Le mouvement de Séchilienne est situé à une trentaine de kilomètre au sud-est de l'agglomération grenobloise sur la bordure Sud du Massif de Belledonne. Il affecte le versant rocheux en rive droite de la vallée alpine de la Romanche façonné par les nombreux cycles de glaciation et déglaciation et qui lors de la dernière phase glaciaire a été complètement recouvert par le glacier. Le raidissement des pentes et l'approfondissement du pied du versant associés au phénomène de décompression affectant le versant et correspondant au relâchement des contraintes liées à la disparition progressive du glacier seraient donc les facteurs prédominants dans l'initiation et l'évolution du mouvement de Séchilienne. Les récentes contraintes temporelles obtenues sur l'escarpement sommital ont cependant montré une initiation différée du mouvement par rapport à la déglaciation et suggèrent une initiation lors de l'Optimum climatique de l'Holocène suite à une modification brusque du climat. L'initiation et l'évolution de grands mouvements de versants rocheux en domaine montagneux peuvent être le résultat de la contribution de différents facteurs géologiques (la fracturation, la lithologie ou le régime tectonique), géomorphologiques (relief, pente) mais également de facteurs de forçage externe tels que les séismes, le pergélisol, les variations hydrologiques, le retrait du glacier ou encore les effets climatiques. Ces facteurs étant tous potentiellement actifs sur le mouvement de Séchilienne, l'identification des facteurs contrôlant l'initiation et l'évolution du mouvement et pouvant expliquer le délai observé entre la déglaciation et l'initiation du mouvement est donc délicate.Nous avons donc pour cela mené une étude multidisciplinaire permettant à partir (1) des données géophysiques et d'essais en laboratoire de déterminer en profondeur les limites du mouvement et d'évaluer le volume déstabilisé ainsi que son état de déstructuration, (2) d'une analyse de la structure détaillée du versant en surface et en profondeur de préciser l'origine des fractures observées mais également leur rôle de contrôle sur le mouvement (3) d'une analyse géomorphologique des objets présents à la surface du versant, d'identifier de discrétiser et de sélectionner les structures glaciaires et gravitaires sur lesquels nous avons par la suite appliqué la méthode de datation permettant ainsi d'obtenir le modèle cinématique du retrait du glacier de la Romanche le long du versant de Séchilienne et de l'initiation et de l'évolution du mouvement (4) d'une modélisation thermique du versant basée sur la courbe d'évolution des températures reconstruite depuis la dernière phase glaciaire quaternaire de caractériser la géométrie et la persistance du pergélisol depuis la dernière phase glaciaire jusqu'à la période actuelle.La confrontation de l'ensemble de ces résultats et leur replacement dans le contexte climatique régnant depuis la dernière phase glaciaire il ya 21000ans jusqu'à l'actuelle permet ainsi de proposer un modèle conceptuel de l'initiation et de l'évolution du mouvement de Séchilienne et du rôle des différents facteurs étudiés. Le mouvement se serait donc initié suite à la décompression du versant en réponse au retrait du glacier. La mise en place et le développement du pergélisol au sein du versant aurait cependant limité la propagation du mouvement en renforçant mécaniquement le versant. Son action ne c'est cependant pas limitée à renforcer le versant mais aurait également sur une échelle de temps plus importante favoriser l'endommagement et l'affaiblissement mécanique de la zone affecté imposant ainsi au mouvement sa géométrie actuelle. / The Sechilienne landslide is located thirty kilometers at the Southeast of Grenoble on the Southern edge of the massif of Belledonne. It affects the rock slope on the right bank of the Romanche alpine valley shaped by many cycles of glaciation and deglaciation and which was completely covered by the glacier during the last glacial phase. The oversteepening of the slopes and the deepening of the foot of the slope associated with the phenomenon of debutressing affecting the slope and corresponding to the lateral stress release resulting from ice melting would be so predominant factors in the initiation and development of the Sechilienne landslide. However the recent temporal constraints obtained on the scarp showed a delayed motion relative to the initiation and deglaciation suggest initiation during the Holocene climatic Optimum after a sudden climate change. The