Ce travail porte sur le développement d'un modèle de câble multicouche permettant la modélisation de son comportement en flexion libre, en tenant compte de l'élasticité des interfaces de contact entre les brins. Le nouveau modèle reprend plusieurs éléments de modèles considérant uniquement un comportement de type stick-slip (non-glissement - glissement) et qui ont déjà fait l'objet de publications. L'influence de l'élasticité des contacts est intégrée dans le modèle en utilisant la théorie des contacts élastiques d'Hertz. Les dimensions des ellipses de contact sont calculées en considérant un comportement élastique-parfaitement plastique. Les forces et les déplacements aux ellipses de contact sont calculés séquentiellement, en débutant par les interfaces entre la couche externe et la couche sous-jacente, pour une valeur de courbure imposée à l'axe central d'un élément de câble de longueur unitaire. La force de traction tangente à chacune des interfaces est calculée en utilisant une fonction continue de la position angulaire du brin, et le déplacement aux interfaces est calculé de manière indépendante pour chacun des brins. Le modèle est validé en comparant les résultats numériques obtenus avec ceux générés par d'autres modèles de câble ayant fait l'objet de publications, pour un conducteur AAC, un conducteur ACSR et un câble en acier. Les résultats montrent que la prise en compte de l'élasticité des contacts réduit considérablement la rigidité initiale du câble et cette valeur devient dépendante de la tension appliquée. Le comportement du câble devient non-linéaire pour de faibles valeurs de courbure, même lorsqu'aucun brin n'est en glissement. À l'aide d'un outil de calcul par éléments finis développé dans le cadre de ce travail, certains essais quasi-statiques sont reproduits numériquement, et les résultats obtenus sont comparés à des résultats expérimentaux publiés dans la littérature.

Il est reconnu que la maçonnerie non renforcée présente un comportement défaillant lors de tremblements de terre. Sa rupture entraîne des risques importants pour le public et peut survenir à des degrés de sismicité faibles, même lorsque l'intégrité structurale du bâtiment n'est pas menacée. Plusieurs exemples d'éléments de maçonnerie non renforcée particulièrement vulnérables ont été rapportés suite aux séismes du Saguenay en 1988 et de Loma Prieta en 1989. Le Réseau canadien de recherche parasismique a débuté un projet de recherche qui devra conduire à un guide d'inspection et de réhabilitation des éléments de maçonnerie non renforcée. La première étape menant à la rédaction de ce guide est l'identification et le relevé des vulnérabilités connues et potentielles de même que l'évaluation de leur importance et le suivi de leur évolution dans le patrimoine de construction canadien. Les travaux de recherche présentés concernent cette phase d'inspection et d'identification. De plus, une campagne d'instrumentation et d'observation sous vibrations ambiantes a été amorcée afin de déterminer les propriétés dynamiques des bâtiments comportant des éléments de maçonnerie non renforcée. Ces propriétés pourront ensuite être généralisées et servir aux analyses dynamiques requises lors du processus d'évaluation sismique d'un bâtiment.

Despite all the damages encountered during the 2010 Haiti earthquake, the 12-storey reinforced-concrete Digicel building behaved well, sustaining only reparable damages. Visual assessment and ambient vibration tests were carried out to characterize the damages sustained and to identify the building's key dynamics properties (natural vibration frequencies, mode shapes, and damping ratios). ETABS was used to generate FE models before and after the AVT to evaluate the capabilities of common modelling assumptions to predict the dynamic behaviour of structures. Manual model updating was carried out to present a model representing the building's actual dynamic behaviour. The study showed that the FE method is reliable for predicting the dynamic behaviour of structures, but is very sensitive to the assumptions used during modelling. The model could predict the vibration frequencies precisely, but an accurate representation of the mode shapes required careful model updating. The updated model lead the way to a more sophisticated model able to produce nonlinear time history analyses using the software SeismoStruct. The numerical analyses helped assessing the capabilites of common models to reproduce such events and damages, explaining the observed damages and estimating the probable intensity of the tremor. Several nonlinear analyses involving various ground motion intensities were conducted and the results were compared with the damages reported during the on-site survey. The overall response of the mixed stiff frame-wall structure was clearly dominated by the high stiffness of the shear walls, showing that this type of structural system helps in keeping reasonable inter-storey drift levels. Overall, the building's structure seems to have responded linearly to all the ground motions investigated, but deformation incompatibilities at the interface between beams and shear walls lead to important local damages.

