<p>Soils, in general, undergo both elastic and plastic deformations upon loading. Strain dependant anisotropic elasto-plastic models are required for realistic modeling for soil-tool mechanics that will address issues like stress history and soil anisotropy. Although several such models have been proposed, the science of coupled poro-mechanical analysis of an unsaturated soil has not been fully addressed.</p><p>Tillage tool modeling is primarily concerned with the analysis of soil deformation patterns and development of force prediction models for design optimization. Most of the models are based on quasi-static soil failure patterns that cause difficulty in accurately predicting soil-tool behaviour and soil forces for high speed operation. In recent years efforts have been made to improve the conventional analytical and experimental models by numerical approaches. Numerical simulations of soil-tool interactions using finite element modeling (FEM) and discrete element method (DEM) were mostly based on a solid mechanics approach. Due to limitations of constitutive relations, predictions of these numerical models have not been able to address tillage dynamics with high shear rates. The contribution of this research was to study the dynamics of soil-tool interaction using computational fluid dynamics (CFD) from the perspective of soil visco-plastic behavior.</p><p>A motorised soil rheometer was developed for evaluating soil visco-plastic parameters for CFD simulations. The apparatus was used to determine soil yield stress and viscosity at different soil moisture and compaction levels.</p><p>Three-dimensional CFD analyses were carried out using a commercial software CFX 4.4 to observe soil failure patterns around a tool and the pressure distribution on and around the tool. Duct flow as well as free-surface flow simulations of visco-plastic soil as a non-Newtonian Bingham material indicated soil deformation comprising of plastic flow and plug flow patterns. The soil failure front advancement demonstrated a critical speed range of 4 to 6.5 m s-1 where advancement of the failure front did not increase with speed. Soil pressure on the tool surface increased with the tool operating speed. Pressure distribution on the tool surface and draft requirement agreed well with the published literature based on experimental results and FEM analysis. The CFD approach, in its first attempt to tillage process, demonstrated its greater potential for dynamic modeling of soil-tool interaction.</p>

The subject of the thesis is the investigation of asymptotic properties of solutions of the Cauchy problem for structurally damped sigma-evolution operators with time dependent, monotonous, dissipation term. An appropriate energy for solutions of the sigma-evolution equations is defined and some estimates for energies of higher order are proved. In the scale invariant case the optimality of these estimates is shown. Further, the influence of properties of the time dependent dissipation on L^p-L^q estimates for the energy with p and q bigger or equal to 2 and from the conjugate line is clarified. Also smoothing properties of the operators under consideration are investigated. The connection between the regularity of the data and the regularity of the solution in terms of L^2 based Gevrey spaces is considered. Finally, L^1-L^1-estimates in the special case delta = sigma/2 and decreasing dissipative coefficient. / Thema der vorliegenden Dissertation ist die Untersuchung asymptotischer Eigenschaften von Lösungen des Cauchy Problems für strukturell gedämpfte sigma-Evolutions-Operatoren mit zeitabhängigem, monotonen Dissipationskoeffizienten. Es wird eine geeignete Energie definiert und für diese Abschätzungen, auf für entsprechende Energien höherer Ordnung gezeigt. Darüber hinaus wird der Einfluss des Dissipationskoeffizienten auf L^p-L^q Abschätzungen auf und entfernt von der konjugierten Linie untersucht. Im skaleninvarianten Fall wird die Schärfe der Abschätzungen bewiesen. Weiterhin wird der Zusammenhang zwischen der Regularität der Daten und der der Lösung in Termen von L^2-basierten Gevrey-Räumen untersucht. Schließlich werden L^1-L^1-Abschätzungen für den Spezialfall delta = sigma/2 und monoton fallenden Dissipationskoeffizienten gezeigt.

L'identification passive d'un système réside dans l'estimation des paramètres qui décrivent ce système uniquement à l'aide de sollicitations ambiantes. Dans le génie civil, cette discipline est appliquée pour le suivi de l'état de santé des structures, on parle de SHM (Structural Health Monitoring) passif. Le SHM passif est généralement réalisé à l'aide d'une instrumentation déployée en surface. La thèse s'est intéressée aux possibilités offertes par une instrumentation qui serait enfouie. Dans une première partie, on établit les résultats associés à l'identification passive des milieux visco-élastiques. L'originalité de ces travaux réside dans la prise en compte d'un modèle de dissipation réaliste, la viscosité, ainsi que du caractère vectoriel des ondes élastiques. Ces résultats théoriques sont validés expérimentalement et démontrent la portabilité du SHM passif en surface au SHM passif en volume. Dans une deuxième partie, on s'intéresse à deux problèmes attachés à l'enfouissement de capteurs: l'estimation passive de leur position (problème SNL, Sensor Network Location problem) et de leur attitude (problème SNA, Sensor Network Attitude problem). Ces problèmes sont résolus grâce à l'identification passive qui fournit, en plus d'information physique sur le milieu, des informations géométriques sur le réseau. En particulier, on peut estimer des distances et des attitudes relatives entre capteurs. A l'aide de ces informations partielles et bruitées, des algorithmes de résolution des problèmes SNL et SNA ont été développés puis validés expérimentalement. Enfin, on synthétise l'apport de la thèse et on identifie les verrous technologiques à lever afin de justifier la faisabilité de l'enfouissement d'un réseau de capteurs dans le but de faire du SHM passif.

Nous nous intéressons à certains problèmes théoriques posés par la modélisation du poumon humain comme arbre bronchique plongé dans le parenchyme pulmonaire. L'arbre bronchique est représenté par un arbre dyadique résistif à 23 générations dans lequel un écoulement de Stokes a lieu. La loi de Poiseuille relie ainsi le débit dans chaque bronche au saut de pression à ses extrémités. Cet arbre est ensuite plongé dans un milieu visco-élastique modélisant le parenchyme. Le processus de ventilation est alors assuré par des pressions négatives, dues à une contraction du diaphragme, au niveau des alvéoles permettant l'inspiration. La première partie est consacrée à l'introduction d'un modèle d'arbre infini obtenu en faisant tendre le nombre de générations vers l'infini. Des théorèmes de trace permettent alors de modéliser le processus de ventilation comme un opérateur Dirichlet-Neumann, qui associe au champ de pression sur l'ensemble des bouts de l'arbre infini le continuum de débit sortant. La seconde partie est dédiée à l'étude de modèles du parenchyme pulmonaire. La complexité du parenchyme, milieu visco-élastique, provient de la présence de l'arbre qui relie toutes les alvéoles entre elles. Des phénomènes de dissipation non locaux sont ainsi observés dus aux couplage de toutes les sorties. Nous étudions tout d'abord un modèle monodimensionnel du parenchyme mettant en jeu une équation de type onde avec des effets non locaux. En particulier nous détaillons l'étude du comportement en temps long. Enfin, nous proposon l'ébauche d'un modèle du parenchyme en dimension supérieure prenant en compte à la fois le caractère élastique du tissu ainsi que la présence de l'arbre résistif.

Steel-deck composite floor systems are being increasingly used in high-rise building construction, especially in Australia, as they are economical and easy to construct. These composite floor systems use high strength materials to achieve longer spans and are thus slender. As a result, they are vulnerable to vibration induced under service loads. These floors are normally designed using static methods which will not reveal the true behaviour and miss the dynamic amplifications resulting in inappropriate designs, which ultimately cause vibration and discomfort to occupants. At present there is no adequate design guidance to address the vibration in these composite floors, due to a lack of research information, resulting in wasteful post event retrofits. To address this gap in knowledge, a comprehensive research project is presented in this thesis, which investigated the dynamic performance of composite floors under various human induced loads. A popular type of composite floor system was selected for this investigation and subjected to load models representing different human activities. These load models have variable parameters such as load intensity, activity type (contact ratio), activity frequency and damping and are applied as pattern loads to capture the maximum responses in terms of deflections and accelerations. Computer models calibrated against experimental results are used in the analysis to generate the required information. The dynamic responses of deflections and accelerations are compared with the serviceability deflection limits and human comfort levels (of accelerations) to assess these floor types. This thesis also treats the use of visco-elastic (VE) dampers to mitigate excessive vibrations in steel-deck composite floors. VE damper properties have been presented and their performances in reducing the excessive vibrations have been assessed this thesis. The results identified possible occupancies under different loading conditions that can be used in planning, design and evaluation. The findings can also be used to plan retrofitting measures in problematic floor systems.

De nouveaux outils de modélisation permettant de contribuer au développement de véhicules silencieux sont développés. Ils sont fondes sur des modèles continus de propagation d'ondes en milieux poro- et viscoélastiques. Par l'exploitation des spécificités géométriques des éléments étudiés, les temps de calculs associes peuvent être grandement améliorés par rapport a l'utilisation de modélisations plus traditionnelles. Ainsi, l'utilisation de fonctions analytiques pré-déterminées pour une ou deux directions permet de réduire la dimension spatiale du problème numérique restant a résoudre. Cette réduction de dimension spatiale est introduite pour deux configurations privilégiées. Premièrement, elle est appliquée a la propagation d'ondes au sein de cylindres creux, infiniment longs, et homogènes, ou guides d'onde, en matériau viscoélastique. Les solutions obtenues en termes d'ondes sont ensuite utilisées afin de modéliser des amortisseurs de vibration en caoutchouc, de longueur finie, en faisant correspondre les modes aux conditions limites radiales du problème. Dans un deuxième temps, une méthode de réduction de la dimension spatiale du problème est appliquée a la modélisation des tructures multicouches avec symétrie de révolution, composées de domaines poro-élastiques, élastiques et fluides. En utilisant une décomposition en série harmonique de la dépendance spatiale azimutale,le problème d'origine, en trois dimensions, est décomposé en plusieurs petits problèmes de deux dimensions, réduisant radicalement le coût en temps de calcul. De plus, par une méthode mixte alliant mesures et méthodes numériques, les caractéristiques d'un amortisseur visqueux de poids lourd sont déterminées, dans le domaine fréquentiel audible, illustrant l'influence des coussinets en caoutchouc au niveau des attaches avec les pièces voisines. Les approches de modélisation présentées dans cette thèse ont pour but de contribuer aux outils de conception de véhicules nouveaux, intégrant de nouvelles technologies permettant de s'inscrire dans l'objectif de produire des véhicules durables. Tout particulièrement, ces outils ont pour objectif l'amélioration de la modélisation des vibrations et nuisances sonores, qui sont souvent pénalisés lors de la conception de nouveaux concepts de véhicules durables. / 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.

Resin composites are the most commonly used material in restorative dentistry. They have been used initially for aesthetical reasons, but afterwards were modified to be used widely for their good aesthetic and mechanical properties performance. They are classified as visco-elastic materials which are composed of inorganic fillers and organic matrix. The aim of this study was to investigate some handling properties of uncured resin composites such as stickiness, consistency and rheology. Also, to measure the degree of conversion and creep behaviour under static loading of some resin composites. In the pre-cure stage, their handling properties are very essential to achieve a successful dental restoration. Therefore, dental practitioners are very critical in choosing the resin composite restorative material. A texture analyser was used to measure the stickiness and consistency of some commercial resin composites. Also, the rheology of different commercial and model resin composites were investigated using the Bohlin Rheometer in two different temperatures (room and body temperature).Moreover, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was used to determine the degree of conversion of several bulk-fill resin composites (DC) at 4 mm depth at different periods during 24 h post-irradiation. Also, the visco-elastic stability of cured resin composites with different resin matrices was investigated under static load at different maturation times (1 h and 24 h).

