O presente trabalho trata sobre a influência do teor de enxofre, em quatro aços com uma composição química similar (famílias ABNT 1045 e ABNT 1145), na microestrutura, nas propriedades estáticas, dinâmicas e nos processos de usinagem. Para esta análise foi feita uma caracterização microestrutural de cada material para determinar parâmetros tais como a fração de inclusões de sulfeto de manganês (MnS) e a fração volumétrica de perlita. Também foi feita uma caracterização mecânica que consistiu em ensaios estáticos mediante o ensaio de tração e dureza, e um ensaio dinâmico utilizando a barra de Hopkinson, com o objetivo de observar o comportamento das inclusões e do próprio material quando deformado com altas e baixas taxas de deformação. Para a caracterização durante a usinagem destes aços foram feitos ensaios de torneamento para avaliar as forças de corte e de avanço em velocidades de corte de 190, 110, 45 e 15 m/min. A rugosidade dos corpos-de-prova também foi medida. Os resultados obtidos nos ensaios de torneamento e da caracterização microestrutural foram analisados estatisticamente para observar variações do comportamento das forças de usinagem de cada aço sob diferentes condições de velocidade de corte, e tentar correlacionar esse comportamento com a microestrutura do material. Observou-se que o aço 1045-A apresentou forças de usinagem (força de corte e força de avanço) superiores que os demais aços, já o aço que apresentou menores forças de usinagem foi o aço 1145-B. Isto é apenas uma tendência, devido que não houve diferença estatística que avaliasse esse comportamento. Também se observou que a rugosidade é um parâmetro que depende mais da velocidade de corte que da distribuição e/ou morfologia das inclusões. Evidenciou-se a formação de aresta postiça de corte (APC) numa faixa de velocidades (15-50 m/min), o que influenciou na rugosidade para estas condições de velocidades. Verificou-se que o comportamento das inclusões em baixas taxas de deformação é de caráter frágil, entanto que em altas taxas seu comportamento é plástico e deforma junto com a matriz. / This work deals with the sulfur influence on the microstructure and on the static, dynamic and machining behavior of four steels with similar chemical composition. (ABNT 1045 and ABNT 1145). Microstructure characterization of the materials was performed in order to obtain the area fraction of the phases of perlite and sulfide inclusions. A mechanical characterization of the materials was also performed, consisting in a set of static (tension and hardness test) and dynamic tests (Split Hopkinson Pressure Bar Test) with the objective of observing the deformation behavior of the sulfide inclusions at low and high strain rates. Various machining tests were carried out at different cutting speeds, namely 190, 110, 45 e 15 m min-1, for obtaining the cutting forces during de machining process. After the machining tests, the roughness of the steels was also measured. Later on, the results of the different experiments were analyzed with statistical tools and then compared to establish a correlation between the cutting forces and microstructure. The higher cutting forces were registered for the 1045-A steel and the lower for the 1145-B steel. However, this was considered merely a trend given that no statistical difference was found to support any conclusion. It was also observed a stronger roughness dependency on the cutting speed than in the distribution and/or morphology of the inclusions. The steels were observed to form a built-up edge (BUE) in a range of cutting velocities of 15-50 m/min. This phenomenon affected the roughness for these cutting velocities. The behavior of the sulfide inclusions was observed to be brittle under low strain rates. On the other hand, under high strain rates, a plastic deformation behavior was observed with inclusions participating in the plastic flow of the metal matrix.

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The PhD thesis deals with the possibility of performing dynamic tensile tests. For this purpose, Split Hopkinson Pressure Bar Test (hereinafter SHPBT) is used. The basic construction of SHPBT device is designed to perform dynamic compression tests on materials (metals, plastics, and ceramics). The obtained results are deformation stress – strain and strain rate – strain dependences. SHPBT is capable of testing materials at high strain rates up to 10^2 – 10^3 s-1. It was created a special device for dynamic tensile tests of materials at high strain rates. The created device uses the basic construction of SHPBT. The special device is used for testing flat specimens with 2 mm thickness. It was recognized by the Industrial Property Office of the Czech Republic as a utility model with number 23703. The specimens used for dynamic tensile testing were made of austenitic stainless steel (WNr. 1.4301) with 2 mm thickness. The verification of created device was carried out by numerical simulation. The numerical simulation was performed by ANSYS LS – Dyna software.

