Zur Beantwortung der Frage, wie sich die festigkeitssteigernden Effekte aus mehraxialer und dynamischer Druckbelastung in Beton überlagern wurde ein weltweit einzigartiger zweiaxialer Split-Hopkinson-Bar entwickelt. Es wurden umfangreiche Versuchsserien mit insgesamt mehr als 2500 Einzelversuchen durchgeführt. Ermittelt wurden dabei die ein- und zweiaxialen statischen und dynamischen Betondruckfestigkeiten zweier Betone der Druckfestigkeitsklassen C20/25 und C40/50. Die Versuchsergebnisse wurden hinsichtlich der Festigkeitsentwicklung in Abhängigkeit vom Spannungsverhältnis und der Dehnrate ausgewertet. Die Ergebnisse aus den zweiaxialen dynamischen Betondruckversuchen konnten als dreidimensionale Abhängigkeit der Spannungen in beiden Belastungsachsen von der Dehnrate für jede der beiden Betonsorten abgebildet werden. Aus den Ergebnissen wurde ein Ingenieurmodell für jede Betonsorte entwickelt, welches die Betondruckfestigkeitsentwicklung in Abhängigkeit vom Spannungsverhältnis und der Dehnrate beschreibt. Mit zunehmender Dehnrate wird die zweiaxiale Ergebniskurve um einen zusätzlichen, dynamischen Anteil der Festigkeitssteigerung vergrößert. Dabei kommt es aber nur zu einer teilweisen Überlagerung der beiden betrachteten festigkeitssteigernden Einflüsse. Eine Abschätzung der Größenordnung der jeweiligen Einflüsse aus Mehraxialität und hoher Belastungsgeschwindigkeit konnte durch eine entsprechend differenzierte Auswertung vorgenommen werden. Die Untersuchung der Bruchstücke der zerstörten Probekörper zeigte, dass die Verteilung der Partikelgröße stark von der Dehnrate abhängig ist. Im Gegensatz dazu hängt die Partikelgeometrie und die Form und Masse der entstehenden Kernbruchstücke vom Spannungsverhältnis ab.

The need for efficient, lightweight armour solutions has never been so great as it is today. Increasing numbers of personnel, both military and civilian are being placed in an expanding variety of life-threatening situations, and we must recognise the responsibility to maximise their combat survivability. One way to help protect these people is to provide them with some form of armour. Advanced polymeric materials are finding an increasing range of industrial and defence applications. These materials have the potential to improve the performance of current armour systems, whilst also reducing their cost and weight. Polymers may be reinforced with the addition of nanofillers such as carbon nanotubes or graphene, to produce nanocomposites, an exciting emerging polymer technology. Nanomaterials have been shown to exhibit extraordinary strength, far higher than that of traditional armour materials. Nanocomposites have the possibility of being remarkable materials, with high strength and light weight. The work detailed in this report is an investigation into the mechanical properties of nanocomposites along with some novel blended polymer composites. Two compressive testing techniques have been used to carry out this investigation. The intermediate strain-rate Optical Drop-Weight, and the high strain-rate Split-Hopkinson Pressure Bar. The latter required some significant modifications in order to optimise it for use with low-density polymers. Ultimately, nanocomposites were found to behave virtually indistinguishably from the monolithic polymer matrices. Yield strengths and energy absorption characteristics remained inside the ordinary experimental scatter. Blended composites, in which a long chain length polymer is combined with a chemically similar polymer with a shorter chain length, proved to be more interesting. Yield strengths of these novel materials were increased over that of either constituent material, although energy absorption remained low.

