identified. The deformation bands were characterised as zones of localised shear and/or volumetric strain and were captured by the experimental methods as features of low ultrasonic velocities, places of inter- and intra-granular cracking and structures of higher density material. The two main grain-scale mechanisms: grain breakage (damage) and porosity reduction (compaction) were identified in both shear band and shear-enhanced compaction band formation, which presented differences in the proportions of the mechanism and their order of occurrence in time.

La chaîne himalayenne constitue le paradigme actuel des chaînes de collision. Cependant, les processus de formation de cette chaîne sont toujours en discussion. Bien que fondamentales pour comprendre la formation de la chaine, les klippes de Haut Himalaya Cristallin (HHC) sont paradoxalement assez peu intégrées dans les différents modèles. Dans la klippe de Jaljala (Centre – Ouest Népal) la combinaison d’études structurales pétrographiques et géochronologiques (40Ar/39Ar) ont permis de caractériser près du front de l’Himalaya la géométrie et la cinématique du Main Central Thrust (MCT) et d'une zone de cisaillement top vers le nord : la zone de cisaillement de Jaljala, failles qui encadrent le HHC. Les résultats montrent que le MCT et la zone de cisaillement de Jaljala ont été replissés et que le que la zone de cisaillement de Jaljala est proche du MCT au nord de la klippe. Une faille normale intra – séquences téthysiennes (TH) a été découverte, faille interprétée comme étant la zone de cisaillement de Jaljala sur le flanc sud de la klippe. Les données pétrographiques montrent une augmentation progressive de la température entre 350 et 550 °C au travers du MCT dans le Haut Himalaya Cristallin alors qu’elle atteint plus de 650 °C au Nord dans les zones internes. Les pseudosections montrent que ce pic de température est atteint après un échauffement isobare à desvaleurs de pression variant entre 7 à 9 kbars. Les âges 40Ar/39Ar sur micas montrent trois populations : environ 20, environ 40 et environ 100 Ma dans le HHC et dans les séquences téthysiennes. Deux hypothèses peuvent être proposées : soit l’exhumation est marquée par les âges à 40 Ma ce qui représente une date relativement ancienne pour l’exhumation du Haut Himalaya Cristallin au front de la chaîne, soit elle est datée à 20 Ma ce qui représente des âges plus communs d’exhumation sur le MCT et sous le STD (South Tibetan Detachment). La nature des roches observées, leurs déformations ainsi que les corrélations avec les résultats des autres klippes montrent que la zone de cisaillement de Jaljala ne peut être connecté au STD des zones internes. Le MCT et le STD ne peuvent se rejoindre en profondeur au front de la klippe ce qui exclut le modèle de prisme tectonique. Enfin la continuité des pressions et températures des zones internes avec les roches de la klippe va à l’encontre du modèle de fluage de croûte chenalisée puisqu’il n’y a pas de fusion partielle dans la klippe de Jaljala. Les structures, les conditions métamorphiques et les âges seraient plutôt compatibles avec la formation d’un duplex de Haut Himalaya Cristallin dont la géométrie est cependant mal contrainte et qui nécessiterait de présenter un système de plat – rampe frontal pour transférer les écailles les plus internes sur le front de la chaîne et ainsi former les klippes comme la klippe de Jaljala qui seront ensuite isolées de la zone interne par la formation d’un duplex Moyen Himalaya. / The Himalayan belt is the actual paradigm of collision mountain belt. However, formation model remains still under discussion. Even fundamental to understand the belt formation, the High Himalaya Cristalline (HHC) klippen are poorly integrated to the different existing models. In the Jaljala klippe (Western Central Nepal) a combination of structural, petrographic and geochronological (40Ar/39Ar) studies have allowed to caracterise close to the Himalaya front, the Main Central Thrust (MCT) and a top - to - the North shear zone : the Jaljala shear zone geometry and kinematics, faults that bordered the HHC. Results show that the MCT and the Jaljala shear zone have been refolded and the Jaljala shear zone is close to the MCT in the North of the klippe. An intra