Thesis (Ph. D.)--Virginia Polytechnic Institute and State University, 1992. / Vita. Abstract. Includes bibliographical references (leaves 262-271). Also available via the Internet

Thesis (M.S.)--Michigan State University. Dept. of Civil and Environmental Engineering, 2008. / Title from PDF t.p. (viewed on Aug. 3, 2009) Includes bibliographical references (p.129-132). Also issued in print.

Thesis (M. S.)--Polymer, Textile and Fiber Engineering, Georgia Institute of Technology, 2008. / Committee Chair: Satish Kumar; Committee Member: Anselm Griffin; Committee Member: Dong Yao; Committee Member: Naresh Thadhani; Committee Member: Samuel Graham

Thesis (M.S.)--Brigham Young University. Dept. of Technology, 2004. / Includes bibliographical references (p. 191-195).

Thesis (M.S.)--West Virginia University, 2007. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains xviii, 141 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 140-141).

No description available.

Les matériaux composites de haute performance à base de fibres de carbone sont de plus en plus utilisés dans des secteurs où la sécurité est critique (aéronautique, spatial, génie civil...). Ces matériaux offrent des performances mécaniques très élevées, par rapport à leur densité (légèreté, rigidité...). Ils offrent de nombreux avantages tels que la résistance mécanique, la réduction de masse et de consommation. Par conséquent, il est important de connaître Les caractéristiques du matériau lors de son processus d'élaboration (durcissement ou cuisson) ou lors de son utilisation. Dans le but d'optimiser l'utilisation ou de contrôler l'intégrité, les efforts sont employés à l'aide de plusieurs techniques pour surveiller le cycle de cuisson ou la santé des structures composites lors du conditionnement et en service. Au-delà des méthodes existantes de mesure unique de la résistance ou de la capacité du matériau, nous présentons ici une technique d'analyse d'impédance électrique afin d'extraire certaines propriétés spécifiques du matériau (résistance, capacité, Impédance et argument) dans le but de connaître son comportement. La micro structure du matériau étant faite de conducteur (fibre de carbone) et d'isolant (résine), un modèle de la conduction électrique a été établi en utilisant un réseau de résistance (RP) et de capacité (CP) parallèles d'impédance caractéristique Z. Puis le matériau est instrumenté à cœur à l'aide d'électrodes minces et flexibles (flex). Ensuite, une analyse de spectroscopie d'impédance est réalisée sur des échantillons en cycle de cuisson et en poste cuisson lors des tests mécaniques grâce un banc de mesure spécifiquement développé. Les résultats de l'analyse renseignent sur les propriétés intrinsèques du matériau et montrent une sensibilité de ces propriétés électriques (RP et CP ou Z et θ) en fonction de l'évolution du cycle et des tests mécaniques. Il est donc possible de faire le Structural Health Monitoring (SHM) ou mieux encore le Prognostics and health management (PHM). / The high-performance composite materials based on carbon fiber are increasingly used in critical security areas (aeronautics and civil engineering) for the high mechanical performances as regards to their low density. They offer many benefits such as mechanical strength, mass and consumption reduction. Thus, it is important to know their characteristics during curing process or their use. With the aim to optimize their use or to control their integrity, efforts are employed by using several techniques to monitor their curing cycle or the health of the structures during the conditioning stage and the service stage. Beyond the existing methods of unique measurement of the resistance or the capacitance of the material, we present herein a technique of electrical impedance analysis to extract some specific material properties (resistance, capacitance, Impedance and argument) in order to know its behavior. As the microstructure of the material contains a conductor part (carbon fiber) and an insulator part (resin), a three-dimensional (3D) model of the electrical conduction in the material was established by using a network of a resistance RP connected in parallel with a capacitance CP (impedance Z) to describe the anisotropy of the material. Then, the thin flexible electrodes (flex) are inserted inside the material and the specific impedance measurement bench is developed to perform a real-time measurement of RP and CP or Z and θ. Spectroscopic impedance analysis of the studied samples informs about the intrinsic properties of material and shows a sensitivity of these electrical properties according to the curing cycle. Then the sensitivity to some physical parameters (temperature, deformations, etc.) will be demonstrated in order to provide necessary elements to know or predict the health of the material for SHM (Structural Health Monitoring) and PHM (Prognostics and health management) purpose.

La compréhension des phénomènes de vieillissement dans les élastomères réticulés chargés par des particules inorganiques est primordiale pour proposer un critère de fin de vie aux câbles électriques en usage au sein des centrales nucléaires. En effet, la gaine isolante de ces câbles met en jeu une matrice élastomère formulée par différents adjuvants et charges. Une quantité importante de particules inorganiques, du tri-hydrate d’aluminium (ATH), est usuellement introduite au sein de la matrice afin de lui conférer des propriétés anti-feu satisfaisantes. Les particules utilisées sont de taille micrométrique et du fait de la faible surface de contact polymère / charge intrinsèque aux microcomposites, l’ajout d’ATH est supposé n’impliquer aucune modification des mécanismes de vieillissement de la matrice. Or, des travaux récents ont mis en évidence un comportement au vieillissement thermique différent entre une matrice d’EPDM (élastomère à base d’unités éthylène, propylène et diène) chargée par des particules d’ATH micrométriques et la même matrice, sans ATH.L’objectif de cette thèse est de renseigner plus en détail l’effet du vieillissement thermo- et radio-oxydatif sur une matrice d’EPDM chargée par des particules d’ATH et de mieux comprendre les modifications observées. L’influence de paramètres physico-chimiques importants (taux de charges, fonctionnalisation de la surface des charges) sur le comportement en vieillissement sera en particulier abordée. Nous nous sommes, plus précisément, attachés à décrire l’évolution du réseau à l’échelle macromoléculaire, en déterminant les différentes populations du réseau (chaînes élastiquement actives, chaînes pendantes et extractibles) ainsi que la distribution de la densité de réticulation. Ces données ont été obtenues par le biais de la RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) du solide.Les résultats de ces expériences montrent une diminution importante de la période d’induction au vieillissement thermo-oxydatif des matrices d’EPDM lors de l’ajout de particules d’ATH dans le réseau. Cet effet dépend fortement de la quantité de charges ATH introduites et de la fonctionnalisation ou non de leur surface. Lors du vieillissement radio-oxydatif, en revanche, aucune modification des cinétiques de vieillissement n’est observée. La confrontation des données issues des deux types de vieillissement suggère une modification des mécanismes d’amorçage de l’oxydation, dans les réseaux d’EPDM, lorsque ces derniers sont chargés par des particules d’ATH. Le rôle des interfaces charge / matrice semble donc déterminant dans ces modifications / A deep understanding of the ageing behaviour within cross-linked elastomers filled by inorganic particles is a key feature to propose a criterion for the end of life of electric cables in nuclear power plants. Indeed, materials used for wire insulation are usually composed of rubbers designed with several adjuvants and fillers. A significant amount of inorganic particles, such as aluminium trihydrate (ATH), is usually incorporated with the polymer matrix in order to achieve satisfactory fire-retardant properties. The ATH particles used are characterized by a micrometric-size and due to the weak polymer / filler contact area involved in such composites, the ageing mechanisms of the polymer matrix are expected to be essentially unchanged compared to the ones involved in the unfilled matrix. However, recent studies pointed out some differences in the thermal-ageing mechanisms between a cross-linked EPDM rubber (elastomer based on ethylene, propylene and diene units) filled by micrometric ATH (aluminium trihydrate) particles and the corresponding unfilled cross-linked EPDM.In that respect, this work aims at investigating the extent of generality of the above-mentioned filler effect on both thermo- and radio-oxidative ageing behaviour of an EPDM matrix filled by ATH particles. In particular, the influence of both filler content and filler surface functionalization is investigated. A special attention was paid to the evolution of the network at the macromolecular scale by determining the fraction of the various network components (elastically active chains, dangling chains and extractibles) as well as the cross-link density distribution. Such information have been derived using solid-state NMR (Nuclear Magnetic Resonance).The results obtained evidence a significant decrease of the thermal-ageing induction period for the EPDM network filled by ATH particles. This effect display a strong dependence with the amount and the surface functionalization of the ATH particles. However, no modifications of the oxidation kinetics may be observed under radio-chemical ageing. The comparison between the results suggests a possible modification of the oxidation initiation mechanisms within EPDM networks filled by ATH particles. Therefore, interfacial areas should play a great role in the observed modifications