More and more, advanced polymer and composite materials are being applied in engineering situations where a high resistance to loading at high rates of strain, such as by impact or blast deformation, are a vital requirement. Specific examples exist in the fields of defence and sport research and development for personal, and in the case of the former, vehicular, protection. There are obvious advantages to the use of polymer materials for these applications in augmenting the more widely used metals and ceramics, most notably the evident reduction in weight, and it is believed that with suitable nano-reinforcement these materials may exhibit improved combat survivability. The current study concerns the effect that nano-reinforcements in the form of Carbon Black, Titanium Dioxide, Exfoliated Hectorite Nanoclay and Carbon Nanotubes; have upon the high strain rate mechanical properties of structural variants of Polyethylene (Linear Low Density Polyethylene, LLDPE; High Density Polyethylene, HDPE; Ultra-High Molecular Weight Polyethylene, UHMWPE) and blends of UHMWPE and HDPE. The testing samples were manufactured using a novel process developed in the Loughborough University Materials Department, which has produced well-dispersed specimens. The formed nanocomposite samples were studied using an in-house four-bar Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) system for high strain rate performance, instrumented dropweight for intermediate strain rates and a conventional commercial Hounsfield H50KM universal testing machine for quasi-static strain rate compressive tests. The experimental results recorded for un-reinforced materials are used as a reference to allow comparative analysis of any effect the nano-reinforcements or the blending process have upon the structure, performance and properties of the composite material. From the mechanical testing, it was seen that the stress-strain behaviour of Polyethylene is highly strain-rate-dependent, as plots of the average representative yield stress as a function of strain rate show a bilinear relationship when plotted on a logarithmic strain rate scale, with the gradient of the curve rising sharply at around 103s-1. Concerning the addition of the nanofiller materials, it was seen that there was an increase in the flow and yield stresses and the energy absorption characteristics of the resulting composite with the magnitude dependent upon whether it was a pure or blended polymer that was reinforced. Of the aforementioned fillers it was seen that the addition of Carbon Nanotubes in the small concentrations studied resulted in the greatest increase in properties compared to the pure polymers, closely followed by the Carbon Black fillers. Also of note, the un-reinforced blended samples showed significant increases in flow stress, yield stress and energy absorption when compared to the constituent UHMWPE and HDPE polymers. Additionally, a complete set of Differential Scanning Calorimetry and density measurements were made before testing to assess any changes in the properties after reinforcement or blending, and to help in the interpretation of the results from the different mechanical tests.

This thesis examines a recent trend in contemporary science and speculative fiction to produce new and/or alternative iterations of reproduction that are not limited by biology, gender, or species. Through Donna Haraway’s notion of “cyborg regeneration” and recent critical and theoretical revisionings of this concept, I investigate this trend in three key texts: Jeanette Winterson’s The Stone Gods, Nalo Hopkinson’s Midnight Robber, and Larissa Lai’s long poem “rachel” from her book of poetry Automaton Biographies. Each of these authors offers representations of reproduction that counter gender stereotypes and essentialism and produce new cyborg maternal or explicitly non-maternal figures unbound to patriarchal models of repronormativity and colonialist constructions of the mother. By portraying these nonunitary maternal figures and/or non-reproductive bodies, I argue that these sf texts present new forms of procreation that further feminist conversations about gender, the body, the limits of the human, future populations, and desire.

Ce travail concerne la prise en compte des aspects du comportement du béton sous des chargements dynamiques tels que les impacts ou les explosions. Pour ce type de sollicitations, il est important d'être capable de représenter à la fois les phénomènes de compaction du matériau, ainsi que la rupture par phénomène d'extension. L'objet de ce travail est dans un premier temps de tester une loi de comportement, développée dans un cadre statique, pour des chargements où la vitesse de déformation devient importante. Pour cela des expérimentations originales sur la compaction dynamique des bétons ont été développées. Ces expérimentations s'appuient sur la technologie des barres de Hopkinson et ont été réalisés sur des échantillons de béton confiné. Ces essais ont permis de mettre en évidence un important effet de la vitesse de déformation sur le comportement sphérique d'un béton. Suite à ces observations expérimentales, un nouveau modèle viscoplastique visco-endommageable est proposé. Ce modèle s'appuie sur une viscoplasticité de type Perzyna, associée à une surface seuil de Gurson pour les déformations plastiques et à un visco-endommagement de type Dubé associé à une nouvelle surface seuil. Ce modèle devient donc capable de représenter les effets de la vitesse de chargement observés expérimentalement. Les deux modèles de comportement présentés dans ce travail ont été implantés dans le code de calcul aux éléments finis LS-DYNA3D. Des simulations numériques d'essais réalisé sur des structures ont permis de valider l'implantation numérique, ainsi que le modèle "visqueux'' pour les chargements de dynamique rapide.

Le béton est le matériau constitutif de la plupart des structures du génie civil qui peuvent être occasionnellement exposées à un chargement dynamique intense, qu'il soit de nature accidentelle ou intentionnelle. Ce travail a pour but d'analyser les modes d'endommagement activés par des chargements de type impact balistique, mais aussi d'identifier et de modéliser le comportement dynamique des bétons. La simulation numérique d'un impact sur une dalle de béton a montré l'importance de bien décrire le comportement en traction dynamique afin d'être en mesure de modéliser finement les dommages provoqués dans la cible. Néanmoins, peu de données expérimentales sont disponibles dans la littérature en traction pour des vitesses de l'ordre de 10^2/s. De plus, ces résultats semblent dispersés. La sensibilité de la résistance en traction de ces matériaux à la vitesse a été étudiée au LPMM sur une large gamme de vitesse de déformation (10^-5/s à 150/s) par des essais de traction directe sur une machine hydraulique rapide (pour Deps< 1/s) et par écaillage jusqu'à environ 150/s. La simulation numérique a été utilisée pour mettre au point et optimiser la méthode de dépouillement de l'essai d'écaillage. Des essais ont été menés sur deux bétons différents : l'un est un microbéton dont la mésostructure est particulièrement adaptée aux essais de laboratoire, l'autre est un béton représentatif d'un matériau standard. En parallèle, ces matériaux ont été soumis à des essais d'impact sur la tranche. Deux configurations ont été mises en œuvre : la configuration sarcophage permettant de conserver les fragments proches de leur position initiale et de procéder à des analyses post mortem, et la configuration ouverte où la fragmentation du carreau de béton provoquée par l'impact est filmée par caméra ultra-rapide. La technique de corrélation d'images a alors permis d'identifier des discontinuités de déplacement témoignant de l'apparition de fissures, informations essentielles à la compréhension de la chronologie de l'essai d'impact. D'autre part, un nouvel essai complémentaire a été proposé : l'essai de cratérisation a pour but d'étudier l'éjection de matière dans les zones faiblement confinées résultant de la pénétration d'un projectile dans une cible de béton. Les mesures de champ ont mis en exergue que, dans cet essai, l'éjection de matière provoquée par l'avancée du projectile est un phénomène local, le reste du carreau n'étant généralement pas ou peu endommagé. Notons que pour tous les essais, une attention particulière a été portée à l'humidité des bétons : une influence importante de l'eau libre a d'ailleurs été constatée aussi bien en quasi statique qu'en dynamique. Toutes les données expérimentales rassemblées sur la sensibilité de la résistance en traction du béton à la vitesse de chargement et à la présence d'eau libre permettent d'évaluer la précision d'une modélisation et d'en identifier les lacunes. Au cours des campagnes expérimentales, nous avons pu voir que l'endommagement du béton en dynamique rapide est composé d'une multitude de fissures. Nous avons aussi pu constater une résistance résiduelle de cohésion du matériau endommagé dans certains cas. Le modèle de fragmentation introduit par Denoual-Forquin-Hild a été utilisé pour simuler par éléments finis les essais d'écaillage et d'impact sur la tranche. La confrontation calculs-expériences a montré que le modèle est apte à rendre compte de l'augmentation de résistance en dynamique ainsi que de la densité de fissuration importante. Néanmoins le comportement cohésif du matériau endommagé n'est pas prévu. Afin de rendre compte de cet aspect du comportement en traction dynamique, deux voies ont été explorées : d'une part, pour simuler les essais menés sur le béton standard, une approche mésoscopique a été employée afin de différencier matrice et granulats. La présence d'inclusions rigides a permis d'améliorer les prévisions numériques. D'autre part, nous avons modifié le modèle de fragmentation afin de prendre en compte la cohésion qui intervient au sein même des zones endommagées. De nouveau, une amélioration des prévisions numériques a été relevée.

