Que ce soit dans le domaine m?dical ou en contr?le non destructif, les syst?mes d?imagerie ultrasonore sont devenus de plus en plus utilis?s de nos jours. Leurs applications ne cessent de s??largir et des performances toujours plus accrues sont vivement recherch?es, afin d?am?liorer la qualit? des diagnostics r?alis?s. Nous sommes donc pass?s de l?utilisation de syst?mes ? base de transducteurs ultrasonores mono-?l?ment ? des syst?mes utilisant des r?seaux de transducteurs ? une dimension (1D) et ? deux dimensions (2D) compos?s d??l?ments de plus en plus nombreux et petits. N?anmoins, un ph?nom?ne ind?sirable est fortement pr?sent dans ces r?seaux de transducteurs ultrasonores : il s?agit du couplage inter-?l?ments tendant ? limiter leurs performances acoustiques et ? modifier leur diagramme de rayonnement. Tout au long de ce travail de recherche, nous avons donc cherch? ? comprendre ce ph?nom?ne parasite et ? apporter des solutions pour le r?duire voire le supprimer. En se basant sur des mod?lisations ?l?ments finis 2D et 3D et gr?ce ? la fabrication de prototypes, nous avons d?une part, mis en ?vidence les diff?rents types de couplages pr?sents dans un r?seau de transducteurs (acoustique, m?canique) et d?autre part, deux m?thodes de correction bas?es l?une comme l?autre sur l?application de tensions convenables aux diff?rents ?l?ments du r?seau ont ?t? test?es. La premi?re m?thode utilise les d?placements normaux moyens ? la surface de chaque ?l?ment du r?seau pour ?valuer ces tensions, tandis que la deuxi?me fait appel aux courants motionnels parcourant chaque ?l?ment pour les d?terminer. Les r?sultats num?riques et exp?rimentaux concernant les d?placements et les diagrammes de rayonnement sont en bon accord. En outre, les deux m?thodes s?av?rent particuli?rement efficaces pour r?duire le couplage inter-?l?ments.

Whether in medicine or in non-destructive testing, ultrasonic imaging systems have become increasingly used nowadays. Their applications continue to expand and good performances are needed to improve the quality of the diagnosis. Moreover, significant progress has been made since these systems were originally based on single element ultrasonic transducers and are now made of mono-dimensional (1D) and bi-dimensional (2D) elements arrays ever more numerous and smaller. However, an undesirable phenomenon is strongly present in the ultrasonic transducer arrays: it is the cross-talk, which limits their acoustic performances and modifies their radiation pattern. Throughout this research, we have attempted on one hand to understand this parasitic phenomenon and on the other hand to provide solutions in order to reduce it or even remove it. To highlight the cross-talk types (acoustic and mechanical) and to test the proposed correction methods, we developed two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) finite element modeling and fabricated some prototypes. Both correction methods rely on the application of suitable voltages to the array elements. The first method uses the average of the normal displacements…

L?objectif de ce travail a ?t? de mod?liser les ?coulements de polym?res dans les co-malaxeurs de type BUSS. Le co-malaxeur est une extrudeuse particuli?re utilis?e comme une boite noire depuis des dizaines d?ann?es par des industriels. Sur le fourreau sont fix?s des doigts de malaxage et la vis principale dispose d?interruptions de filets et oscille pour permettre le passage des doigts de malaxage dans les diff?rents chenaux. Cet outil est utilis? pour g?lifier du PVC ou disperser des charges dans des matrices polym?res. Ce travail de th?se r?pond donc ? un besoin industriel puisque, actuellement, mettre au point un produit n?cessite de nombreuses heures d?essais co?teux.Un mod?le thermom?canique instationnaire en deux dimensions fond? sur les approximations d?Hele-Shaw a ?t? d?velopp?. La discr?tisation du domaine du co-malaxeur a ?t? faite par ?l?ments finis. La r?solution num?rique s?effectue par ?l?ments finis et ?l?ments finis stabilis?s par SUPG. La mod?lisation nous permet d?obtenir en tout point du domaine de calcul la pression, les vecteurs d?bits, les vitesses de cisaillement, la viscosit? et la temp?rature.Les r?sultats issus des simulations nous permettent d?obtenir des ordres de grandeur de pressions et temp?ratures et des indices de m?lange pour diff?rentes conditions proc?d?s. Une comparaison entre les r?sultats issus de la mod?lisation et des essais exp?rimentaux montre que, dans les zones remplies, le mod?le donne des r?sultats satisfaisants.