téthyan sequences (TH) have been discovered and interpreted as the Jaljala shear zone in the southern flank of the klippe. Petrographic datas show a progressive augmentation of temperature between 350 and 550 ° C cross to the MCT in High Himalaya Cristalline instead of 650 °C in the internal zones. Pseudosections show this temperature peak is achieved after an isobaric warming at pressure varying between 7 and 9 bars. 40Ar/39Ar ages on micas show three ages populations : about 20, about 40 and about 100 Myrs in the HHC and in Tethyan sequences. Two hypothesis can be proposed : on the one hand, the exhumation can be testified by 40 Myrs ages which represent an ancient age for the High Himalaya Crystalline in the front belt, on the other hand, it is dated at 20 Myrs which represent more commons ages for exhumation on MCT and under STD (South Tibetan Detachment). Rock lithology and their deformations and correlations with results for other klippen show that the STD in the Jaljala klippe cannot be connected width the STD in internal zones. The MCT and the STD cannot converge in depth at the front that excluded the tectonic wedge model. Finally, the pressures and temperature continuities in internal zones and with the klippe rocks excluded the channel flow model because partial melting is absent in the Jaljala klippe. Structures, metamorphic conditions and ages are more compatible with High Himalaya Crystalline duplex formation whose geometry is still poorly constrained and which necessitate a frontal flat - ramp system to transfer crustal nape on the front of the belt and then to form klippe as the Jaljala klippe that will then isolated from internal zones by Lesser Himalaya duplex formation.

Cette étude vise à bien comprendre puis à modéliser le comportement mécanique dans une large plage de vitesse de déformation des tôles d’acier austénitique AISI304 ayant subis un traitement d'attrition mécanique de la surface (SMAT). Ces tôles ainsi traités sont des matériaux multicouches avec un gradient de propriétés. Les principaux résultats obtenus sont résumés comme suit：(1) La sensibilité globale à la vitesse déformation des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT est caractérisée par des essais de double cisaillement sous chargements quasi-statiques et dynamiques, qui permet d’atteindre une grande déformation sans instabilité géométrique. Des essais de double cisaillement sous impact sont réalisés à l’aide des barres de Hopkinson de grande diamètre et un système d’attache qui a une même impédance acoustique que la barre. Une sensibilité significative a été révélée et on observe ce renforcement n’a pas induit une réduction importante de la ductilité.(2) Dans le but d’un meilleur dépouillement de ces essais de double cisaillement, leur conditions d’essai est analysé dans le détaillé. Le modèle numérique avec le système d’attache a été construit pour étudier l’influence du système d’attache au début de chargement. On trouve un effet limité pour les diverses conditions imparfaites des essais comme la souplesse de système d’attache, des champs mécaniques non-homogènes, l’état de non-équilibre, etc. Par contre, les études numérique et analytique ont démontré que l’hypothèse simple de petites perturbations habituellement utilisé pour le dépouillement de ces essais n’est pas suffisamment précise. La déformation Eulérien cumulée doit être utilisée pour obtenir un résultat numérique correct. A partir de ce résultat, la sensibilité à la vitesse déformation des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT obtenue expérimentalement a été retouchée.(3) Un modèle multicouche elasto-plastique en dommageable a été proposé pour décrire le comportement des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT. Les paramètres sont identifiées à partir des essai de traction. La partie elasto-plastique est calée par une loi d’écrouissage de type Ludwig. Par contre, les paramètres d’endommagement sont obtenus avec une méthode d’identification inverse sur la base de simulation numérique de ces essais de traction. Pour valider ce modèle multi-couche elasto-plastique dommageable, un essai d’indentation/perforation est réalisé sur des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT. Des simulations numériques correspondantes montres que ce modèle multi-couche elasto-plastique en dommageable une prédiction plutôt précise de ces essais de d’indentation/perforation.