Speculative fiction is a genre that is gaining urgency in the contemporary Canadian literary scene as authors and readers become increasingly concerned with what it means to live in a nation implicated in globalization. This genre is useful because with it, authors can extrapolate from the present to explore what some of the long-term effects of globalization might be. This thesis specifically considers the long-term effects of globalization on communities, a theme that speculative fictions return to frequently. The selected speculative fictions engage with current theory on globalization and community in their explorations of how globalization might affect the types of communities that can be enacted. This thesis argues that these texts demonstrate how Michael Hardt and Antonio Negri’s notion of “cooperative autonomy” can be uniquely cultivated in the conditions of globalization – despite the fact that those conditions are characterized by the fragmentation of traditional forms of community (Empire 392).

Speculative fiction is a genre that is gaining urgency in the contemporary Canadian literary scene as authors and readers become increasingly concerned with what it means to live in a nation implicated in globalization. This genre is useful because with it, authors can extrapolate from the present to explore what some of the long-term effects of globalization might be. This thesis specifically considers the long-term effects of globalization on communities, a theme that speculative fictions return to frequently. The selected speculative fictions engage with current theory on globalization and community in their explorations of how globalization might affect the types of communities that can be enacted. This thesis argues that these texts demonstrate how Michael Hardt and Antonio Negri’s notion of “cooperative autonomy” can be uniquely cultivated in the conditions of globalization – despite the fact that those conditions are characterized by the fragmentation of traditional forms of community (Empire 392).

The objective of this research project was to simulate the behavior of armor metals at high strain rates and large strains, using the Johnson-Cook visco-plastic model, while incorporating the formation of adiabatic shear bands. The model was then to be applied to three armor metals, namely maraging steel 300, high hardness armor (HHA), and aluminum alloy 5083-H131; supplied by the Canadian Department of National Defense and tested in compression at the University of Manitoba. The Johnson-Cook model can accurately simulate the behavior of BCC metal (steels) up to a point of thermal instability. Conditions for complete shear failure in the model match closely to conditions at which adiabatic shear bands formed in specimens tested experimentally. The Johnson-Cook model is not quite valid for FCC metals, such as aluminum, where strain rate and temperature effects are dependent on the strain while in the Johnson-Cook model, these parameters are separable.

L'objectif de la thèse est la caractérisation expérimentale du frottement entre l'acier et un matériau fragile. Les pressions et les vitesses de glissement qu'on cherche à atteindre sont respectivement de l'ordre de 10 à 100 MPa et l'ordre de 10 à 100 m/s. Les tribomètres classiques ne peuvent pas être utilisés car les pressions qu'on cherche à atteindre sont suffisamment élevées pour mener le matériau fragile à rupture. Pour pallier cette difficulté, le matériau doit être confiné. Un échantillon cylindrique du matériau est alors inséré dans un tube en acier qui fait à la fois office de confinement et de surface de frottement. Avec cette configuration, comme nous ne pouvons pas effectuer de mesures directes au niveau de l'interface, les paramètres de frottement sont identifiés à partir de mesures indirectes et de modèles analytique et numérique. Deux types de dispositifs ont été conçus pour effectuer à la fois des essais d'orientation en quasistatique et des essais sur barres de Hopkinson. Les essais quasi-statiques permettent une identification fiable du frottement et montrent que des pressions de 100 MPa peuvent être obtenues avec notre configuration sans dégrader le matériau fragile. En revanche, les essais sur barres de Hopkinson ne donnent pas satisfaction. Un dispositif spécifiquement adapté à la dynamique rapide a alors été conçu. Il permet d'identifier le frottement sous des pressions de 100 MPa et des vitesses de10 m/s.