The aim of this study was to model molten polymers flow in BUSS type co-kneaders. The BUSS co-kneader is a particular single-screw extruder. It is composed of a rotating screw like standard single screw extruders, but with interrupted flights and mixing pins fixed to the barrel. The screw has also an axial reciprocal movement. It has been used for decades in industry for its mixing capacities, specifically for PVC gelification or polymer compounding with fibres, additives or carbon black. This work is therefore answering to nowadays industrial needs, as developing new products is expensive and time consuming.A 2D time-dependent thermomechanical model based on Hele Shaw approximations was developed and the co-kneader domain was discretized by finite elements. The numerical problem was solved by finite elements and SUPG stabilized finite elements. This model provides, at every point of the calculation domain, the pressure, throughput vectors, shear rates, viscosity as well as temperature.Simulation results provide pressure and temperature orders of magnitude, as well as information on polymer mixing depending on process parameters. A comparison between the model and experimental trials shows a satisfactory agreement in the filled zones.

La r?alisation de rev?tements m?talliques en surface de mat?riaux composites ? matrice organique est possible par le proc?d? cold spray. La construction de tels rev?tements ? partir de particules de cuivre sur un substrat contenant des fibres de carbone n'a pu aboutir que gr?ce ? l'ajout d'une poudre polym?re. Malgr? son r?le dans la construction des d?p?ts, le polym?re pr?sente le d?savantage d'?tre un tr?s bon isolant ?lectrique ayant, de ce fait, une influence tr?s n?faste sur la conductivit? des d?p?ts cold spray. Ces travaux ont donc ?t? concentr?s sur l'?tude de l'influence de la microstructure de ces d?p?ts sur leur conductivit? ?lectrique. Plusieurs poudres de cuivre ont ?t? m?lang?es dans diverses proportions avec du PEEK, un polym?re thermoplastique. La projection cold spray de ces m?langes a abouti ? la formation de d?p?ts homog?nes sur les substrats composites. L'influence des caract?ristiques des poudres et des param?tres de projection sur les caract?ristiques des d?p?ts a ?t? ?tudi?e. De m?me, la d?formation du PEEK lors de la projection a ?t? analys?e car elle joue un r?le important dans la construction du d?p?t. L'?tude des propri?t?s m?caniques du PEEK et des conditions de projection ont permis de simuler sa d?formation. Dans la microstructure du d?p?t, la pr?sence du PEEK limite les contacts entre les particules de cuivre, abaissant fortement la conductivit? ?lectrique des d?p?ts. Un mod?le morphologique de la microstructure a ?t? d?velopp? afin d'?tudier l'influence de la morphologie de la phase de cuivre sur la conductivit? des d?p?ts. Ce mod?le a permis de simuler des microstructures pr?sentant diverses morphologies en 3 dimensions. Il ouvre ainsi la possibilit? d'?tudier num?riquement l'influence de la morphologie de la microstructure des d?p?ts sur leur conductivit? ?lectrique. La conductivit? a ?t? mesur?es exp?rimentalement sur des ?chantillons de d?p?t. Un m?lange de poudre et des param?tres optimaux ont alors pu ?tre identifi?s pour obtenir un d?p?t cold spray sur un substrat composite ? matrice organique avec une conductivit? satisfaisante mais encore inf?rieure ? celle du cuivre massif.

The Cold Spray process allows to manufacture metallic coatings onto Carbon Fiber-Reinforced Composite (CFRP). This process relies on the spraying of high-velocity powder particles to result in high deformation and build up to form a dense coating. However, forming a coating made of copper particles onto a substrate containing carbon fibers was achieved out only by mixing metallic powder with a polymer powder. Although the polymer allow to build up the coating onto CFRP, it is highly electrically insulating. It would therefore decrease the electrical conductivity of the coating drastically. Investigations were carried out on the influence of the coatings microstructure on electrical conductivity. Various copper powders, with different morphologies, granulometry and oxygen contents were mixed with PEEK powder, i.e. a thermoplastic polymer. Cold spray of these powders leads to homogeneous coatings onto…