Depuis quelques années dans le domaine du cyclisme de route, le confort des vélos est devenu un élément au moins aussi recherché que la performance. Le confort est une préoccupation majeure pour 90 % des cyclistes. Les cyclistes sur route passionnés enfourchent leurs vélos pendant plusieurs centaines d’heures chaque année. Ils souhaitent donc utiliser un vélo qui aura la capacité de réduire les vibrations générées par la route. Un sondage réalisé auprès de 320 cyclistes a montré que les vibrations transmises au niveau de la main sont considérées comme la plus grande source d’inconfort. Ce travail a permis de développer une approche permettant d’estimer le niveau de vibrations transmis au niveau de la main du cycliste par sous-structuration. Les méthodes de sous-structuration permettent de prédire le comportement dynamique d’un assemblage de structures par caractérisation de chacune des structures prise séparément. Bien que ces méthodes existent depuis des dizaines d’années, aucune étude n’avait investigué l’assemblage de deux structures par sous-structuration lorsqu’une d’entre elles est l’Humain. L’approche proposée consiste à mesurer la réponse biodynamique du système main-bras en posture cycliste et à prédire la puissance vibratoire au niveau de la main du cycliste à l’aide d’une méthode de sous-structuration. Cette thèse présente les éléments importants issus de ces travaux. Deux méthodes de couplage ont été identifiées et testées pour prédire l’influence du système main-bras sur le comportement dynamique de structures mécaniques simples. La variabilité de réponse du système main-bras de plusieurs sujets a été analysée. Des caractéristiques communes à plusieurs sujets ont été identifiées dans la réponse biodynamique de leurs systèmes main-bras. Finalement, l’importance relative du cycliste par rapport au vélo sur le comportement dynamique de l’assemblage vélo – cycliste au niveau de la main a conduit au développement d’une méthode de caractérisation de la réponse vibratoire des vélos seuls.

L’étude présentée s’inscrit dans un programme de recherche mené par l’Université de Sherbrooke (UdeS) pour le ministère des Transports du Québec (MTQ) sur la détection de l’endommagement par des mesures de vibrations ambiantes sur un pont routier en service. La méthode s’appuie sur la mise à jour automatique des propriétés physiques d’un modèle numérique d’un pont de façon à reproduire les fréquences et modes propres de la structure mesurés expérimentalement. Pour cette étude, le logiciel commercial FEMtools a été utilisé. L’ouvrage ciblé est le pont Est de la Rivière-aux-Mulets situé à Sainte-Adèle (Qc) sur l’autoroute des Laurentides (autoroute 15) sur lequel des essais d’analyse modale ont été effectués sous vibrations ambiantes en novembre 2013. L’étude présentée porte essentiellement sur la phase d’ingénierie la plus délicate du processus de détection d’endommagement par mise à jour d’un modèle numérique, soit la définition et le recalage du modèle initial. Pour cela, un modèle du pont par éléments finis a été développé sous le logiciel Abaqus, puis a été exporté vers FEMtools selon une procédure qui a été établie. Avant d’utiliser le logiciel FEMtools pour le recalage automatique du modèle, une brève étude de vérification des capacités du logiciel à recaler un modèle et à détecter de l’endommagement est effectuée à partir d’un cas d’étude connu étudié antérieurement à l’UdeS (cadre de deux étages en béton armé endommagé sismiquement). Puisque les algorithmes de recalage automatique de modèles par éléments finis sont très sensibles à plusieurs variables et choix définis par l’utilisateur et que le problème de recalage est fortement sous-déterminé, le risque d’obtenir des résultats incohérents est grand si on ne suit pas une démarche rigoureuse. Une méthodologie en cinq étapes adaptée aux problématiques de pont est donc proposée et appliquée au cas du pont de la Rivière-aux-Mulets. Les résultats du recalage en termes de réductions de rigidité des sections de béton par rapport aux rigidités initiales supposées sont cohérents avec les comportements statique et dynamique attendus d’un pont routier en service. Pour en arriver à ce résultat, plusieurs tentatives de recalage ont été effectuées. Un échantillon de ces cas d’études est présenté, montrant notamment l’influence dans le processus de la définition et du nombre des paramètres de recalage, de leurs valeurs initiales, de la complexité des modes expérimentaux et du critère de convergence utilisé. Il est aussi montré que des résultats de recalage manifestement erronés permettent parfois d’identifier des erreurs majeures de modélisation, ce qui est un atout important de la méthode. Finalement, plusieurs scénarios d’endommagement fictifs imposés numériquement sont étudiés pour évaluer brièvement la capacité de FEMtools à détecter de l’endommagement sur le pont. Les résultats montrent notamment que la précision de la détection est grandement améliorée par l’utilisation d’un nombre croissant de modes expérimentaux.

The wooden multi-storey building industry is facing persistent sound transmission problems at low frequencies. Inserting elastomers within wall-floor junctions is common usage nevertheless no accurate studies have elucidated the real behavior of those nonlinear combined materials yet. Deeper knowledge is needed to create a relevant FE model which will help industry to use those materials efficiently.The nonlinear dynamic behavior of the elastomers inserted in wooden junctions is analyzed while the static load acting on them is varying. The specific situation where those elastomers were tested is a scaled room made of two walls and one floor.An experimental study was conducted on this prototype wooden construction and a numerical analysis was performed on the Finite Element model of it. The frequency response functions of several positions were measured on the physical setup.The study showed that loaded structures (up to 2 times the load of the floor) had a lower damping ratio. Having the structure standing on really stiff or elastic material does not differ when comparing experimental and analytical modal parameters.Those results depict the behavior of elastomers for different load cases and are definitely a step forward for the conception of a reliable FE model.

Thesis (MEng) -- Stellenbosch University, 2014. / ENGLISH ABSTRACT: A continuous comfort analysis of the whole-body vibration level aboard the S.A. Agulhas II during the 2013-2014 Antarctic voyage was conducted ac- cording BS ISO 2631-1:1997, assuming a standing posture. Just noticeable difference in magnitude testing was conducted on nine subject in the standing posture on a man-rated shaker in the laboratory environment. Two stimuli, a 5 Hz sinusoidal stimulus with a magnitude of 0,5 m.s-2 and a slamming event recoded during the voyage with a magnitude of 0,2 m.s-2 where selected as the stimuli on which to investigate the just noticeable difference thresh-old. The study shows that the vibration level for the duration of the voyage can be considered to be not uncomfortable. The results of the just notice-able difference threshold obtained for the sinusoidal stimulus concur with that found in literature for seated subjects. The just noticeable difference threshold obtained for the ship stimulus does not correlate with the results for the sinu-soidal vibration, implying that there may be an error in the vertical weighting filter provided by the standard or that Webers law does not hold for the just noticeable difference threshold of standing subjects. / AFRIKAANSE OPSOMMING: 'n Deurloopnede gemakanalise van volliggaam vibrasievlakke aanboord die S.A. Agulhas II is uitgevoer. Die analise tydens die 2013-2014 Antarktiese reis is gedoen volgens BS ISO 2631-1 : 1997 vir 'n staande postuur. 'n Net-opmerkbare-verskildrempel toets is uitgevoer op nege vrywillers in 'n staande postuur deur vibrasieherkonstruksie op 'n platform in die laboratorium. Twee stumuli, 'n 5 Hz sinusvorminge stimulus (0,5 m.s-2 r.m.s.) en 'n branderim-pak stimulus (wat tydens die reis opgeneem is, 0,2 m.s-2 r.m.s. is gebruik) om die net-opmerkbare-verskildrempel to ondersoek. Die studie toon dat die vibrasievlakke gedeurende die reis as `nie ongemaklik' geklassifiseer kan word. Die resulte van die net-opmerkbare-verskildrempel verkry vir die sinusvormige stimulus stem saam met bevindinge vir sittende vrywilligers uit die literatuur. Die net-opmerkbare-verskildrempel verkry vir die skip stimulus stem egter nie 'n moonlike onakkuraatheid weegfunksie is wat deur die standard is aanbeveel word of datWeber se wet nie toepaslik is vir die net-opmerkbare-verskildrempel van staande vreywilligers nie.

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In the present work, the non-linear vibrations and the corresponding dynamic fracture mechanics of cables of cable-stayed bridges are studied. The cables are among the most critical components in cable-stayed bridges and there are different damage sources such as corrosion, vibration, fatigue and fretting fatigue that can significantly affect them, thereby reducing the cable’s service life and even producing their failure. Cable-Parametric Resonance is the specific non-linear vibration studied in this research. This type of vibration occurs due to displacements presented at the cable supports. These displacements are induced by the wind and traffic loads acting on the pylon and deck of the bridge. Under certain conditions, unstable cable-vibration of significant amplitude can be registered. Therefore, numerical and experimental analyses are carried out in order to describe this phenomenon and to determine the corresponding instability conditions. Two non-linear models of cable-parametric resonance are studied to predict the cable response. In the simulation method, the non-linear components are treated as external forces acting on the linear systems, which are represented by Single Degree of Freedom systems and described by digital filters. A clear non-linear relationship between the excitation and the cable response is observed in the simulations and the experiments. The corresponding experimental analysis is based on a scaled model (1:200) of the Öresund bridge and a good agreement between the numerical and experimental results is found. After obtaining the relationship between the cable response and the excitation, the cable instability conditions are determined. This is done by finding the minimum displacement required at the cable supports in order to induce nonlinear cable vibration of considerable amplitude. The instability conditions are determined within a wide range of excitation frequencies and conveniently expressed in a simplified and practical way by a curve. The determination process is rather fast and offers the possibility to evaluate all bridge cable stays in a rather short time. Finally, the dynamic fracture mechanics of the cable is considered by studying the fracture toughness characteristics of the material under dynamic conditions. Finite Element simulations on a pre-cracked three-point bending specimen under impact loading are performed. The observed cable instability is equivalently considered as the associated response to impact load conditions, and a crack as a defect on the wires of a cable stay. The simulations are based on an experimental work by using the Split Hopkinson pressure bar (Jiang et al). The dynamic stress intensity factor KI(t) up to crack initiation is then obtained by different methods. The numerical estimations based on the specimen’s crack tip opening displacement (CTOD) and mid-span displacement were closest to the experimental results. It is observed that a better estimation of the dynamic stress intensity factor relies on a proper formulation of the specimen’s stiffness. / Lic March 2011