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.

The PhD thesis deals with the possibility of performing dynamic tensile tests. For this purpose, Split Hopkinson Pressure Bar Test (hereinafter SHPBT) is used. The basic construction of SHPBT device is designed to perform dynamic compression tests on materials (metals, plastics, and ceramics). The obtained results are deformation stress – strain and strain rate – strain dependences. SHPBT is capable of testing materials at high strain rates up to 10^2 – 10^3 s-1. It was created a special device for dynamic tensile tests of materials at high strain rates. The created device uses the basic construction of SHPBT. The special device is used for testing flat specimens with 2 mm thickness. It was recognized by the Industrial Property Office of the Czech Republic as a utility model with number 23703. The specimens used for dynamic tensile testing were made of austenitic stainless steel (WNr. 1.4301) with 2 mm thickness. The verification of created device was carried out by numerical simulation. The numerical simulation was performed by ANSYS LS – Dyna software.

Les risques liés à la propagation de fissures sous impact sont encore très difficiles à estimer. La détermination de critères de rupture dynamique uniquement à partir de résultats expérimentaux reste délicate. Ainsi la première étape pour valider des lois de propagation de fissures sous impact passe par le développement d'outils de simulation numérique. Depuis les années 1970, de nombreux codes de calcul mécanique ont été dédiés à l'étude de la propagation de fissures, notamment dans le cas du phénomène de fatigue. La principale difficulté consiste dans la nécessité de suivre la géométrie de la fissure au cours du temps. Ces dernières années, des méthodes alternatives basées sur la partition de l'unité ont permis une description implicite des discontinuités mobiles. C'est le cas de la méthode des éléments finis étendue (X-FEM) qui paraît particulièrement adaptée à la simulation de la propagation dynamique de fissures sous chargement mixte où les trajets de fissures ne sont pas connus a priori. Si ces outils numériques permettent maintenant de représenter l'avancée dynamique d'une fissure, les résultats numériques doivent être comparés à des résultats expérimentaux pour s'assurer que les lois introduites sont physiquement fondées. Notre objectif est donc de développer conjointement des techniques expérimentales fiables et un outil de simulation numérique robuste pour l'étude des phénomènes hautement transitoires que sont l'initiation, la propagation, l'arrêt et le redémarrage de fissures sous impact.<br />Des expériences de rupture dynamique ont donc été réalisées sur du Polyméthacrylate de méthyle (PMMA) durant lesquelles la mixité du chargement varie et des arrêts et redémarrages de fissures se produisent. Deux bancs d'essais différents ont été utilisé, le premier basé sur la technique des barres de Hopkinson (ou barres de Kolsky), le second mettant en jeu un vérin rapide. Le PMMA étant transparent, la position de la fissure au cours de l'essai a été acquise grâce à des caméras rapides mais aussi en utilisant un extensomètre optique (Zimmer), habituellement dédié à la mesure de déplacements macroscopiques d'un contraste noir/blanc. L'utilisation de cet extensomètre pour suivre la fissure au cours de l'essai a permis d'obtenir une localisation très précise de la pointe de la fissure en continu, permettant ainsi l'étude des phases transitoires de propagation. Afin d'étudier le même phénomène dans des matériaux opaques comme les aluminiums aéronautiques (Al 7075), des techniques de corrélation d'images numériques ont été employées en mouchetant les éprouvettes impactées. De nouveaux algorithmes ont été développés afin de traiter les images issues d'une caméra ultra-rapide (jusqu'à 400 000 images par seconde).<br />Plusieurs géométries ont été envisagées afin d'étudier différents cas de propagation dynamique : initiation en mode I pur, initiation en mode mixte, propagation, arrêt, redémarrage, interaction entre deux fissures, influence d'un trou sur le trajet d'une fissure, branchement dynamique de fissures. Ces expériences ont ensuite été reproduites numériquement afin de valider les algorithmes et les critères de rupture choisis.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2006. / Available online via OhioLINK's ETD Center; full text release delayed at author's request until 2011 Aug 15

This project argues that there is a previously unnamed canon of literature called Magical Feminism which exists across many current popular (even lowbrow) genres such as science-fiction, fantasy, so-called realistic literature, and contemporary television and film. I define Magical Feminism as a genre quite similar to Magical Realism, but assert that its main political thrust is to model a feminist agency for its readers. To define this genre, I closely-read the image of the female magic user as one of the most important Magical Feminist metaphors. I argue that the female magic user–commonly called the witch, but also labeled priestess, mistress, shaman, mambo, healer, midwife– is a metaphor for female unruliness and disruption to patriarchy and as such, is usually portrayed as evil and deserving of punishment. I assert that many (although not all) of the popular texts this genre includes are overlooked or ignored by the academy, and thus, that an important focus for contemporary feminism is missed. When the texts are noticed by parts of the academy, they are mostly considered popular culture novelty acts, not serious political genres. As part of my argument, I analyze third wave feminism’s attempt to reconcile traits previously considered less than feminist, such as the domestic. I also deconstruct the popular media’s negative portrayal of contemporary feminism and the resulting reluctance for many young women to identify themselves as feminist. I also argue that this reluctance goes hand in hand with a growing attempt to seek new models for empowering female epistemologies. My assertion is that these texts are the classrooms where many readers learn their feminism. Finally, I list a short bibliography as a way of defining canon of texts that should be considered Magical Feminist.

Ce travail décrit une étude expérimentale sur des tôles en Ni-Ti à température ambiante en cisaillement plan simple, et pour des vitesses de déformation de 10-4 à 103/s. En quasi-statique (10-4-10-2/s), la mesure optique du champ de déplacement est indispensable à cause du faible déplacement (0.3mm). Des essais à vitesse de déformation intermédiaire (10-1-101/s) ont été réalisés avec la Machine MTS modifiée, capable d'aller à 300mm/s. Une caméra rapide est nécessaire pour suivre ces tests. Enfin, des barres de Hopkinson sont utilisées pour les essais à haute vitesse (102-103/s).Les efforts se sont concentrés sur la méthodologie afin d'explorer les limites expérimentales. Au niveau mécanique, des efforts ont été apportés sur la conception des montages des mors pour combiner des exigences contradictoires. Au niveau mesure, des caméras optiques fonctionnant jusqu'à 5M images/s ont été utilisées. La texture des images, la peinture, la lumière, la taille d'élément et l'incertitude sont analysées. De plus, la caméra infrarouge est utilisée pour confirmer l'observation optique sous faibles vitesses de déformation.Finalement, des essais ont été réalisés pour 7 ordres de grandeurs de la vitesse de déformation, avec identification de la relation contrainte-déformation et observation de l'évolution de la bande de transformation. On observe : (i) Une augmentation de la contrainte avec la vitesse de déformation. (ii) Un champ de déformation non homogène, même en faible vitesse, avec une bande à 10 degrés par rapport à la direction de cisaillement. (iii) Deux bandes séparées à haute vitesse (102/s), ce qui indique que la bande de localisation dépend de la vitesse de chargement. / This work describes an experimental study on a NiTi alloy at the ambient temperature (Pseudoelastic behavior) under the double in-plane shear loading over strain rates from 10-4 to 103/s. Under quasi-static loadings (10-4-10-2/s), the optical full-field measurement is necessary because of the very small displacement (0.3mm). The intermediate loading rates (10-1-101/s) are realized with a modified MTS machine able to load at 300mm/s. Moreover, a high-speed camera is needed to follow such tests. Finally, the Split Hopkinson bars are used to perform tests at impact loading rates (102-103/s).The main effort has been made on the methodological study to explore the experimental possibility. For the mechanical level, the attention has been paid on the design of the clamping system to cope with the contradictory requirements. For the measuring level, different optical cameras with sampling rate till to 5M frames/second are used. The texture, the painting, the lightening, the element size and the uncertainty are analyzed. Furthermore, an infrared camera was used at lower loading rates to confirm the DIC measurement.The tests are continually performed over 7 decades of the strain rate. The nominal stress-strain curves and the detailed observation of the transformation band evolution are measured. The main findings are as follows: (i) Regular stress increase with the strain rate; (ii) an inhomogeneous strain field under in-plane shear condition, even at very low strain rates, with a band at 10 degrees from the shear direction under lower strain rates. (iii) Two separated bands at the strain rate of 102/s, which suggests that the localized transformation bands are rate dependent.