initiation and evolution of large movements of rock slopes in mountainous area may be the result of the contribution of different geological factors (fracturing , lithology or tectonic regime) , geomorphology (relief, slope) but also external forcing factors such as earthquakes , permafrost , hydrological changes , the glacier disappearance or climatic effects. These factors are all potentially active in the Sechilienne landslide, so the identification of factors controlling the initiation and development of the movement and which can explain the delay observed between deglaciation and the initiation of movement is tricky.Therefore, we conducted a multidisciplinary study from (1) geophysical data and laboratory tests to determine the depth limits of the mass movement and to assess the volume and the breakdown state, (2) an analysis of the detailed structures of the slope at the surface and in depth to identify the origin of the observed fractures and also their role in the control of the movement (3) a geomorphological analysis of objects on the surface of the slope to discretize , to identify and to select the glacial and gravitational structures on which then we applied the datation method to obtain the kinematic model of the Romanche glacier retreat along the slope of Séchilienne and of the initiation and the evolution of the movement (4) a thermal modeling of the slope based on the temperature curve proposed since the last quaternary glacial stage to characterize the geometry and the persistence of permafrost since the last glacial phase to the current period.The comparison of all these results and their replacement in the climatic conditions prevailing since the last glacial stage 21000 years ago to the present, allows to propose a conceptual model for the initiation and the evolution of Séchilienne landslide and the role of the various studied factors. So, the landslide would be initiated by slope debutressing in response to the glacier retreat. However the establishment and the development of the permafrost within the slope would limit the propagation of the movement by reinforcing mechanically the slope.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Um código computacional para escoamentos bifásicos incorporando metodologia híbrida entre oMétodo dos Elementos Finitos e a descrição Lagrangeana-Euleriana Arbitrária do movimento é usado para simular a dinâmica de um jato transversal de gotas na zona primária de quebra. Os corpos dispersos são descritos por meio de um método do tipo front-tracking que produz interfaces de espessura zero através de malhas formadas pela união de elementos adjacentes em ambas as fases e de técnicas de refinamento adaptativo. Condições de contorno periódicas são implementadas de modo variacionalmente consistente para todos os campos envolvidos nas simulações apresentadas e uma versão modificada do campo de pressão é adicionada à formulação do tipo um-fluido usada na equação da quantidade de movimento linear. Simulações numéricas diretas em três dimensões são executadas para diferentes configurações de líquidos imiscí veis compatíveis com resultados experimentais encontrados na literatura. Análises da hidrodinâmica do jato transversal de gotas nessas configurações considerando trajetórias, variação de formato de gota, espectro de pequenas perturbações, além de aspectos complementares relativos à qualidade de malha são apresentados e discutidos. / A two-phase flow computational code taking a hybrid Arbitrary Lagrangian-Eulerian desciption of movement along with the Finite Element Method is used to simulate the dynamics of an incompressible drop jet in crossflow in the primary breakup zone. Dispersed entities are described by means of a front-tracking method which produces zero-thickness interfaces through contiguous element meshing and adaptive refinement techniques. Periodic boundary conditions are implemented in a variationally consistent way for all the scalar fields involved in the presented simulations and amodified version of the pressure field is added to the one-fluid formulation employed in the momentum equation. Three-dimensional direct numerical simulations for different flow configurations of immiscible liquids pertinent to experimental results found in literature. Analyses of the hydrodynamics of the drop jet in crossflow in these configurations considering trajectories, drop shape variations, spectrum of small disturbances, besides additional aspects relating to mesh quality are presented and discussed.

