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.

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.

Ce travail de thèse porte sur l’étude et la mise en évidence de relations microstructure-propriétés dans des revêtements modèles à base époxy représentatifs de peinture anticorrosion. Ces relations sont établies aussi bien à l’état initial que lors de vieillissements hygrothermiques. Cette étude a tout d’abord consisté à caractériser les propriétés physico-chimiques et mécaniques du système stœchiométrique DGEBA/DAMP totalement réticulé. Ces propriétés ont été comparées à celles du système DGEBA/TETA et ont permis de montrer la forte influence de la microstructure sur ces propriétés initiales. Des vieillissements hygrothermiques cycliques à différentes températures sur films libres ont été effectués pour mesurer l’impact de la microstructure sur la durabilité des systèmes époxy. Ces travaux ont pu montrer l’influence des interactions eau-polymère dans les phénomènes de diffusion. De plus, les évolutions de certaines propriétés physico-chimiques et mécaniques ont pu être caractérisées à l’aide de la DMA (mors submersibles), lors des différentes étapes de sorption-désorption. Un comportement pseudo-fickien a pu être mis en évidence lors de la première sorption, suivi d’un comportement fickien lors des autres étapes. Les causes inhérentes à cette évolution ont pu être avancées, en mettant en jeu des réorganisations microstructurales des systèmes époxy étudiés. D’autres vieillissements hygrothermiques ont été réalisés à l’aide de la SIE sur des revêtements pour étudier l’effet de l’interface revêtement/substrat acier sur les phénomènes de diffusion, notamment le rôle des contraintes résiduelles. L’influence de la contrainte visco-élastique sur les phénomènes de prise en eau des revêtements a finalement été étudiée. / This work highlights the microstructure-properties relations inside representative epoxy based model coatings for anticorrosion paints. These relations have been established for the initial state as well as the hygrothermal ageing. First, we characterised physico-chemical and mechanical properties of the totally crosslinked DGEBA/DAMP stoichiometric system. These properties have been compared to the DGEBA/TETA system and they showed the strong influence of the microstructure on these initial properties. Cyclic hygrothermal ageing have been completed at different temperatures on free films, in order to measure the impact of the microstructure on the durability of epoxy systems. This work has shown the influence of the water-polymer interactions on diffusion phenomena. Moreover, the evolutions of several physico-chemical and mechanical properties have been characterised using DMA (submersible clamps), during different sorption-desorption steps. A pseudo-fickian behaviour has been evidenced during the first sorption, and it was followed by a fickian behaviour for all other steps. The inherent causes of this evolution have been proposed, by considering microstructural reorganisations of the studied epoxy systems. Other hygrothermal ageing have been carried out using EIS on coatings, in order to study the effects of the coating/steel substrate interface on diffusion phenomena, especially the role of residual stresses. We finally studied the influence of the visco-elastic stress on the coating water intake phenomena.

De nombreux systèmes complexes soumis à un ajout continu d'énergie réagissent à cet ajout par une accumulation de tension au cours du temps, interrompue par de soudaines libérations d'énergie appelées avalanches. Récemment, il a été remarqué que plusieurs propriétés élémentaires de la dynamique d'avalanche sont issues de processus de relaxation ayant lieu à une échelle microscopique, processus qui sont négligés dans la plupart des modèles. Lors de ma thèse, j'ai étudié deux modèles classiques d'avalanches, modifiés par l'ajout d'une forme de relaxation la plus simple possible. Le premier système est une interface viscoélastique tirée à travers un milieu désordonné. En champ moyen, nous prouvons que l'interface a un comportement périodique caractérisé par une nouvelle échelle temporelle (émergente), avec des avalanches qui touchent l'ensemble du système. Le calcul semi-analytique de la force de friction agissant sur la surface donne des résultats compatibles avec les expériences de friction classique. En dimension finie (2D), les événements touchant l'ensemble du système (trouvés en champ moyen) deviennent localisés, et les simulations numériques donnent des résultats en bon accord avec plusieurs caractéristiques importantes des tremblements de terre, tant qualitativement que quantitativement. Le second système incluant également une forme très simple de relaxation est un modèle jouet d'avalanche : c'est la percolation dirigée. Dans notre étude d'une variante non-markovienne de la percolation dirigée, nous avons observé que la classe d'universalité était modifiée mais seulement partiellement. En particulier, un exposant change de valeur tandis que plusieurs relations d'échelle sont préservées. Cette idée d'une classe d'universalité étendue, obtenue par l'ajout d'une perturbation non-markovienne offre des perspectives prometteuses pour notre premier système. / Many complex systems respond to a continuous input of energy by an accumulation of stress over time, interrupted by sudden energy releases called avalanches. Recently, it has been pointed out that several basic features of avalanche dynamics are induced at the microscopic level by relaxation processes, which are neglected by most models. During my thesis, I studied two well-known models of avalanche dynamics, modified minimally by the inclusion of some forms of relaxation. The first system is that of a viscoelastic interface driven in a disordered medium. In mean-field, we prove that the interface has a periodic behaviour (with a new, emerging time scale), with avalanche events that span the whole system. We compute semi-analytically the friction force acting on this surface, and find that it is compatible with classical friction experiments. In finite dimensions (2D), the mean-field system-sized events become local, and numerical simulations give qualitative and quantitative results in good agreement with several important features of real earthquakes. The second system including a minimal form of relaxation consists in a toy model of avalanches: the Directed Percolation process. In our study of a non-Markovian variant of Directed Percolation, we observed that the universality class was modified but not completely. In particular, in the non-Markov case an exponent changes of value while several scaling relations still hold. This picture of an extended universality class obtained by the addition of a non-Markovian perturbation to the dynamics provides promising prospects for our first system.

Les matériaux composites à matrice organique sont largement utilisés dans l'industrie des transports et notamment dans le domaine aéronautique. Pour permettre un dimensionnement optimal des structures, il est nécessaire d'étudier le comportement des matériaux CMO sur une large gamme de vitesses et de températures.L'objectif de cette thèse est de proposer un modèle de comportement et de rupture permettant de prédire la réponse des CMO sur une large gamme de vitesses de sollicitation et de températures. Les recherches se sont intéressées dans un premier temps à la caractérisation de la transition entre les régimes de comportement linéaire et non linéaire du matériau unidirectionnel T700GC/M21 (renforts de fibres de carbone, résine époxy), ainsi qu'à la dépendance de cette transition à la vitesse de sollicitation et à la température. Les travaux se sont ensuite focalisés sur l'étude expérimentale du régime de comportement non linéaire endommageable du T700GC/M21. Enfin, au terme de ces deux étapes, une version améliorée du modèle disponible à l'ONERA pour les composites stratifiés (OPFM) a été proposée, version intégrant un critère de transition linéaire/non linéaire de comportement, et une prise en compte de l'influence de la vitesse de sollicitation et de la température sur la réponse du matériau / Nowadays, organic matrix composite materials are widely used in the transportation industry, and particularly in the aeronautical industry. To provide an optimal dimensioning of the structures, it is necessary to study the mechanical behavior of OMC on a large range of strain rates and temperatures. The aim of this PhD thesis is to propose a behavior and a rupture model to predict the mechanical response of OMC for a large range of strain rates and temperatures. The research was initially focused on the characterization of the transition between the linear and nonlinear behavior of the material T700GC/M21, a carbon / epoxy unidirectional laminate as well as the strain rate and temperature dependencies of this transition. The work was then focused on the experimental study of the nonlinear damaged behavior of the T700GC/M21. Finally, completing these first two steps, an updated version of the behavior model available at ONERA (OPFM) was proposed which includes the transition between linear and nonlinear behavior and the influence of strain rate and temperature on the mechanical response of the material.

Hot-mix asphalt concrete (HMAC) mixture fatigue characterization constitutes a fundamental component of HMAC pavement structural design and analysis to ensure adequate field fatigue performance. HMAC is a heterogeneous complex composite material of air, binder, and aggregate that behaves in a non-linear elasto-viscoplastic manner, exhibits anisotropic behavior, ages with time, and heals during traffic loading rest periods and changing environmental conditions. Comprehensive HMAC mixture fatigue analysis approaches that take into account this complex nature of HMAC are thus needed to ensure adequate field fatigue performance. In this study, four fatigue analysis approaches; the mechanistic empirical (ME), the calibrated mechanistic with (CMSE) and without (CM) surface energy measurements, and the proposed NCHRP 1-37A 2002 Pavement Design Guide (MEPDG) were comparatively evaluated and utilized to characterize the fatigue resistance of two Texas HMAC mixtures in the laboratory, including investigating the effects of binder oxidative aging. Although the results were comparable, the CMSE/CM approaches exhibited greater flexibility and potential to discretely account for most of the fundamental material properties (including fracture, aging, healing, visco-elasticity, and anisotropy) that affect HMAC pavement fatigue performance. Compared to the other approaches, which are mechanistic-empirically based, the CMSE/CM approaches are based on the fundamental concepts of continuum micromechanics and energy theory.

Hot-mix asphalt concrete (HMAC) mixture fatigue characterization constitutes a fundamental component of HMAC pavement structural design and analysis to ensure adequate field fatigue performance. HMAC is a heterogeneous complex composite material of air, binder, and aggregate that behaves in a non-linear elasto-viscoplastic manner, exhibits anisotropic behavior, ages with time, and heals during traffic loading rest periods and changing environmental conditions. Comprehensive HMAC mixture fatigue analysis approaches that take into account this complex nature of HMAC are thus needed to ensure adequate field fatigue performance. In this study, four fatigue analysis approaches; the mechanistic empirical (ME), the calibrated mechanistic with (CMSE) and without (CM) surface energy measurements, and the proposed NCHRP 1-37A 2002 Pavement Design Guide (MEPDG) were comparatively evaluated and utilized to characterize the fatigue resistance of two Texas HMAC mixtures in the laboratory, including investigating the effects of binder oxidative aging. Although the results were comparable, the CMSE/CM approaches exhibited greater flexibility and potential to discretely account for most of the fundamental material properties (including fracture, aging, healing, visco-elasticity, and anisotropy) that affect HMAC pavement fatigue performance. Compared to the other approaches, which are mechanistic-empirically based, the CMSE/CM approaches are based on the fundamental concepts of continuum micromechanics and energy theory.

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. / Passive identification of a system relies on the estimation of the parameters which describe that system only by using ambient sources. In civil engineering, we can apply this technique to monitor the state of health of structures. This is called passive SHM (Structural Health Monitoring). Passive SHM is generally realised by using an instrumentation distributed on the surface. This thesis focuses on the possibility given by the use of an embedded instrumentation.In the first part, we establish new results associated to passive identification in visco-elastic media. The originality of this work relies on the consideration of a realistic dissipation model, the viscosity, and the vectorial aspect of elastic waves. Those theoretical results, which are experimentally validated, prove the portability of surface passive SHM to volume passive SHM. In the second part, we focus on two problems related to an embedded sensors network: the passive estimation of sensors position (SNL problem - Sensor Network Location problem) and attitude (SNA problem - Sensor Network Attitude problem). Those problems are solved by using passive identification which gives, besides physical information on the medium, geometrical information on the network. In particular, we can estimate the distances and relative attitudes between sensors. With that partial and noisy information we have developed algorithms solving SNL and SNA problems and we have validated them experimentally.At last, we synthesize the contribution of the thesis and we identify the technological locks to release in order to justify the feasibility of passive SHM using an embedded instrumentation.

This thesis describes the development and applications of an extension of DWS which enables the recovery of ‘localized’ mechanical properties, in a specified region of a complex jelly-like object which is inhomogeneous, marked out by the focal volume of an ultrasound transducer, also called the region-of-interest (ROI). Introduction of the sinusoidal forcing creates a sinusoidal phase variation in the detected light in a DWS experiment which modulates the measured intensity autocorrelation, g2 (τ ). Decay in the modulation depth with τ is used to recover the visco-elastic spectrum of the material in the ROI. En route to this, growth of the mean-squared dis- placement (MSD) with time is extracted from the modulation depth decay, which was verified first by the usual DWS experimental data from an homogeneous object with properties matching those in the ROI of the inhomogeneous object and then those obtained by solving the generalized Langevin equation (GLE) modelling the dynamics of a typical scattering centre in the ROI. A region-specific visco-elastic spectral map was obtained by scanning the inhomogeneous object by the ultrasound focal volume. Further, the resonant modes of the vibrating ROI were measured by locating the peaks of the modulation depth variation in g2(τ ) with respect to the ultrasound frequency. These resonant modes were made use of to recover elasticity of the material of the object in the ROI. Using a similar strategy, it was also shown that flow in pipe can be detected and flow rate computed by ‘tagging’ the photons passing through the pipe with a focussed ultrasound beam. It is demonstrated, both through experiments and simulations that the ultrasound-assisted technique devel- oped is better suited to both detect and quantitatively assess flow in a background of Brownian dynamics than the usual DWS. In particular, the MSD of particles in the flow, which shows forth a super-diffusive dynamics with MSD growing following τ α with α < 2, is captured over larger intervals of τ than was possible using existing methods. On the theoretical front, the main contribution is the derivation of the GLE, with multiplicative noise modulating the interaction ‘spring constant’. The noise is derived as an average effect of the micropolar rotations suffered by the ‘bath’ particles on the ‘system’ particle modelled. It has been shown that the ‘local’ dynamics of the system particle is nontrivially influenced by the dynamics, both translation and rotation, of ‘nonlocal’ bath particles.