(4) Pour évaluer la performance anti-perforation des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT, des essais de perforation sous impact a été réalisés avec des barres de Hopkinson. Des simulations numériques de ces essais de perforation sous impact sont réalisées avec un modèle numérique comparable avec le cas quasi-statique. ́tant donne que la sensibilité globale à la vitesse déformation des tôles d’acier austénitique AISI304 traités avec SMAT est caractérisée par des essais de double cisaillement, la sensibilité à la vitesse a été introduite dans le modèle multi-couche elasto-plastique en dommageable. Le résultat numérique correspond bien à la mesure expérimentale, ce qui indique non seulement l’efficacité du modèle numérique mais aussi celle du modèle multicouche elasto-plastique en dommageable. / This Ph.D dissertation aimed at the comprehensive understanding and the constitutive modeling of the mechanical behaviours of the surface mechanical attrition treatment (SMAT) treated AISI304 stainless steel sheet under a large range of loading rates. SMAT treated AISI304 stainless steel sheets are multi-layered functionally graded materials (FGM). The main research results and conclusions are summarized as followed:(1) The overall rate sensitivity SMAT treated AISI304 stainless steel sheet is characterized by the double shearing test under quasi-static and dynamic loading where a large strain can be achieved without geometry instability. Impact double shear test are performed with a large diameter Hopkinson bar system and an adapted equal-impedance clamping device. Significant rate sensitivity is found. It is also observed that such a rate enhancement does not induce an important reduction of the ductility.(2) In order to extract accurate material information from the double shear tests, their testing conditions are thoroughly analyzed using numerical simulation. Numerical models including clamping devices have been built to investigate the influence of this clamping device at the early stage of loading. A limited effect was found for various imperfect testing conditions such as the clamping device stiffness, non-homogeneous stress and strain fields, non-equilibrium state, etc. On the contrary, numerical and analytical study shows that the simple small strain assumption usually used in double shear tests are not accurate enough. Eulerian cumulated strain definition should be used to get consistent numerical results. From this finding, the experimental rate sensitivity obtained for the SMAT treated AISI304 stainless steel sheet are recalculated.(3) A multi-layers elastic plastic damageable constitutive model is proposed to model SMAT treated AISI304 stainless steel sheet. The parameters are identified using tensile testing results. The elastic plastic behavior is curve fitted with a simple Ludwig hardening model. However, the damage parameters should be identified using an inverse method on the basis of numerical simulation of these tensile tests. In order to validate this multi-layer elastic plastic damageable constitutive model, indentation/piercing tests on SMAT treated AISI304 stainless steel sheet are performed. Numerical simulation of this indentation/piercing tests is also realized. It is found that the identified multi-layer elastic plastic damageable constitutive model allows for a quite accurate prediction of the experimental piercing tests.(4) In order to evaluate the impact anti-piercing capacity of the SMAT treated AISI304 stainless steel sheet, the impact perforation tests using Hopkinson bar are carried out. Numerical simulation of these impact perforation tests are realized with a similar FEM model as the quasi-static case. As the rate sensitivity of SMAT treated AISI304 stainless steel sheet is experimentally characterized with double shear test, a rate sensitive multi-layer elastic plastic damageable constitutive model is introduced. The numerical results agree well with the experimental ones, which indicates the effectiveness of the numerical model as well as the rate sensitive multi-layer elastic plastic damageable constitutive model.