Les composites tiss?s 3D, ? l'aide de leurs grandes libert?s de conception, peuvent fournir des propri?t?s m?caniques adapt?es aux besoins sp?cifiques d'une structure. La complexit? architecturale de ces mat?riaux induit n?anmoins des propri?t?s, des comportements ainsi que des endommagements tr?s difficiles ? pr?dire. Les travaux pr?sent?s dans ce manuscrit s'inscrivent directement dans cette probl?matique et cherchent ? d?velopper des outils permettant, par simulation num?rique, de pr?voir les caract?ristiques m?caniques de ce type de mat?riaux. Afin de r?pondre ? cet objectif, une approche multi?chelle, alliant essais exp?rimentaux et simulations num?riques, a ?t? adopt?e. Cette d?marche permet, en appliquant des sollicitations r?elles, de consid?rer la g?om?trie des renforts et les h?t?rog?n?it?s du mat?riau, observables ? l'?chelle m?soscopique, qui sont responsables du comportement macroscopique du composite tiss?. Le travail d'investigation exp?rimentale s'est attach? ? caract?riser le comportement d'un composite interlock 2,5D et des ses constituants ainsi que les m?canismes et cin?tiques de rupture, pour des sollicitations de traction/flexion, gr?ce ? des observations tomographiques aux rayons X et au concept d'interzone. En ce qui concerne la mod?lisation num?rique, un crit?re de rupture permettant de simuler la d?gradation ultime du composite, en coupant les fils de renforts, a ?t? pr?sent? et test? sur une cellule repr?sentative du composite exp?rimentale. Les r?sultats en termes de localisations, d'orientations et de cin?tiques de l'endommagement sont en accord avec les observations exp?rimentales. Ensuite, apr?s avoir estim? l'influence des diff?rents param?tres architecturaux sur le crit?re de rupture avec une campagne de calcul ?l?ments finis, des architectures optimis?es, pour les sollicitations consid?r?es, ont pu ?tre propos?es et compar?es ? l'interlock 2,5D. Toujours dans l'optique d'une meilleure pr?diction du comportement des composites tiss?s, les travaux se sont ?galement int?ress?s ? une mod?lisation plus fine des m?canismes d'endommagement. Une approche fiabiliste a donc ?t? introduite sur le crit?re de rupture ? l'aide d'une distribution statistique de Weibull. De plus, un autre m?canisme d'endommagement a aussi pu ?tre pris en compte dans la mod?lisation en simulant, avec le mod?le GTN (Gurson-Tvergaard-Needleman), la cavitation de la matrice. Enfin, des techniques de r?duction de mod?le ont ?t? employ?es pour diminuer le co?t calcul de la mod?lisation multi?chelle afin d'identifier, par exemple, des propri?t?s mat?riaux par m?thode inverse ou de simuler des essais de fatigue.

With their large flexibility of design , 3D woven composites can provide mechanical properties tailored specificially to structural needs. However, the architectural complexity of woven reinforcements presents serious challenges when predicting properties, behaviours and damage processes. The present work deals with these challenges and seeks to develop numerical tools which are able to foresee the mechanical…

Cette ?tude porte sur la caract?risation des mat?riaux constituant le rev?tement isolant de pipeline offshore ainsi que la soudure r?alis?e entre les deux polym?res semi-cristallins du rev?tement au niveau de la jonction entre deux tubes successifs.L??paisseur tr?s importante du rev?tement induit, au cours du proc?d? de soudage, des vitesses h?t?rog?nes de chauffe et de refroidissement des mat?riaux. Ces derni?res ont ?t? caract?ris?es gr?ce ? une instrumentation du proc?d? en site industriel. Une mod?lisation num?rique int?grant les phases successives du proc?d? est en bon accord avec les r?sultats exp?rimentaux. Cette mod?lisation permet de dresser une cartographie compl?te des champs de temp?rature dans l?ensemble du pipeline et plus pr?cis?ment dans la zone de soudage.Cette ?tude nous a amen? ? r?aliser une caract?risation des deux mat?riaux soud?s au cours de leurs fusions et cristallisations qui repr?sentent deux ?tapes cruciales lors du soudage. Une attention particuli?re a ?t? port?e au comportement rh?ologique dans la zone de transition entre l??tat fondu et l??tat solide et inversement. Les donn?es en refroidissement ? diff?rentes vitesses ont ?t? corr?l?es avec le taux de transformation des mat?riaux.Les propri?t?s m?caniques des isolants ont ?t? test?es ainsi que celles des soudures en pr?levant des ?prouvettes sur les essais effectu?s en site industriel. Le peu de flexibilit? du proc?d? industriel rend difficile une investigation de l?influence des param?tres de soudage. Une exp?rience ? image ?, repr?sentative des grandeurs industrielles, a donc ?t? d?velopp?e ? l??chelle du laboratoire permettant de faire varier les param?tres de soudage. Il a ?t? montr? que le point de faiblesse de l?assemblage ne se situe pas au niveau de la soudure mais dans l?un des mat?riaux du rev?tement.