La thèse de doctorat “Modes de basse fréquence de petites nanoparticules (nanocristaux métalliques) et de grosses nanosphères (virus) : une étude par diffusion inélastique de la lumière” est dédiée à l'investigation des propriétés acoustiques de différents nano-objets: nanoparticules métalliques (D<30 nm) d'une part et colloïdes/particules virales (D~200 nm) d'autre part. La diffusion inélastique de la lumière (Raman/Brillouin) est utilisée comme instrument de recherche principal pour étudier les vibrations de nanoparticules et pour déterminer leurs paramètres élastiques et mécaniques. Dans le premier chapitre de ce travail, la théorie d'élasticité continue est utilisée afin de présenter une analyse qualitative et de nomenclature des vibrations de sphères solides; plusieurs modèles théoriques, permettant de décrire le comportement vibrationnel de nanoparticules dans un milieu environnant, et comment celui-ci dépend de l'anisotropie inhérente à une structure cristalline interne, sont discutés. Le deuxième chapitre est consacré à la description physique de la diffusion inélastique de la lumière provenant des fluctuations de polarisabilité induite par les vibrations. Deux types de diffusion inélastique de la lumière sont décrits: la diffusion Brillouin, associée au couplage de la lumière incidente (photon) avec les ondes acoustiques (phonon) dans un matériau massif, et la diffusion de Raman provenant de l'interaction entre un photon incident et des vibrations localisées, comme les vibrations de « petites » (D<) nanoparticules. La description détaillée et les principes d'opération des instruments spectroscopiques (tandem Fabry-Pérot) utilisés pour réaliser ces recherches (diffusion inélastique aux basses fréquences, entre 3 et 300 GHz) sont donnés. Le troisième chapitre se focalise sur l'étude des modes basse fréquence de petites nanoparticules métalliques. Trois systèmes sont étudiés : des nanoparticules d'alliage AuAg et de Cu insérées dans une matrice vitreuse et des nanocristaux d'Au déposés sur une surface. Le système AuAg permet d'étudier un spectre Raman remarquablement riche présentant des contributions des modes fondamentaux et des harmoniques d'ordre élevé. Les données expérimentales s'accordent relativement bien avec les calculs théoriques, étayant ainsi la compréhension des ingrédients essentiels de la diffusion Raman par les modes de nanoparticules. L'étude des nanocristaux d'Au déposés a permis de caractériser l'effet de la qualité nanocristalline à travers la levée de dégénérescence partielle des modes de nanoparticules du fait de l'anisotropie élastique. L'étude de la dépendance des spectres Raman en longueur d'onde permet de différencier mono-nanocristaux et nanoparticules polycristallines. Les effets de matrice et de nanocristallinité sont intégrés dans l'étude des nanoparticules de Cu formées dans une matrice vitreuse, où l'influence des conditions de recuit sur les nanoparticules produites a été étudiée. Différentes températures de recuit, par rapport à la température de transition vitreuse de la matrice, conduisent à des profils Raman basses fréquences très différents. Alors qu'un recuit proche de la température de transition vitreuse entraîne la formation de petites nanoparticules de haute cristallinité, un recuit opéré très au-dessus de Tg conduit à la formation de grosses nanoparticules, sans signature d'anisotropie élastique. Le quatrième chapitre rapporte l'exploration d'une éventuelle exploitation de la diffusion inélastique de la lumière pour la caractérisation de gros virus, comme illustré dans le troisième chapitre pour le cas des petites nanoparticules. Afin de mieux appréhender la relaxation des règles de sélection, puisque la longueur d'onde de la lumière devient comparable à la taille des nanoparticules, le comportement des virus a été comparé à celui de polymères colloïdaux. La Diffusion de Rayons X aux Très Petits Angles (USAXS) et la Microscopie à Force Atomique (AFM) sont utilisées pour garantir la bonne comparaison morphologique entre les virus et des colloïdes de polystyrène. La comparaison des spectres Raman/Brillouin de culots concentrés de virus et de colloïdes de polymère, ainsi que leur évolution en fonction de leur état d'hydratation, permet de discuter l'existence des modes de basse fréquence dans les nanoparticules virales.