The design of complex structures demands the prediction of possible fracture-dominant failure processes, due to the existence of unavoidable preexistent flaws and other defects, as well as sharps and cracks. On one hand, the complexity of the structure and the presence of many defects to be accounted for in the modeling can become the computational effort impracticable. On the other hand, it is important to seek the development of a computational framework based on some numerical method to study these problems. A way to overcome the difficulties mentioned, therefore making feasible the analysis of complex structures with many cracks, flaws and other defects, consists of combining a representative mechanical modeling with an efficient numerical method. This is precisely the fundamental aim of this work. Firstly, the Splitting Method is used aiming to build a representative modeling. Secondly, the Generalized Finite Element Method (GFEM) is chosen as an efficient numerical method, in which enrichment strategies of the approximated solution using stress functions in particular can be explored. The GFEM framework also allows avoiding the excessive refinement of the mesh, which increases the computational effort in conventional finite element analysis. In the Splitting Method, a kind of decomposition method, the original problem is subdivided in local and global problems which are then combined by imposing null traction at the crack surfaces. In this work, the Splitting Method was completely programmed in Python language and its use extended to analyze crack propagation including fatigue crack growth. The generated code presents in addition to several features related to Fracture Mechanics concepts, as the computation of the stress intensity factor (mode I and II) trough J Integral. Some examples are presented to depict the propagation of the cracks in multisite damage structures. It is shown that for this kind of problems the enrichment strategy provided by GFEM is essential. Moreover, the final example demonstrates that the computational tool allows for investigation of different possible crack scenarios with a low cost analysis. One concludes about the representativeness and efficiency of the methodology hereby proposed. / O projeto de estruturas complexas demanda a previsão de possíveis processos de ruptura governados por fraturamento, devido à existência de inevitáveis defeitos pré-existentes, como entalhes e fissuras. Por um lado, a complexidade da estrutura e a presença de muitos defeitos a serem considerados no modelo podem tornar a análise inviável devido ao esforço computacional necessário. Por outro lado, é importante procurar desenvolver uma estrutura computacional baseada em métodos numéricos para estudar estes problemas. Um modo de superar as dificuldades mencionadas, portanto tornando possível a análise de estruturas complexas com muitas fissuras e outros defeitos, consiste em combinar um modelo mecânico que seja representativo com um método numérico eficiente. Este é precisamente o objetivo fundamental deste trabalho. Primeiramente, o Método da Partição é utilizado para a construção de um modelo representativo. Em segundo lugar, o Método dos Elementos Finitos Generalizados (GFEM) é empregado por ser um método numérico eficiente, no qual as estratégias de enriquecimento da solução aproximada usando funções de tensão, em particular, podem ser exploradas. A estrutura do GFEM também permite evitar o excessivo refinamento da malha, que aumenta o esforço computacional em análises convencionais nas quais se utiliza o método dos elementos finitos. No Método da Partição, um tipo de método de decomposição, o problema original é subdividido em problemas locais e globais que são então combinados impondo-se a nulidade do vetor de tensões na superfície da fissura. Neste trabalho, o Método da Partição foi completamente programado em linguagem Python® e sua utilização estendida para analisar a propagação de fissuras, incluindo-se a associação do crescimento com a resposta em fadiga. Além disso, o código gerado apresenta diversas características relacionadas aos conceitos da Mecânica da Fratura, como o cálculo do fator de intensidade de tensão (modos I e II) mediante a Integral J. Alguns exemplos são apresentados para ilustrar a propagação de fissuras em estruturas multi-fraturadas. Mostra-se que para este tipo de problemas a estratégia de enriquecimento fornecida pelo GFEM é essencial. Além disso, o exemplo final comprova que a ferramenta computacional permite a investigação de diferentes possíveis cenários de fissuras com uma análise de baixo custo. Conclui-se sobre a representatividade e eficiência da metodologia proposta.