Le centre de recherche ArcelorMittal de Montataire développent de nouvelles solutions acier innovantes associant métal et polymère. Pour les ailes de voiture, le composite retenu est un matériau multicouche composé d’une lame d’acier sur laquelle est déposé un film mince de polypropylène choc chargé avec des particules minérales par l’intermédiaire d’une fine couche de polypropylène fonctionnalisé par le greffage d’anhydride maléique. Afin de prévoir et de connaitre le comportement de la partie organique du matériau lors de sa mise en forme par emboutissage et à posteriori de prédire l’état de ses propriétés mécaniques lors de son utilisation, la détermination des lois de comportement mécanique vrai et intrinsèque sur le modèle de la loi G’sell et Jonas est nécessaire. Ces lois sont définies selon trois chemins de déformation : la traction uniaxiale, le cisaillement simple et la traction plane. Les micromécanismes de déformation de la microstructure semi-cristalline des différentes formulations des matériaux selon leur mode de sollicitation mécanique ont été étudiés. Les résultats obtenus Post Mortem et In Situ ont permis la description qualitative et quantitative des évolutions des principales modifications microstructurales. Ces dernières diffèrent avec l’ajout de charges minérales. Deux nouvelles méthodes, la Tomographie X et la spectroscopie Raman permettent la détermination de la déformation volumique dans le cas de matériau de géométrie fine (300 µm). Le retrait lors d’un cycle thermique est étudié. Les influences du chauffage, de la formulation et de la microstructure (orientation des chaînes macromoléculaires et endommagement volumique) sont décrites / The ArcelorMittal research centre of Montataire elaborates innovative steel / polymer products. In the case of automotive fenders, the composite is a multilayered material. A thin impact polypropylene film is laminated on steel using a thin layer of a functionalized polypropylene. Mineral particles are added to improve stiffness. In order to predict and understand the behaviour of the organic layer all along its production process and finally to be able to characterize the state of its mechanical properties in use, the determination of the true and intrinsic mechanical behaviour laws according to the G’sell and Jonas model is necessary. These laws are obtained for three different mechanical paths: uniaxial tensile, simple shear and plane tensile. The deformation micromechanisms of the impact polypropylene semi-crystalline microstructure which depend on the materials formulations and on the mechanical path used are studied. Post Mortem and In Situ results give qualitative and quantitative description of the main microstructural modifications. Two new methods, X Tomography and Raman spectroscopy allow the quantification of the volume deformation which is developed during tensile tests. They are mainly available for very thin samples. X radiography and VideoTraction™ are not suitable anymore for this kind of geometry. Finally, the thermo-mechanical phenomenon of shrinkage which occurs during thermal treatment above the material melting point is analysed. Influences of the heating conditions, of the material formulations and of the material microstructure are described. Special overviews are done on the macromolecular chains orientation and on the volume damage influences

The considerable progress in the research and development of thin-walled beam structures responds to their growing use in engineering construction and to their increased need for efficiency in strength and cost. The result is a structure that exhibits large shear strains and important non uniform warping under different loadings, such as non uniform torsion, shear bending and distortion.<p><p>A unified approach is formulated in this thesis for 3D thin walled beam structures with arbitrary profile geometries, loading cases and boundary conditions. A single warping function, defined by a linear combination of longitudinal displacements at cross sectional nodes (derived from Prokic work), is enhanced and adapted in order to qualitatively and quantitatively reflect and capture the nature of a widest possible range of behaviors. Constraints are prescribed at the kinematics level in order to enable the study of arbitrary cross sections for general loading. This approach, differing from most published theories, has the advantage of enabling the study of arbitrary cross sections (closed/opened or mixed) without any restrictions or distinctions related to the geometry of the profile. It generates automatic data and characteristic computations from a kinematical discretization prescribed by the profile geometry. The amount of shear bending, torsional and distortional warping and the magnitude of the shear correction factor is computed for arbitrary profile geometries with this single formulation.<p><p>The proposed formulation is compared to existing theories with respect to the main assumptions and restrictions. The variation of the location of the torsional center, distortional centers and distortional rotational ratio of a profile is discussed in terms of their dependency on the loading cases and on the boundary conditions.<p><p>A 3D beam finite element model is developed and validated with several numerical applications. The displacements, rotations, amount of warping, normal and shear stresses are compared with reference solutions for general loading cases involving stretching, bending, torsion and/or distortion. Some examples concern the case of beam assemblies with different shaped profiles where the connection type determines the nature of the warping transmission. Other analyses –for which the straightness assumption of Timoshenko theory is relaxed– investigate shear deformation effects on the deflection of short and thin beams by varying the aspect ratio of the beam. Further applications identify the cross sectional distortion and highlight the importance of the distortion on the stresses when compared to bending and torsion even in simple loading cases. <p><p>Finally, a non linear finite element based on the updated lagrangian formulation is developed by including torsional warping degrees of freedom. An incremental iterative method using the arc length and the Newton-Raphson methods is used to solve the non linear problem. Examples are given to study the flexural, torsional, flexural torsional and lateral torsional buckling problems for which a coupling between the variables describing the flexural and the torsional degrees of freedom occurs. The finite element results are compared to analytical solutions based on different warping functions and commonly used in linear stability for elastic structures having insufficient lateral or torsional stiffnesses that cause an out of plane buckling. <p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished