Les matériaux polymères à structures cellulaires allient des propriétés mécaniques, thermiques, chimiques et optiques intéressantes aux regards des contraintes d’allègement des systèmes et des structures. Toutefois, pour diversifier leurs applications et les rendre toujours plus performants dans les domaines de la santé, du transport ou encore du bâtiment, une étude fine des relations qui lient les procédés de fabrication à la microstructure générée et aux propriétés qui en découlent, doit être menée. Ces propriétés mécaniques dépendent étroitement des propriétés de la matière dont les mousses sont faites mais aussi de la morphologie de leurs microstructures (orientation, distribution et taille des pores, épaisseur des parois). Il est donc crucial de pouvoir quantifier et mesurer ces paramètres pour tendre vers une compréhension fine des propriétés mécaniques et définir des modèles capables de relier le comportement macroscopique du matériau cellulaire vis-à-vis de son « équivalent » massif et de la microstructure. En collaboration étroite avec la direction recherche et développement de l’entreprise INTEREP, leader européen du caoutchouc cellulaire étanche, une caractérisation expérimentale du comportement mécanique de mousses de différentes natures polymériques et de différentes topologies à d’abord été effectuée. Ensuite un ensemble de modélisations géométriques a été développé à partir d’observations microstructurales de vraies mousses en micro-tomographie RX et à partir de microstructures générées virtuellement par le biais d’une description physique du processus de fabrication de mousses polymères. Finalement, une simulation numérique éléments finis en 2D et en 3D de ces microstructures couplées à la caractérisation expérimentale du matériau massif des parois a permis de reproduire et d’étudier finement les mécanismes de déformations observés expérimentalement sur des mousses polymères et d’affiner les lois de comportement empiriques avec la prise en compte d’un paramètre supplémentaire caractéristique de la statistique de distribution des cellules dans l’espace, c'est-à-dire de leurs localisations et de leur distribution de taille et de forme. / Polymer foams materials combine mechanical, thermal, chemical and optical interesting properties going with light weighting structures problems. However, to diversify their applications and make them even more efficient in health field, transportation or building, a fine study of the relationships between manufacturing processes to generated microstructures and resulting properties must be conducted. These mechanical properties are highly depending on the properties of material with which foams are made but also on the morphology of their microstructures (orientation, distribution and pore size, wall thickness). Thus it is crucial to quantify and measure these parameters to strive for a detailed understanding of the mechanical properties and define models capable of linking global behavior of cellular materials to bulk materials and microstructures. Working closely with research and development division of INTEREP, European leader in waterproof cellular rubber, an experimental characterization of the mechanical behavior of polymer foams of different natures and different topologies has been performed first. Then geometrical modeling was developed from micro structural observations of real foams in x-ray micro-tomography and from virtually generated microstructures through a physical description of polymer foams manufacturing process. Finally finite element simulation in 2D and 3D of these microstructures were coupled with the experimental characterization of bulk material allowing thus to reproduce and finely study deformation mechanisms experimentally observed on polymer foams and refine empirical behavior laws by taking into account additional characteristic parameter of cells statistical distribution in space like their location and their size distribution and shape.

In der vorliegenden Arbeit wird der Einsatz von Positronenemittern zur Bestimmung der Dichte eines zweiphasigen Mediums beschrieben. Zur Messung wird die Dichteabhängigkeit der Positronenreichweite ausgenutzt. Die Realisierbarkeit des Verfahrens wird zunächst in einer Computersimulation geprüft. Danach werden Experimente an einem hochauflösenden PET-Scanner vorgestellt. Bei diesen Experimenten wird die Dichteabhängigkeit der Reichweite von Positronen anhand von Modellmedien aus festen Schaumstoffen untersucht. Dabei werden die in der Computersimulation erzielten Ergebnisse bestätigt. Aus den experimentellen Ergebnissen wird ein Modell zur Beschreibung der Abnahme der Koinzidenzrate in Abhängigkeit von der Entfernung des Detektors von der Positronenquelle und der Mediendichte entwikkelt. Auf der Basis des Modells erfolgt die Konzipierung einer für die Dichtemessung optimierten Detektoranordnung. Die Funktionsweise dieses Detektorsystems wird in Form technischer Unterlagen und experimenteller Ergebnisse beschrieben. Mit dem optimierten Detektorsystem werden die Untersuchungen an den Modellmedien nochmals durchgeführt, wobei die bisherigen Ergebnisse bestätigt werden. Das beschriebene Meßverfahren dient der Bestimmung der mittleren Dichte in einem überwiegend gasförmigen Medium, wobei eine Mittelwertbildung über das Meßvolumen erfolgt. Das Verfahren kombiniert die Vorteile bekannter densitometrischer Meßmethoden auf der Basis einer Schwächung von Strahlung, indem die hohe Dichtesensitivität der Positronenstrahlung mit der relativ geringen Absorption der energiereichen Annihilationsquanten kombiniert wird.

This diploma thesis deals with Formula Student Impact Attenuator design. The aim of the thesis is to select suitable material and put it to the test of deformation. From results to suggest dimensions of Impact Attenuator and then perform its test. Next aim of the thesis is to perform FEM analysis of Anti-Intrusion plate and supporting rack.

Les matériaux absorbants des ondes électromagnétiques sont des éléments importants pour l'évaluation de nombreux systèmes électroniques militaires mais également civils. Ces matériaux sont utilisés, par exemple, pour la réduction des interférences électromagnétiques (EMI) dans divers composants sans fils, la réduction de la surface équivalente radar (SER) ou comme absorbants à l'intérieur des chambres de mesures. C’est cette dernière application qui est visée par les travaux de cette thèse. L’objectif de mes travaux de thèse est d’optimiser des matériaux absorbants utilisés dans les chambres anéchoïques. La géométrie et la composition du matériau absorbant sont les deux paramètres qui influencent la capacité d’absorption de l’onde électromagnétique par un matériau. Ce seront donc les deux pistes d’optimisation explorés durant cette thèse. Notre but est d’obtenir les absorbants présentant les plus faibles coefficients de réflexion et de transmission, soit une absorption élevée, ceci dans une large bande de fréquence. / The electromagnetic absorber materials are important elements for evaluating various electronic and civil systems. These materials are used, for example, for minimizing electromagnetic interferences (EMI) in different wireless components, for minimizing the radar cross section (RCS) or for usage in anechoic chambers. The latter application is the targeted work in this thesis. The objective of this work is to optimize the absorber materials used in anechoic chambers. The geometry and the material composition are the two parameters that influence the absorption of the electromagnetic wave inside the material itself. This are the two topics of optimization explored in this thesis. Our objective is to obtain material absorbers that have low reflection and transmission coefficients and high absorption in a large frequency band.

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