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:33:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luise A K Anschau.pdf: 1834332 bytes, checksum: 1734be5865fecb740ba3adfdc48411da (MD5) Previous issue date: 2011-09-02 / This study has the objective of analyze the localization profile of metal mechanic activity branch of Paraná West Region. For this it will be used the Locacional Quotient, the job multiplier and the geographic association coefficient from RAIS data. So the basic activities will be identified, the jobs generated by them and its associations with the transformation industry branches focusing the metal mechanic branch. By the analyses it was evidenced that the metal mechanic branch kept its locacional profile almost equal in the analyzed years, it lost specialization in some cities and it is one of the branches that more create jobs, and as well as the transformation industry as a whole expanded its ranks of formal jobs from 2000 to 2008. The branch is more concentraded mainly in Cascavel, Marechal Cândido Rondon, Assis Chateubriand, Foz do Iguaçu and neighborhoods. The branch was associated with all the branches, but only significant associated with the edition, impression, and reproduction of writings branch and other industrial branches. It had a light reduction in the intensity of the associations of the metal mechanic branch with the majority of the other branches. / Este estudo tem por objetivo analisar o perfil de localização do ramo de atividade metal-mecânica da Região Oeste do Paraná. Para isto serão utilizados o Quociente Locacional, o Multiplicador de Emprego e o Coeficiente de Associação Geográfica a partir de dados da RAIS. Assim, serão identificadas as atividades básicas, os empregos gerados por elas e suas associações com os ramos da indústria de transformação enfocando o ramo metal-mecânico. Por meio das análises constatou-se que o ramo metal-mecânico manteve seu perfil locacional praticamente igual nos anos analisados, perdeu especialização em alguns municípios e é um dos ramos que mais emprega, e assim como a indústria de transformação como um todo expandiu seus postos de empregos formais de 2000 a 2008. O ramo encontra-se mais concentrado principalmente em Cascavel, Marechal Cândido Rondon, Assis Chateubriand, Foz do Iguaçu e entorno. O ramo esteve associado com todos os ramos, mas somente associado de maneira significativa com o ramo de edição, impressão, e reprodução de gravações e outros ramos industriais. Houve uma leve diminuição na intensidade das associações do ramo metal-mecânico com a maioria dos demais ramos.

Les stratifiés composites sont de plus en plus utilisés dans les pièces de structures des aéronefs ce qui fait émerger de nouvelles problématiques comme celle des Impacts de Faible Energie (IFE). En effet, bien qu’ils possèdent des propriétés rapportées à leur masse très intéressantes ces matériaux peuvent être vulnérables aux petits chocs. Or, compte tenu des nombreux paramètres influents lors d’un tel impact (énergie, vitesse, stratification...), les essais actuellement majoritairement privilégiés à l’échelle industrielle sont long et coûteux. Ainsi, l’apport de la simulation numérique pourrait être d’une grande aide pour les constructeurs. La pratique du « virtual testing », en particulier, permettrait d’aller dans cette direction ce qui aurait pour effet de rationaliser les campagnes d’essais et les coûts financier qui en découlent. Cependant, elle peine à être mise en place ici car le temps CPU nécessaire pour la simulation fine des ndommagements induits par les IFE est trop important avec les méthodes actuelles. Partant de ce constat, ce travail a consisté à tirer avantageusement partie de la localisation spatiale et temporelle des délaminages, fissurations matricielles et ruptures de fibres qui peuvent apparaître pendant l’impact pour diminuer le coût de calcul. Ainsi une méthode multiéchelle en espace et en temps a été mise en place. Elle consiste à découper la structure impactée en deux zones. L’une est située autour du point d’impact, elle contient l’ensemble des non-régularités du problème (contact, loi adoucissante, modèle de zone cohésive). Elle est traitée avec le code de dynamique explicite Europlexus. L’autre correspond à la partie complémentaire. Le problème mécanique y est beaucoup plus régulier et il est traité avec le code de dynamique implicite Zset/Zébulon. Un couplage peu intrusif basé sur la méthode GC est donc réalisé entre ces deux codes. Il permet d’utiliser une modélisation adaptée dans chacune des deux régions ce qui permet en particulier d’utiliser des pas de temps différents. Un rapport supérieur à 1000 peut ainsi être obtenu entre celui du code explicite fixé par la condition de stabilité et celui utilisé dans la partie complémentaire. Un gain de temps CPU significatif confirmé par la simulation d’un impact réalisé sur un panneau composite raidi est ainsi obtenu. Il est également montré que la répartition implicite/explicite peut évoluer au cours du calcul. Pour cela un mécanisme de bascule a été mis en place. Il permet ainsi de faire transiter la résolution d’une partie de la structure initialement traitée dans le code Zebulon dans Europlexus. Un gain de temps supplémentaire