This PhD focuses on the characterization of the materials of the insulating coating of offshore pipelines as well as the welding made between the two semi-crystalline polymers of the coating at the junction of two consecutives pipes.The important thickness of the coating induces heterogeneous heating and cooling rates during the welding process. Those rates have been characterized through the implementation of thermal sensors during the industrial process. A simulation model of the different steps of the welding process is consistent with the experimental results. This simulation gives access to the thermal fields in the entire pipe and especially in the welding zone.This study allows us to characterize the two welded materials during their melting and crystallization which represent the two crucial steps during the welding. A particular attention has been drawn to their rheological behavior in the transition zone from the molten to the solid state and vice versa. The cooling data at different rates have been correlated with the transformation fraction of the materials.The mechanical properties of the insulating materials have been tested especially in the welding zone via the industrial process. However, the imposing…

Cette th?se traite de la mod?lisation et des m?thodes num?riques pour la simulation d'?coulements de fluides non-Newtoniens, et particuli?rement, de mat?riaux granulaires. Une application de ce travail concerne les poudres de couverture utilis?es pour prot?ger thermiquement le m?tal de l'air dans le proc?d? de coul?e en source d'alliages m?talliques. Ces poudres sont conditionn?es dans des sacs dispos?s dans la lingoti?re, qui br?lent suite aux fortes chaleurs engendr?es, et permettant son ?coulement sur la surface du m?tal. Ainsi, la simulation num?rique appara?t comme un puissant outil pour l'optimisation du proc?d?, et notamment, de l'?talement de ces poudres.Dans ce travail, une formulation ?l?ments finis a ?t? propos?e pour mod?liser l'?coulement multiphasique des mat?riaux granulaires dans un formalisme de la m?canique des milieux continus. Les ?quations associ?es sont r?solues via des sch?mas num?riques stabilis?s, coupl?s avec la m?thode Level-Set pour capturer et suivre le profil du mat?riau granulaire au cours de la simulation. Dans un premier temps, les outils num?riques ont ?t? test?s sur des cas d'?coulements de fluides de Bingham, o? les fortes non-lin?arit?s sont trait?es par une m?thode de r?gularisation. Puis la formulation est ?tendue aux ?coulements de granulaires secs, dont le comportement piezzo-d?pendent est traduit par la loi mu(I). Le mod?le a ?t? valid? sur des cas d'effondrement de colonnes de grains, et une ?tude de sensibilit? aux conditions aux limites et constantes physiques du mod?le est propos?e.Enfin, des cas industriels de chutes de poudres sur substrats solide et m?tal fondu ont ?t? men?s, amenant ? des premi?res pistes pour l'optimisation du proc?d? de coul?e en lingoti?re.

This thesis is devoted to the modeling and numerical methods for the simulation of non-Newtonian flows, and focuses particularly on granular materials flows. This work is applied to molten powders aiming to ensure metal thermal protection from the air in ingot casting process of metallic alloys. These powders are conditionned into bags disposed into the mold, which burn due to high temperatures, and allowing the powder spreading onto the metal surface. Thus, numerical simulation appears as a powerful tool for the process optimization, and especially, for the powder spreading.In this work, a finite element formulation has been proposed for the modeling of granular multiphase flows, by a continuum approach. The associated equations are solved using stabilized numerical schemes, coupled with the Level-Set method to capture and follow the granular profile during the simulation. First, the numerical tools have been implemented for Bingham flows, by using regularization a method. Then, the formulation was extended to dry granular flows, by the use of the mu(I) rheology constitutive model for describing its pressure-dependent behavior. The model has been validated on granular collapses, and a sensitivity analysis to boundary conditions and physical constants has been proposed.Finally, industrial cases of powder…