On présente tout d’abord une série d’essais de cisaillement direct 2D monotones et cycliques sur l’interface sable de Fontainebleau-plaque rugueuse et lisse, `a contrainte normale constante (CNL) et à rigidité normale imposée (CNS). Le but de ces essais est de simuler la situation mécanique le long de pieux soumis à un grand nombre de cycles d’origine environnementale ou anthropique. Ces cycles (typiquement 10000) de faible amplitude (10`a 40 kPa en terme de contrainte de cisaillement) ne sont pas cens´es produire de rupture prématurée. Ces tests incluent une série de cycles d’amplitudes (successives) variées. Le problème de la perte de sable entre la boite et la plaque est trait´e avec attention. Nous avons interprété l’effet de la position du ”centre des cycles” dans le plan de contraintes (variables cycliques moyennes) et de la densité initiale. Plusieurs facteurs tels que l’indice initial de densité (ID0), la contrainte normale cyclique moyenne (_n cm0), le niveau initial moyen de contrainte de cisaillement (_cm0), l’amplitude cyclique réduite (__) et la rigidité normale imposée (k qui dans cette thèse, va de 1000 `a 5000 kPa/mm), influencent les déplacements relatifs cycliques moyens normal ([u]cm) et tangentiel [w]cm) et sont pris en considération.On observe soit de la dilatance, soit de la contractance en accord avec l’état caractéristique développé par Luong. L’influence du chemin de contrainte (CNL ou CNS) est également analysée. Un modèle phénoménologique et analytique de comportement d’interface sur chemins cycliques CNL est propos´e. C’est également le cas pour le comportement monotone sur chemins oedométrique et CNL, la variable de mémoire unique étant la densité d’interface (sous contrainte) ou le déplacement relatif normal. Cette formulation permet de traiter, par incréments analytiques finis, les chemins comportant une variation d’amplitude cyclique, et les chemins CNS, ce qui introduit la notion de nombre de cycles équivalent. On notera que les chemins CNS sont toujours contractants. Ces essais sont utilisés pour aborder la simulation par éléments finis, avec le logiciel Plaxis, selon une approche de pseudo-viscoplasticité, le nombre de cycles tenant lieu de temps fictif. L’essai de cisaillement monotone`a la boite est modélisé en densités faible et forte, ainsi que deux essais de pieux modèles centrifugés, l’un en traction, l’autre en compression. Des recommandations sont proposées pour le calcul courant des pieux sous sollicitations cycliques. Cette thèse a été soutenue par l’ANR SOLCYP et le programme national ” recherches sur le comportement des pieux soumis à des sollicitations cycliques”. / A series of monotonic and cyclic 2D direct shear tests on sand (Fontainebleau)-rough/smoothmaterial interfaces under constant normal load (CNL) and constant normal stiffness (CNS)conditions are presented. The aim of these tests is to simulate the situation along the shaftof piles subjected to a large number of cycles due to environmental or anthropic loadings.These cycles (typically 104) are of small amplitude (10, 20 and 40 kPa in terms of shearstress) as the service loads are not supposed to produce an early failure. These tests in-clude the series of changing the cyclic amplitude in succession. The problem of loss of sandbetween the box and the rough plate, typical phenomenon in this type of test, receives aspecial attention. It is interesting to observe, according to the initial density, the positionof the ”center of cycles” in the stress plane (mean cyclic variables). Several factors such asinitial density (ID0), initial normal stress (_n cm0), level of initial mean cyclic stress ratio(_cm0), reduced cyclic amplitude (__) and imposed normal stiffness (in this thesis, k =1000, 2000 and 5000 kPa/mm) that influence the intensity of mean cyclic normal ([u]cm)and shear ([w]cm) displacements are considered. Along CNL paths either dilation or con-traction is exhibited, in agreement with the characteristic state developed by Luong. Theinfluence of the stress path (under constant normal stress or prescribed normal stiffness)is also highlighted. It should be highlighted that CNS paths are ever contractive. Themodel of monotonic interface behaviour under CNL and oedometer paths is fully analyt-ical and based on the rate-type framework with the normal relative displacement or theinterface density as unique memory parameter. While the analytical formulations for iden-tification are first proposed to describe the interface behaviour under cyclic CNL condition,the variation of cyclic amplitude and CNS condition are modeled by applying the analyticalformulations for validation using finite analytical increments and introducing the notion ofequivalent number of cycles. For numerical simulations by the FEM (Plaxis) these tests areinterpreted and formulated according to a pseudo visco-plastic framework, the number ofcycles being a fictitious time. The direct shear tests and two centrifuge pile tests (pull-outand compression) are also modeled. Recommendations are proposed for the calculation ofreal usual piles under cyclic loading. This thesis is one part of the national French project”ANR and National Program SOLCYP” (Research on behaviour of piles subjected to cyclicloading).

The thesis is devoted to study of continuum mechanics and thermodynamics and the related mathematical analysis. It consists of four self-contained chapters dealing with different aspects. The first chapter focuses on peridynamics, a non-local theory of continuum mechanics, and its relation to conventional local theory of Cauchy-Green elasticity. Similar compar- isons has been used for proving consistency and for determining some of the material coefficients in peridynamics, provided the material parameters in the local theory are known. In this chapter the formula for the non-local force-flux is computed in terms of the peridynamic interaction, relating the fundamental concepts of these two theories and establishing hence a new connection, not present in the previous works. The second and third chapters are both devoted to Rate-Independent Systems (RIS) and their applications to continuum mechanics. RIS represents a suitable approximation when the internal, viscous, and thermal effects can be neglected. RIS has been proven to be useful in modeling hysteresis, phase transitions in solids, elastoplasticity, damage, or fracture in both small and large strain regimes. In the second chapter the existence of solutions to an evolutionary rate-independ- ent model of Shape Memory Alloys (SMAs) is proven. The model...

La presente recherche doctorale en analyse numerique (et calcul scientifique) aborde le probleme du controle de la dissipation d'entropie numerique associee a une discretisation donnee. Cette problematique constitue un veritable challenge numerique non encore completement resolu a ce jour.<br /><br />Le travail se decompose en deux parties principales dont les caracteristiques sont reellement differentes.<br /><br />La premiere partie concerne l'approximation numerique des solutions (instationnaires en 1D et stationnaires en 2D) du systeme des equations de Navier-Stokes a plusieurs pressions independantes. Ce systeme est hyperbolique et possede des champs vraiment non lineaires sous des hypotheses classiques, mais s'ecrit naturellement sous forme non conservative.<br /><br />La deuxieme partie est dediee a l'approximation numerique des solutions instationnaires en 1D de quelques systemes de lois de conservation de type soit hyperbolique mais dont les champs possedent un defaut de vraiment non linearite, ou soit mixte hyperbolique-elliptique.<br /><br />Dans toutes ces situations motivees par des applications physiques concretes, le controle de la dissipation d'entropie joue un role déterminant dans la caracterisation des solutions recherchees. Les schemas numeriques proposes dans ce manuscrit sont obtenus par une analyse fine des bilans d'entropie associes.