In the first chapter of the thesis we present an introduction to the visco- plasticity and overview of the presented problems. The constitutive relation for Bingham fluid is derived and in the second chapter. Further there is demon- strated a procedure of proving existence and uniqueness with classical varia- tional method. This method is compared with the same process using modern implicit theory. The last chapter starts with summary of used problem formu- lations and used software. It is then followed by the main part with results of numerical simulations, both for the purpose of used formulations comparison and then verification of the preferred one in more complicated simulations. We expect a possible application of tested approaches on different materials. 1

Submitted by Sandra Pereira (srpereira@ufrrj.br) on 2016-10-13T11:27:52Z No. of bitstreams: 1 2011 - Cristiany Oliveira Bernardo.pdf: 1740458 bytes, checksum: ae55b89b5f70448972ad5987c95450b1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-13T11:27:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011 - Cristiany Oliveira Bernardo.pdf: 1740458 bytes, checksum: ae55b89b5f70448972ad5987c95450b1 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Among the different possibilities of use in the food industry, ultrasound can be considered an alternative to substitute or reduce the use of chemicals in extraction processes or modification of starches. When used in the extraction, enables higher purity of the obtained starch. The starch-the-air yam has physical characteristics desirable for applications such as thickening agent or disintegrating tablet formulations, for example, however, this extraction is hindered by the presence starch mucilage this tubercle. The aim of this study was to review the effect of ultrasound on the extraction and modification of several starches, evaluate their use in starch extraction of yam and its impact on characteristics this starch. After evaluating the chemical composition of tubers, previously washed, peeled and crushed in a blender. Then the crushed sample subjected to ultrasound. Different times (3, 6 to 9 minutes) and amplitudes (12, 40 and 68%) were evaluated by the Box Benker experimental design, furthermore evaluated the control treatment (0% amplitude) and ?T6? (15 minutes, 70% amplitude), totaling 7 treatments (T1, T2, T3, T4, T5, T6 and control). After sonication, the suspension was filtered and the extraction continued by successive washings, centrifugation and drying in an oven. After evaluating the performance of the extraction, the different treatments were characterized by analysis of chemical composition, instrumental analysis of color, scanning electron microscopy, optical microscopy, particle size, pattern of crystallinity, swelling power and solubility, paste clarity, paste properties and thermal properties and absolute density. There was increase in yield of 29,85% (control) to 32,09%, when used longer time and amplitude (15 min and 70% amplitude). The ultrasound caused damage to the surface of starch and reduced starch crystallinity peak, characterized as type B. Additionally, increased swelling power and consequently the paste viscosity of some treatments. However, 15 minutes, 70% amplitude (T6), reduced the swelling power, the paste viscosity and paste clarity and increased the setback. Therefore, despite the small increase in yield, when used ultrasound during extraction, damage was caused in the structure of starch, as well as changes in its physical and chemical characteristics / Dentre as diferentes possibilidades de utiliza??o na ind?stria de alimentos, o ultrassom pode ser considerado uma alternativa para substituir ou reduzir a utiliza??o de subst?ncias qu?micas em processos de extra??o ou modifica??o de amidos. Quando utilizado na extra??o, possibilita maior pureza do amido obtido. O amido de car?-do-ar possui caracter?sticas f?sicas desej?veis para aplica??es como agente espessante ou desintegrante em formula??es de comprimidos, por exemplo. No entanto, a extra??o desse amido ? dificultada pela presen?a de mucilagem nesse tub?rculo. O objetivo do presente estudo foi revisar o efeito do ultrassom na extra??o e modifica??o de diversos amidos, como milho, arroz, mandioca, batata, entre outros, avaliar sua utiliza??o na extra??o do amido de car?-do-ar e seu impacto sobre as caracter?sticas desse amido. Ap?s avaliar a composi??o centesimal do car?-do-ar, o mesmo foi lavado, descascados e triturados em liquidificador. Em seguida a amostra triturada foi submetida ao ultrassom. Diferentes tempos (3, 6 e 9 minutos) e amplitudes (12, 40 e 68%) foram avaliados por meio do planejamento experimental Box Benker. Al?m desses foram avaliados os tratamentos controle (0% amplitude) e T6 (15 minutos, 70% amplitude), totalizando 7 tratamentos (T1, T2, T3, T4, T5, T6 e controle). A extra??o prosseguiu por meio de filtra??o, lavagens sucessivas, centrifuga??o e secagem em estufa. Ap?s avaliar o rendimento da extra??o, os diferentes tratamentos foram caracterizados por meio das an?lises de composi??o centesimal, an?lise instrumental de cor, poder de inchamento e solubilidade, claridade de pasta, determina??o das propriedades t?rmicas e propriedades de pasta, padr?o de cristalinidade, microscopia eletr?nica de varredura, microscopia ?ptica, determina??o do tamanho de part?cula e densidade absoluta do amido. Houve aumento do rendimento de 29,85% (controle) para 32,09%, quando utilizado o maior tempo e amplitude (15 min e 70% amplitude). O ultrassom provocou danos na superf?cie do amido e reduziu os picos de cristalinidade do amido, caracterizados como tipo B. Al?m disso, aumentou o poder de inchamento e consequentemente a viscosidade de pasta de alguns tratamentos. No entanto, 15 minutos e 70% de amplitude (T6), do tratamento com ultrassom, reduziu o poder de inchamento, a viscosidade de pasta e a claridade de pasta e aumentou a tend?ncia ? retrograda??o. Dessa forma, apesar do pequeno aumento do rendimento quando utilizado o ultrassom durante a extra??o, danos foram provocados na estrutura desse amido, assim como altera??es das suas caracter?sticas f?sico-qu?micas.

Cette thèse est consacrée à la modélisation par transition d'échelles d'une large classe de composites particulaires fortement chargés tels que les propergols solides. L'approche (AM) repose en amont sur une schématisation géométrique et cinématique inspirée des travaux de Christoffersen (1983). L'objectif des présents travaux est double : prouver l'applicabilité de l'AM à la viscohyperélasticité (comportement de la matrice des élastomères chargés) et évaluer quantitativement ses performances. Pour traiter le 1er point, l'AM est appliquée à un composite aléatoire à matrice viscohyperélastique, généré numériquement. On montre le caractère direct de la résolution du problème de localisation-homogénéisation grâce à un algorithme opérant dans l'espace-temps réel. Les résultats obtenus sont qualitativement corrects. Concernant le 2ème point, les effets des hypothèses cinématiques propres à l'AM sont testés au travers de comparaisons entre résultats (locaux et globaux) AM et éléments finis (EF) sur des microstructures périodiques (simple et complexe) satisfaisant la schématisation géométrique et pour des comportements de phase hyperélastiques et viscohyperélastiques. Un certain nombre d'atouts et de points d'amélioration de l'AM sont ainsi dégagés. Enfin, un programme transversal de confrontation des estimations à des résultats expérimentaux et à des calculs EF sur un propergol réel est élaboré et mis en œuvre sur un composite énergétique : la butalite 400. Chaque étape –essais sur composite et constituants, caractérisation morphologique par tomographie, maillage EF automatique de la microstructure réelle, détermination des VER (plusieurs centaines de grains) relatifs aux deux méthodes (AM et EF)– est détaillée. De multiples confrontations entre les résultats expérimentaux et les premiers résultats numériques (AM et EF) permettent de préciser les perspectives à entreprendre pour terminer la validation.

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre d'un programme pluriannuel de recherche que nous menons pour le compte d'Eurocopter. Plusieurs volets de ce projet qui porte sur la modélisation et la caractérisation du comportement d'un élastomère silicone chargé en silice, ont été traités lors de précédentes thèses (comportement à froid, couplage thermo-mécanique, comportement dynamique multi-fréquenciel...).<br />La présente thèse, est consacrée à la modélisation du comportement en fatigue de ces élastomères.<br />Dans un premier temps, en postulant des hypothèses sur les mécanismes d'interaction agglomérats de charges / gomme et sur les comportements respectifs des différentes phases, nous proposons deux modèles hyper-visco-plastique traduisant de façon statistique le comportement macroscopique du matériau.<br />S'en suit une campagne d'essais de fatigue, en traction uniaxiale et en double-cisaillement, qui permet de suivre le comportement du matériau à différentes étapes (nombre de cycles) et selon différentes configurations (amplitude, fréquence de sollicitation, pré-déformation...) de fatigue.<br />A chaque étape de fatigue, des essais de caractérisation (quasi-statiques, relaxation, essais triangulaires à différentes vitesses de déformation) sont réalisés. Une procédure d'identification sur les résultats expérimentaux permet, ensuite, de déterminer les paramètres des modèle statistiques hyper-visco-plastiques et d'en déduire leur évolution avec la fatigue.<br /> Un modèle d'endommagement de fatigue est donc proposé, moyennant l'hypothèse de cumul linéaire et un critère d'évolution énergétique.