Si l'emploi des mat?riaux composites dans l'a?ronautique est d?j? effectif sur des ?l?ments de structures principales et de grande taille, leur g?n?ralisation aux structures secondaires bute sur leur positionnement en termes de co?ts et performances face aux m?taux. Il s'agit dans ce travail de contribuer ? la mise en place d'une fili?re fran?aise de pi?ces composites hautes performances ? bas co?ts en s'appuyant sur un proc?d? de moulage en grande s?rie, ? savoir le thermoformage ? haute pression. Ainsi, il a ?t? question dans un premier temps d'optimiser ce proc?d? vis-?-vis des principales mati?res rencontr?es dans les structures a?ronautiques. Ensuite, les stratifi?s moul?s ont ?t? caract?ris?s et les effets des conditions environnementales s?v?res (humidit?, temp?rature, impact) sur leur comportement m?canique ?tudi?s. Par ailleurs, r?duire les co?ts des pi?ces signifie ?galement r?duire les coefficients de s?curit? qui restent tr?s ?lev?s pour les pi?ces composites. Cela passe par une meilleure pr?dictibilit? de la rupture des mat?riaux et du comportement m?canique au-del? du lin?aire. Sur le carbone/PEEK satin de 5 pris comme mat?riau d'illustration, les ph?nom?nes non lin?aires (viscoplasticit?) ainsi que les m?canismes d'endommagement et de rupture ont ?t? ?tudi?s. Un accent particulier a ?t? mis sur le d?laminage et un crit?re permettant de pr?dire son amor?age a ?t? propos?. La possibilit? de faire des mod?les ?l?ments finis des pi?ces directement ? l'?chelle m?soscopique (du pli) a ?t? ?galement explor?e et laisse entrevoir des pistes prometteuses pour des dimensionnements plus s?rs et donc moins conservatifs.

If the use of composite materials is already effective on elements of main structures and large size parts, their generalization to secondary parts is not effective due to their cost and their performances compared to metals. The framework of this thesis is to contribute to the establishment of a French chain of high performance composite parts at low cost. Thus, it was initially question of optimizing the process vis-?-vis the main composite materials used in the aerospace structures. Then, the molded laminates were characterized and the effects of severe conditions (humidity, temperature, impact) on their mechanical behavior were studied. Also, reduce the cost of parts also means reducing the safety factors which remain very high. This requires a better prediction of the failure and the mechanical behavior beyond the linear. Taking the five harness satin weave carbon/PEEK material as example, non-linear phenomena (viscoplasticity), damage mechanisms and failure criteria were studied, with particular emphasis on the delamination. The possibility to perform finite element analysis of the parts directly at the mesoscopic scale (ply-scale) was also explored and suggests promising expectations for a less conservative sizing of composite structures.

Les r?fractaires ?lectrofondus, qui constituent l?objet de ce travail, appartiennent au syst?me alumine-zircone-silice. Ils sont obtenus par coul?e dans des moules ? des temp?ratures sup?rieures ? 2000?C, rendant tr?s difficile toute instrumentation. De nombreux ph?nom?nes intrins?ques au mat?riau interviennent lors du refroidissement qui suit la coul?e. Parmi ces derniers, cette recherche a essentiellement port? sur la transformation de phase (de t?tragonale ? monoclinique) de la zircone et aux ph?nom?nes associ?s (gonflement, plasticit?,?).A partir d?essais m?caniques ? haute temp?rature r?alis?s en laboratoire, les lois de comportements thermiques et m?caniques ont ?t? caract?ris?es et mod?lis?es en cours de transformation de la zircone. La plasticit? ? tr?s bas seuil de contrainte observ?e a, en particulier, ?t? d?crite par une vitesse de d?formation d?riv?e du mod?le de Leblond, une fonction de rendement de type Cam-clay sans consolidation et une fonction de rendement d?finissant l?avancement de la transformation en fonction de la temp?rature. Apr?s impl?mentation dans un code de calcul par ?l?ments finis et validation par confrontation avec des r?sultats d?essais sous contraintes multiaxiales, ce mod?le a ?t? assembl? aux autres composantes du comportement m?canique (fluage, ?lasticit?,?), pour d?crire l?ensemble des ph?nom?nes thermom?caniques observ?s lors du refroidissement.Parall?lement, des coul?es de blocs en laboratoire, instrument?es par des thermocouples et des capteurs d??mission acoustique, ont permis de reconstruire par simulation num?rique l??volution du champ de temp?rature ? l?int?rieur de la dalle au cours du refroidissement. L?enthalpie de solidification et celle associ?e ? la transformation de phase, pr?alablement quantifi?e par ATD, ont ?t? prises en compte. L?application du mod?le m?canique complet, associant toutes les composantes du comportement, a permis de calculer l??volution du champ de contraintes g?n?r? par les gradients thermiques en fonction du temps et, en particulier, de mettre en ?vidence le r?le essentiel jou? par la transformation de phase sur la relaxation des contraintes.