est alors obtenu grâce à cette méthode sur le même cas d’application. / The composite laminates are increasingly used in aircraft structural parts which lead to new issues such as the Low Energy Impacts (LEI). Indeed, although they have well mechanical properties relative to their mass, small shocks may be very harmfull for laminates. Controlling such situations is essential for manufacturers that why lot of testing campaigns are currently performed. Yet, they are time consuming and expensive considering the many influential parameters (energy, speed, layup...). Numerical simulations of this phenomenon by practicing the so called “virtual testing” process could be really helpfull to rationalize testing campaigns in order to save money. Yet, this practice remain currently hard to do at the industrial scale due to the excessive CPU time required for fine simulation of damages induced by the LEI. Based on this observation, this work has consisted in taking advantage of the spatial and temporal location of delamination, matrix cracking and fiber breakage that can occur during impact in order to reduce the computational cost. Thus, a space and time multiscale method has been put in place. The impacted structure is split into two areas. One is located around the impacted point, it contains all the non-regularities of the problem (contact, softening law, cohesive zone model). This domain is treated with the explicit dynamics code Europlexus. The other one corresponds to the complementary part. The mechanical problem is much more regular and it is treated with the implicit dynamics code Zset / Zebulon. A low intrusive coupling based on the GC method is carried out between these two codes. It allows to use an adapted model in both regions different time step are in particular used. A time step ratio upper to 1000 can be reach between the one of the explicit code set by the stability condition and the one used in the complementary part. As a results, significant CPU time is saved. This is confirmed by the simulation of a stiffened composite panel impacted. It is also shown that the implicit / explicit allocation can change over the calculation. To do that, a switch mechanism has been established. It thus makes it possible to transit the resolution of a portion of the structure initially solved in the code Zebulon to Europlexus. As a results, further gain is obtained.

Le dimensionnement basé sur la performance (DBP), dans une approche déterministe, caractérise les objectifs de performance par rapport aux niveaux de performance souhaités. Les objectifs de performance sont alors associés à l'état d'endommagement et au niveau de risque sismique établis. Malgré cette approche rationnelle, son application est encore difficile. De ce fait, des outils fiables pour la capture de l'évolution, de la distribution et de la quantification de l'endommagement sont nécessaires. De plus, tous les phénomènes liés à la non-linéarité (matériaux et déformations) doivent également être pris en considération. Ainsi, cette recherche montre comment la mécanique de l'endommagement pourrait contribuer à résoudre cette problématique avec une adaptation de la théorie du champ de compression modifiée et d'autres théories complémentaires. La formulation proposée adaptée pour des charges monotones, cycliques et de type pushover permet de considérer les effets non linéaires liés au cisaillement couplé avec les mécanismes de flexion et de charge axiale. Cette formulation est spécialement appliquée à l'analyse non linéaire des éléments structuraux en béton soumis aux effets de cisaillement non égligeables. Cette nouvelle approche mise en œuvre dans EfiCoS (programme d'éléments finis basé sur la mécanique de l'endommagement), y compris les critères de modélisation, sont également présentés ici. Des calibrations de cette nouvelle approche en comparant les prédictions avec des données expérimentales ont été réalisées pour les murs de refend en béton armé ainsi que pour des poutres et des piliers de pont où les effets de cisaillement doivent être pris en considération. Cette nouvelle version améliorée du logiciel EFiCoS a démontrée être capable d'évaluer avec précision les paramètres associés à la performance globale tels que les déplacements, la résistance du système, les effets liés à la réponse cyclique et la quantification, l'évolution et la distribution de l'endommagement. Des résultats remarquables ont également été obtenus en référence à la détection appropriée des états limites d'ingénierie tels que la fissuration, les déformations unitaires, l'éclatement de l'enrobage, l'écrasement du noyau, la plastification locale des barres d'armature et la dégradation du système, entre autres. Comme un outil pratique d'application du DBP, des relations entre les indices d'endommagement prédits et les niveaux de performance ont été obtenus et exprimés sous forme de graphiques et de tableaux. Ces graphiques ont été développés en fonction du déplacement relatif et de la ductilité de déplacement. Un tableau particulier a été développé pour relier les états limites d'ingénierie, l'endommagement, le déplacement relatif et les niveaux de performance traditionnels. Les résultats ont démontré une excellente correspondance avec les données expérimentales, faisant de la formulation proposée et de la nouvelle version d'EfiCoS des outils puissants pour l'application de la méthodologie du DBP, dans une approche déterministe. / Abstract : Performance Based Design (PBD) methodology, in a deterministic approach, characterizes the performance objectives in relation to the desired performance levels. Performance objectives are associated with the stated damage condition and the seismic hazard level. Despite this rational approach, its application is still difficult and reliable tools for capturing the evolution, distribution and measuring the damage are indeed required. All phenomena related to nonlinearities (materials and deformations) must also be considered. This research shows how the Damage mechanic could contribute to solving this problematic jointly with an adaptation of the MCFT (Modified Compression Field Theory) formulation and other complementary theories. The proposed formulation, adapted for monotonic, pushover and cyclic loads, allows considering the nonlinear shear-related effects coupled with axial and flexural mechanisms. This formulation is specially addressed to nonlinear analysis of concrete structural elements subjected to non-negligible shear effects. This new approach implemented in EfiCoS (a layered damage mechanic based finite element program), including modeling criteria, is also presented here. Calibrations of this new approach comparing the predictions with experimental data were carried out for concrete shear walls as well as for concrete beams and bridge columns where shear effects have to be considered. This new improved version of software EFiCoS demonstrated to be capable of evaluating accurately the parameters associated with the overall performance, such as displacements, the system strength, the effects related to the cyclic response and the magnitude, evolution and distribution of the damage. Remarkable results were also obtained in reference to the appropriate detection of engineering limit states such as cracking, strains, spalling in cover, crushing, local yielding in bars and system strength degradation, among others. As a very useful application tool for PBD, relationships between the predicted damage indices and the performance levels were obtained and expressed as charts and tables. These charts were derived in terms of the drift and the displacement ductility. A particular table was developed to relate the engineering limit states, the damage, the drift and the traditional performance levels. Results have shown a very good agreement with the experimental data, making the proposed formulation and the new version of EfiCoS a powerful tool for the application of the PBD methodology, in a deterministic approach.

This work is focused on the application of advanced elasto-plastic material model intended for shotcrete. Spatial mathematical models of two laboratory tests are created, where this model is used. The first test is a three-point bending concrete specimen. Next, the behavior of the material is analyzed, in which input parameters are entered. Consequently, two reverse analyzes of the available data are analyzed where a match between prediction and measurement can be obtained. The second test is a modified tensile test, where is describe the material behavior in changing of input parameters. Subsequently, reverse data analysis is created, where an acceptable match between prediction and measurement is possible. In every study, the stress waveform in the fracture process zone is analyzed to more detail.

The presented master’s thesis deals with fatigue crack front shape estimation. The aim of this thesis is to create an iterative process leading to the real fatigue crack front shape. Thesis is solved using finite element method. The work is divided into two logical parts. The first part of the thesis describes the basic concepts of linear elastic fracture mechanic (LEFM), methods used for estimation of stress intensity factor and stress singularity exponent. The first part further describes some phenomenon’s accompanying the mechanism of fatigue crack growth as for example crack tip curving and crack closure. In the second part of the thesis there is studied an affect of the free surface on the fracture parameters, especially the affected distance from the free surface is determined. Based on the assumption of a constant stress intensity factor and stress singularity exponent along the crack front, an iterative process leading to fatigue crack front shape is presented. The accuracy of the result is discussed by comparing of obtained crack front shapes with experimental data at the end of the thesis.