L'amélioration des propriétés mécaniques des métaux et des alliages purs peut être obtenue par l'introduction de particules de céramique dispersées de manière appropriée dans le matériau. Ces particules peuvent agir comme sites de germination améliorant la réduction de la taille des cristallites (grains). La dispersion de ces matières nucléantes présente des défis du fait de leur tendance à la sédimentation et à l'agglomération. Des particules de taille nanométrique peuvent également améliorer les propriétés mécaniques par plusieurs mécanismes de renforcement du type Orowan ou aux joints de grains. L'utilisation de l'agitation électromagnétique est un moyen de disperser des particules et de produire des changements dans la microstructure du matériau. L'agitation électromagnétique induite peut augmenter le nombre de sites de nucléation disponibles lors de la solidification en rompant les bras des dendrites nouvellement formées au niveau du front de solidification. Le champ de température dans le matériau fondu peut également être homogénéisé par son action. Le faible gradient de température produit dans le métal liquide peut favoriser la croissance des dendrites équiaxes. Dans cette étude, un four de type Bridgman a été utilisé pour produire des matériaux contenant des raffineurs de grains et des particules de renforcement. Le four a été équipé d'un électro-aimant de Bitter capable de produire un champ magnétique glissant (CMG). Grâce à l'agitation électromagnétique, l’écoulement induit disperse les particules et produit des changements effectifs dans la microstructure des matériaux étudiés. Les expériences ont été confrontées par des simulations numériques réalisées par l'Université de Greenwich et le laboratoire SIMaP. Les expériences effectuées en dispersant les microparticules de SiC dans la matrice de magnésium pur montrent que la distribution des particules dans le matériau est fortement régie par l'orientation verticale du champ magnétique appliqué (vers le haut ou vers le bas). Les résultats de la simulation numérique et des expériences sur la dispersion des particules sont en accord. L’agitation électromagnétique promeut un affinage des grains dans le cas de l’aluminum pur. Une tendance contraire est observée sur les alliages. Le CMG est utilisé pour disperser les particules de taille nanométrique et micrométrique. La dispersion des particules micrométriques utilisées dans les alliages de magnésium et d’aluminium n’ont d’influence ni sur l’affinage des grains ni sur le renforcement mécanique. Cependant, les expériences avec des nanoparticules ont montré une amélioration de la résistance au fluage. / Improvement in mechanical properties of pure metals and alloys can be achieved by the introduction of ceramic particles appropriately dispersed within the material. These particles can act as nucleation sites enhancing the reduction of the crystallite (grain) size. The dispersion of these nucleant materials presents challenges due to their tendency to sediment and to agglomerate. Particles of nanometric size can also produce the improvement of mechanical properties by several reinforcement mechanisms such as Orowan or grain boundary strengthening. The use of electromagnetic stirring can provide a method to disperse particles and produce changes in the microstructure of the material. The induced stirring can increase the number of nucleation points available during solidification breaking the arms of the new formed dendrites at the solidification front. The temperature field in the molten material can be also homogenized by the action of the electromagnetic stirring. The small temperature gradient produced in the liquid metal can promote the growing of equiaxed dendrites. In this study a Bridgman type furnace has been used to produce materials containing grain refiners and reinforcement particles. The furnace has been equipped with a Bitter coil electromagnet capable to produce a travelling magnetic field (TMF). The electromagnetic stirring provides an induced flow which is used to disperse the particles and produced measurable changes in the microstructure of the materials studied. The experiments carried out were supported with numerical simulations performed by University of Greenwich and Simap laboratory. Experiments performed dispersing SiC microparticles into pure magnesium matrix showed that particle concentration patterns in the material are strongly governed by the vertical orientation of the magnetic field applied (upwards vs downwards). The observed patterns of dispersion obtained from the experiments presented a good agreement with the patterns predicted by the numerical simulation. The effects of the electromagnetic stirring in the grain refining of pure aluminium showed positive results whereas the alloys subjected to stirring presented grain growth. The TMF was used to disperse particles of micrometric and nanometric size. The dispersion of microparticles in magnesium and aluminium alloys did not produce improvements in either grain refinement or mechanical properties. However, the experiments performed dispersing nanoparticles in magnesium alloy showed the improvement of creep resistance.

Les absorbeurs de chocs en matériaux composites sont capables de dissiper une grande quantité d'énergie, grâce à une compétition de deux mécanismes que sont le délaminage et la fragmentation des plis en compression. Ce second mode de rupture a pour origine le plissement, qui s'initie de façon intrinsèque à l'échelle des fibres. Cette thèse est une contribution à la modélisation multi-échelles de la rupture en compression pour la simulation de structures composites. A cette fin, on propose une stratégie en trois étapes. La première consiste à construire un modèle microscopique capable de représenter la physique du plissement. La difficulté est d'intégrer les influences pertinentes en termes de contrainte ultime et d'énergie absorbée, en particulier l'influence des défauts et du cisaillement. La seconde étape consiste à homogénéiser la réponse de ce micromodèle pour une variété de chargements représentatifs. Un modèle de comportement original et paramétré par les défauts de la microstructure est proposé. Il intègre des lois de comportement déterministes, identifiées par des simulations du micromodèle numérique. Enfin, la troisième étape a pour objet d’intégrer ce comportement basé sur la micromécanique dans un modèle à l'échelle du pli, existant et validé. L'implantation est réalisée dans le cadre d’un code de calcul hybride continu/discret, pour mener des simulations d'échantillons et observer les interactions entre le plissement et les autres modes de dégradation. / Composite shock-absorbing devices can dissipate a large amount of energy, thanks to the combined action of delamination and fragmentation of the plies in compression. The latter failure mode is due to kinking, which naturally arises at the scale of the fibers. This Ph.D. is a contribution to the multiscale modeling of this phenomenon for the simulation of composite structures. Therefore, three-step-strategy is adopted. The first step deals with the design of a microscopic model able to represent the kinematics and kinetics of kinking. The difficulty is to include all relevant parameters in terms of ultimate stress and dissipated energy, particularly defects and shear. The second step deals with the nonlinear homogenization of the micromodel reponse for several load paths. This is done by postulating an original constitutive model with a parametric influence of defects. It includes deterministic constitutive laws which are identified through numerical tests on the microstructure. Finally, the third step deals with the introduction of this micromechanics-based behavior in an existing and validated model at the scale of the plies. It is implemented in the framework of a hybrid continuous/discrete computation code, in order to perform sample-scale simulations and observe interactions between kinking and other failure mechanisms.