Fused-cast refractories, which are concerned by this work, belong to the alumina-zirconia-silica system. They are obtained by casting in molds at temperatures higher than 2000?C, that make very difficult any instrumentation. Many phenomena intrinsic to the material occur during cooling-down after casting. Among these latter, this research essentially focused on the phase transformation (from tetragonal to monoclinic) of zirconia and the associated phenomena (swelling, plasticity,...).From high temperature mechanical tests performed in laboratory, the thermal and mechanical behavior laws were characterized and modeled during the zirconia transformation. Plasticity at very low stress threshold was observed. A Leblond type model has been extended by introducing a Cam-clay yield function without consolidation. In this model, the progress of the transformation is controlled by the evolution of the…

L?utilisation des goujons coll?s dans les structures bois r?pond au souci de conservation du b?ti et de discr?tion de l?intervention. A ce jour, plusieurs proc?d?s de caract?risation et de dimensionnement sont disponibles, sans pour autant donner un socle commun ? l??valuation de la r?sistance des assemblages coll?s. L?utilisation des goujons coll?s suscite des interrogations concernant leur tenue au feu. Bien que le mat?riau bois entourant les tiges de renforcement soit isolant, il est n?cessaire de fournir de plus amples estimations concernant la tenue m?canique des polym?res pour diff?rentes temp?ratures que l?on pourrait trouver au sein d?une liaison au cours d?un incendie. La pr?sente ?tude permet de coupler m?thodes exp?rimentales et simulations num?riques, afin d?appr?hender les m?canismes gouvernant la rupture de ces assemblages. La caract?risation exp?rimentale permet d?estimer les propri?t?s m?caniques locales des assemblages suivant divers param?tres (les longueurs de scellement, l?orientation du fil du bois, l?essence de bois, ou encore la temp?rature d?exposition), ainsi que les propri?t?s intrins?ques aux mat?riaux constitutifs. Cette base de donn?es exp?rimentale est indispensable pour l?ajustement du mod?le aux ?l?ments finis en ?lasticit? lin?aire. L?approche num?rique met en ?vidence une pr?sence importante de contraintes normales en t?te de collage, avant l?apparition de contraintes de cisaillement. Les outils de la M?canique Lin?aire ?lastique de la Rupture ?quivalente permettent d??tablir des courbes de r?sistance li?es ? chaque mode de ruine (mode I et mode II). Enfin, afin de d?crire pr?cis?ment le processus complet de rupture de ces assemblages, un crit?re de rupture en mode mixte (mode I et mode II) est utilis?. Une formulation analytique permettant d?estimer la charge au pic est propos?e et permettra la r?alisation d?abaques de dimensionnement des assemblages par goujons coll?s, utilisables en bureau d??tudes.

Glued-in-rods lead to overcome the use of traditional bolted connections, preserve a large part of original timber and offer aesthetic benefits (since the repair is hidden in the cross sections of the members). Despite previous research programs in many countries, some design rules, predicting the axial strength of such connections, are available, but a common criterion is still lacking. However, the durability of this process according to fluctuating temperature is not well known. During fire exposure, connections are not directly in contact with flames, since they are isolated by surrounding wood. The current study combines experiments with finite element computations, in order to lead a better to a better knowledge about their mechanical and fracture behaviors. An important experimental campaign is carried out on such connections and provides the influence of various parameters, such as the anchorage length, the rod-to-grain angle, the specie of wood or the temperature exposure, on their mechanical behaviors. Moreover, the inherent mechanical properties of the rod and the…