Ces travaux de thèse sont le fruit de la collaboration entre la société Hispano-Suiza et le LaMCoS de l’INSA de Lyon. Dans le cadre du développement de nouveaux systèmes de propulsion, l’implantation d’un train planétaire / épicycloïdal entre la turbine et l’hélice semble être une voie intéressante pour atteindre les performances souhaitées en terme de rendement. L’augmentation des puissances transmises et la réduction des masses embarquées dans les applications aéronautiques tendent à rendre les composants de plus en plus déformables. Lors de ces travaux de recherche, un modèle dynamique de trains planétaires a été développé, incorporant les effets des erreurs de montage, des écarts de forme et des sous-ensembles flexibles. Une approche à paramètres concentrés est utilisée, intégrant notamment des éléments spécifiques d’engrenage et des éléments d’arbre. Pour les éléments d’engrenage, le formalisme des fines tranches juxtaposées est employé pour représenter les dentures. Une raideur élémentaire et un écart normal sont attribués à chacune des tranches et sont réactualisés à chaque pas de temps en fonction de la cinématique des composants et des déviations du profil des dentures. Les déformations de la couronne sont introduites à l’aide d’un anneau discret composé de poutres droites couplé aux éléments d’engrenage. Les dentures double-hélice sont modélisées par deux éléments d’engrenage d’angles d’hélice opposés liés par une poutre de Timoshenko. Finalement, les équations du mouvement sont résolues pas à pas dans le temps par un schéma de Newmark combiné à un algorithme de contact normal, permettant de prendre en compte les pertes de contact partielles ou complètes. Dans un premier temps, un certain nombre d’éléments de validation est présenté et comparé à des résultats tirés de la littérature. Afin d’asseoir notre modélisation, l’influence des erreurs de positionnement des satellites, du décalage des hélices, des erreurs de pas et des déformations de la couronne sur les distributions de charge est abordée pour différentes configurations de train planétaire. Dans un deuxième temps, l’optimisation des corrections de denture dans le but de réduire les vibrations est investiguée. Les corrections de profil sont introduites sur les engrènements de façon (i) linéaire et symétrique en tête de dents et (ii) identique pour tous les satellites mais (iii) différente selon le flanc actif. Dans ce contexte, les corrections sont tout d’abord optimisées vis-à-vis des efforts dynamiques d’engrènement à l’aide d’un algorithme génétique. Puis, leurs performances sont analysées en fonction du couple transmis et de la vitesse de rotation. Par la suite, un critère « équivalent » est dérivé, vérifié et utilisé pour étudier l’influence du décalage des hélices et d’une correction longitudinale parabolique sur ces corrections de profil optimales. Enfin, une sous-structure du porte-couronne est introduite et son impact sur les distributions de charge est exploré. / This research work was conducted at the Contact and Structural Mechanics Laboratory (LaMCoS) of LaMCoS - INSA Lyon (UMR CNRS 5259) in partnership with Hispano-Suiza (SAFRAN group). In the context of new turbo jet engine developments, a promising technological solution consists in inserting a planetary / epicyclic gear train between the turbine and the propeller which, in theory, can improve the system performance, especially in terms of efficiency. Increasing power densities and mass reduction constraints lead to more compliant structures which need to be analyzed from a dynamic viewpoint. The present work deals therefore with the dynamic modelling of planetary / epicyclic gears and the effects of assembly errors, tooth shape deviations and deformable structural components. A lumped parameter approach has been favored which combines rigid-body gear elements, beam and lumped parameters elements. A thin-slice model has been used to simulate the time-varying elastic properties of gear teeth with an elemental stiffness and a normal deviation functions attributed to every discrete cell on the contact lines (thin slice) and updated at each time step with respect to the meshing course and the instant positions of the teeth. Ring-gear deformations are introduced via a model of elastic annulus discretized into straight beam elements and connected to the gear elements. Double-helical gears are simulated by linking two gear elements of opposite hands by Timoshenko beam elements. The possibility of helix stagger is implemented by shifting the helix positions in the base plane. Finally, the equations of motion are solved step by step in time by combining a Newmark scheme and a normal contact algorithm which makes it possible to account for partial and total instant contact losses. A number of comparisons with benchmark results from the literature are presented which prove that the proposed theoretical and numerical developments are sound and can actually be used to simulate the influence of planet position errors, helix stagger, pitch errors and ring-gear deformations. The optimization of tooth shape modifications, i.e. profile and lead modifications, re dynamic mesh forces in planetary gears is tackled. Using a genetic algorithm, optimum profile modifications are derived and compared with some analytical results in the literature. Their performance over a range of loads and speeds is assessed for helical and double helical gears with rigid and flexible ring-gears. A quasi-static “equivalent” criterion based on local transmission errors is presented and commented upon. Having proved its relevance, a number of results are derived concerning the influence of helix stagger and lead crowning superimposed on optimum profile modifications. Finally, a deformable ring-gear support is introduced using a sub-structuring technique and its contribution in terms of tooth load distribution is examined.

The aim of this work is the development of mechanical models on a mesoscopic level for the analytical description of the material properties of textile reinforced concrete (TRC). For the modelling of the heterogeneous structure of TRC the concept of representative volume elements (RVE) is used. RVEs are representative for the mesoscopic structure. The overall material behaviour on the macroscopic level is obtained by means of homogenisation of the heterogeneous material behaviour on the mesoscopic level. Based on the micro mechanical solution of the elastic field of an ellipsoidal inclusion according to Eshelby a model for the determination of the material behaviour for multi-directional reinforced finegrained concrete is developed. An effective field approximation considers the interaction of the differentially orientated reinforcements in an averaged sense. Microcracks are included by additional strains in the representative volume element. The average interaction between the microcracks and the reinforcements is considered by an effective field approximation. As a criteria for the initiation of the macro cracking a critical microcrack density parameter is implemented in the mechanical model. The microcracks accumulate to macrocracks if the microcrack density parameter in the RVE exceeds this critical value. For the mechanical modelling of the bond behaviour between roving and matrix after macro cracking a multiple linear shear stress-slip relation is used. This shear stress-slip relation considers adhesion, damage and failure of the interface between roving and matrix. Hence experimentally measured pullout force-displacement curves can be simulated realistically. / Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung mechanischer Modelle auf der Mesoebene zur analytischen Beschreibung des makroskopischen Materialverhaltens von textilbewehrtem Feinbeton. Für die Modellierung der heterogenen Struktur wird das Konzept der repräsentativen Volumenelemente (RVE), die für die Mesostruktur des betrachteten Verbundwerkstoffes repräsentativ sind, verwendet. Der Übergang von dem heterogenen Materialverhalten auf der Mesoebene zum mittleren Materialverhalten auf der Makroebene erfolgt mittels Homogenisierung. Auf Basis der mikromechanischen Grundlösung für ellipsoidförmige Einschlüsse nach Eshelby wird ein Modell entwickelt, das die Ermittlung des Materialverhaltens von multidirektional bewehrtem Feinbeton ermöglicht. Durch die Anwendung einer Effektive-Feld-Theorie wird die gegenseitige Beeinflussung der unterschiedlich orientierten Bewehrungen in einem gemittelten Sinn betrachtet. Die ab einer bestimmten makroskopischen Beanspruchung entstehenden Mikrorisse berücksichtigt das mechanische Modell über einen durch die Mikrorisse hervorgerufenen zusätzlichen Verzerrungsanteil im RVE. Mittels der verwendeten Effektive-Feld-Theorie kann eine mittlere Beeinflussung zwischen den Mikrorissen und der Rovingbewehrung erfasst werden. Für den Übergang von der Mikrorissbildung zur Makrorissbildung wird für das mechanische Modell der Begriff einer maximalen Mikrorissdichte eingeführt. Überschreitet die Mikrorissdichte im RVE diesen maximalen Wert, vereinigen sich die Mikrorisse zu Makrorissen. Zur Beschreibung des mechanischen Verbundverhaltens zwischen Roving und Matrix beim Rovingauszug am Makroriss wird eine multilineare Schubspannungs-Schlupf-Beziehung verwendet, welche die Schädigung des Roving-Matrix-Verbundes bis hin zum vollständigen Versagen erfasst. Damit lassen sich experimentell ermittelte Kraft-Verformungskurven an Zugproben wirklichkeitsnah abbilden.