Une modélisation précise de la propagation et de l'absorption d'ondes acoustiques dans les matériaux poreux est un enjeu majeur notamment dans la lutte contre les nuisances sonores.<br />Des modèles issus de l'homogénéisation et permettant de décrire le comportement de tels<br />matériaux ont été développés depuis plusieurs années, qui s'intéressent à leur capacité d'absorption résultant d'effets visco-thermiques importants aux grandes longueurs d'onde (fréquences audio). Lorsque les longueurs d'ondes diminuent suffisamment (fréquences ultrasonores), des effets de diffusion multiple, entre la microstructure du matériau et l'onde acoustique le traversant, interviennent. Ces effets, qui ne sont pas considérés par les modèles classiques, ne sont pas faciles à introduire en raison de la complexité géométrique des matériaux poreux (à l'échelle microscopique).<br /><br />Pour cette raison, nous nous sommes limités à considérer un réseau périodique à deux dimensions constitué de cylindres rigides (aluminium) entourés d'un fluide dissipatif (air). Cette géométrie simple, aussi appelée "cristal phononique", présente des domaines fréquentiels dans lesquels aucune onde ne peut se propager (bandes interdites). Ce phénomène, connu et largement étudié, résulte d'effets de diffusion multiple (interférences). Les positions et les largeurs des bandes interdites sont prédites par de nombreuses méthodes de calcul tenant compte des effets de diffusion multiple en fluide non dissipatif. Dans ce travail, le problème de l'importance, non négligeable, des effets dissipatifs est soulevé. Des extensions permettant d'intégrer les effets visco-thermiques dans un modèle de diffusion multiple sont proposées. Elles permettent dans un premier temps, de mettre en évidence l'influence de ces effets dissipatifs sur la propagation dans un régime hautes fréquences. Pour cela, une comparaison entre les coefficients de transmission prédits et ceux, obtenus expérimentalement sur différents échantillons est réalisée. Dans un second temps, une étude numérique permet d'analyser la transition entre un domaine fréquentiel dominé par des effets visco-thermiques (exclusivement) et l'émergence des effets de diffusion multiple lorsque la fréquence augmente. Cette analyse montre notamment la limite de validité des modèles classiques issus de la théorie d'homogénéisation, pour la caractérisation acoustique des matériaux poreux.

Les travaux de recherche, menés depuis une quinzaine d'années, portent sur les développements de modèles mécaniques et numériques permettant de décrire le comportement local et global de pièces complexes constituées d'élastomères. Parmi les développements accomplis durant ces dernières années, citons les plus significatifs: -Modélisation numérique du comportement hyperélastique incompressible et réalisation d'une bibliothèque d'éléments finis. - Mise en oeuvre et validation d'une technique de réduction de modèles à travers la mise à profit des symétries géométriques pour la résolution des problèmes linéaires ou non-linéaires (Eléments finis pseudo-axisymétriques, Eléménts de réduction 3D/2D...) - Modélisation du couplage thermo-viscoélastique en grandes transformations des structures élastomères. - Elaboration de modèles hyper-visco-plastiques, microphysiquement motivés, dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. - Développement d'algorithmes d'identification de paramètres des modèles et établissement d'une méthodologie de caractérisation pour les comportements à différentes températures et sous sollicitations dynamiques multifréquences.

On étudie la dynamique d'un film mince d'un fluide non-newtonien s'écoulant sur un plan incliné sous l'action de la gravité en tenant compte des effets d'une rhéologie complexe sur la dynamique des ondes de surface. Au chapitre 3, les propriétés des ondes solitaires, qui organisent la dynamique désordonnée d'un film Newtonien, sont considérées. Des simulations numériques directes (DNSs) d'ondes solitaires ont été effectués et comparés aux résultats d'un modèle à quatre équations formulé dans [112]. Au chapitre 5, l'évolution d'un film de fluide en loi de puissance film est modélisée au moyen de l'approche aux résidus pondérés. Les comparaisons avec l'analyse de stabilité d'Orr-Sommerfeld et de la DNS est en bon accord dans les régimes linéaires et non linéaires. Un film de fluide viscoplastique est modélisé par la loi Herschel et Bulkley est étudié au chapitre 6. L'élasticité du pseudo-bouchon à l'interface est pris en compte par une relation constitutive élastovisco-plastique proposée par Saramito [121]. Un modèle est formulé en termes de quatre équations pour l'épaisseur du film, le débit local et les amplitudes des contraintes normales et tangentielles. Une analyse de stabilité linéaire donne des valeurs du nombre de Reynolds critique en bon accord avec l'analyse d'Orr-Sommerfeld.

New modelling tools intended to contribute to the development of components for quieter vehicles are developed. The tools are based on continuum models for wave propagation in poro– and visco–elastic media. By using geometric attributes of the studied components, the computational cost may be radically decreased compared to traditional methods. By assigning known analytical functions for one or two of the spatial directions, the spatial dimension of the remaining numerical problem is reduced. This reduction of spatial dimensions is performed in two di↵erent ways. The first one treats wave propagation in infinitely extended homogeneous and hollowed cylindrical rods, or wave guides, consisting of visco–elastic media. The wave solutions obtained are then used to model rubber vibration isolators of finite length by mode–matching the fields to the radial boundary conditions of interest. The second one is a method for modelling rotationally symmetric multilayered structures consisting of poro–elastic, elastic and fluid domains. By using a harmonic expansion for the azimuthal spatial dependence, the original three–dimensional problem is split up into several, much smaller, two– dimensional ones, radically decreasing the computational load. Moreover, using a mixed measurement/modelling approach, the audible frequency range characteristics of a viscous damper from a truck is studied, illustrating the influence of the rubber bushings by which it is attached to surrounding structures. The modelling approaches presented in this thesis are intended as tools aiding the design process of new vehicles, enabling new technology striving for more sustainable vehicle concepts. More specifically, the tools aim to improve the modelling of sound and vibration properties which are often penalised when seeking new, more sustainable vehicle designs. / <p>QC 20120522</p> / Centre for Eco2 Vehicle Design

A comprehensive model for describing the fundamental mechanism dictating the interaction of ultrafast laser pulse with single crystalline silicon wafer is formulated. The need for establishing the feasibility of employing lasers of subpicosecond pulse width in Laser Induced Stress Waves Thermometry (LISWT) for single crystalline silicon processing motivated the work. The model formulation developed is of a hyperbolic type capable of characterizing non-thermal melting and thermo-elastoviscoplastic deformation as functions of laser input parameters and ambient temperature. A plastic constitutive law is followed to describe the complex elasto-viscoplastic responses in silicon undergoing Rapid Thermal Processing (RTP) annealing at elevated temperatures. A system of nine first-order hyperbolic equations applicable to describing 3-D elasto-viscoplastic wave motions in silicon is developed. The group velocities of certain selected frequency components are shown to be viable thermal indicators, thus establishing the feasibility of exploiting nanosecond laser induced propagating stress waves for the high-resolution thermal profiling of silicon wafers. Femtosecond laser induced transport dynamics in silicon is formulated based on the relaxation-time approximation of the Boltzmann equation. Temperature-dependent multi-phonons, free-carrier absorptions, and the recombination and impact ionization processes governing the laser model and carrier numbers are considered using a set of balance equations. The balance equation of lattice energy and equations of motion of both parabolic and hyperbolic types are derived to describe the complex thermo-elastoplastodynamic behaviors of the material in response to ultrafast laser pulsing. The solution strategy implemented includes a multi-time scale axisymmetric model of finite geometry and a staggered-grid finite difference scheme that allows both velocity and stress be simultaneously determined without having to solve for displacements. Transport phenomena initiated by femtosecond pulses including the spatial and temporal evolutions of electron and lattice temperatures, along with electron-hole carrier density, are found to be functions of laser fluence and pulse width. The femtosecond laser heating model that admits hyperbolic energy transport is shown to remedy the dilemma that thermal disturbances propagate with infinite speed. Non-thermal melting fluence is examined favorably against published experimental data. That it is feasible to explore femtosecond laser induced displacement and stress components for 1K resolution thermal profiling is one of the conclusions reached.

Les essais de fatigue des matériaux bitumineux réalisés sur éprouvettes trapézoïdales induisent une perte de rigidité combinée à une extension significative des éprouvettes au début de l'essai pour de forts niveaux de sollicitation. Cette thèse présente le développement d'une loi de comportement visco-élastique avec endommagement unilatéral pour les matériaux bitumineux, basée sur l'observation des essais de rupture directe sur film de bitume entre deux hémisphères de métal. L'endommagement unilatéral est défini comme l'ouverture de micro-fissures dans le bitume pendant l'extension et leur fermeture pendant leur contraction. Injectée dans un modèle structurel semi-analytique de l'éprouvette trapézoïdale, cette loi de comportement conduit à des résultats proches de ceux mesurés en début d'essai pour des conditions expérimentales variées (température, fréquence et amplitude de sollicitation). Selon la modélisation utilisée, la loi d'évolution de l'endommagement décrit la rapide création homogène de micro-fissures dans tout le matériau, puis leur développement lente. La modélisation peut aussi expliquer un certain pourcentage de la perte de rigidité globale du matériau. Ces résultats montrent principalement que l'extension du matériau bitumineux est due au comportement dissymétrique induit par l'endommagement unilatéral couplé à la visco-élasticité. Par conséquent, l'allongement du mélange bitumineux est un moyen de quantifier le niveau d'endommagement du matériau.