Comprendre les r?actions biologiques requiert l'utilisation de compos?s capables de transf?rer des ?lectrons de mani?re s?lective et de stabiliser des interm?diaires r?actionnels. Ce travail s'est int?ress? ? la conception et ? la r?activit? de complexes de lanthanide divalents qui ont ce type de propri?t?s.Dans un premier temps, la r?duction de deux mol?cules organiques, la ph?nanthroline et la benzophenone, a ?t? ?tudi?e. Les donn?es thermodynamiques obtenues avec la ph?nanthroline ont permis de construire un ensemble de donn?es de r?f?rences de diff?rentes fonctionnelles de la densit?. Des m?thodes de type TDDFT et CASSCF ont ?t? ensuite mises en oeuvre afin de reproduire les spectres UV-visibles.Par la suite, les radicaux benzophenone et ph?nanthroline ont ?t? utilis?s afin de r?aliser des r?actions radicalaires. L'utilisation du radical tempo a permis de r?aliser des r?actions de r?duction induite par les effets st?riques des complexes. La comp?tition entre la benzophenone et la ph?nanthroline a ?galement ?t? ?tudi?e et a permis de r?aliser des couplages de type Minisci, qui sont in?dits pour des complexes de lanthanides.Enfin, la r?duction de compos?s organom?talliques via un ligand N-h?t?rocyclique a ?t? r?alis?e. Deux de ces compos?s ont ?t? compar?s vis ? vis de la stabilisation de complexes de palladium au degr? d'oxydation +IV. L'importance du ligand a ?t? de plus ?tudi?e gr?ce ? des calculs CASSCF et DFT qui ont montr? que certains types de ligands permettaient un transfert ?lectronique plus direct jusqu'au palladium.

Understanding biological reactions require the use of molecules that can transfer electrons selectively and stabilise key intermediates. This work is interested into the design and the reactivity of divalent lanthanides that possess this kind of property.Firstly, organic molecules, i.e. phenanthroline and benzophenone, were reduced by samarium complexes. The thermodynamic data obtained for phenanthroline reduction was used to perform a benchmark study on different density functionals. TDDFT and CASSCF methods were then used to understand the electronic structure of the complexes and compared to the UV-visible spectrum of the molecules.Then, benzophenone ketyl and phenanthroline radicals have been used to perform radical reactions. Reactions with tempo led to already observed sterically induced reduction which mechanism was investigated. The competition between phenanthroline and benzophenone led to Minisci couplings that were never described with lanthanide complexes.Finally, the electron was transferred to organometallic species containing palladium via a bridge N-heterocycle ligand. Two of such species were compared towards the stabilisation of palladium at the IVth oxidation state. The importance of the ligand was further assessed by a combination of DFT and CASSCF calculations showing that certain ligands enabled a more direct transfer towards the palladium centre.

Les ?quations de Navier-Stokes lin?aris?es sont utilis?es dans l?industrie a?ronautique pour l?optimisation de forme a?rodynamique, l?a?ro?lasticit? et l?a?roacoustique. Deux axes ont ?t? suivis pour acc?l?rer et rendre plus robuste la r?solution de ces ?quations. Le premier est l?am?lioration de la m?thode it?rative de r?solution de syst?mes lin?aires utilis?e, et le deuxi?me la formulation du sch?ma num?rique conduisant ? ce syst?me lin?aire. Dans cette premi?re partie, l?extension de l?algorithme GMRES avec d?flation spectrale ? des syst?mes ? plusieurs seconds membres a ?t? test?e sur des cas tests industriels. L?am?lioration du pr?conditionnement de la m?thode GMRES par l?utilisation d'une m?thode de Schwarz additive avec pr?conditionneur ILU(k) a permis une acc?l?ration du temps de r?solution allant jusqu?? un facteur dix, ainsi que la convergence de cas jusqu?alors impossibles ? r?soudre. La deuxi?me partie pr?sente d?abord un travail sur la stabilisation SUPG du sch?ma ?l?ment fini utilis?. La forme propos?e de la matrice de stabilisation, dite compl?te, a donn? des r?sultats encourageants en non-lin?aire qui ne se sont pas transpos?s en lin?aris?. Une ?tude sur les conditions aux limites de Dirichlet cl?t cette partie. Une m?thode alg?brique d?imposition de conditions non homog?nes sur des variables non triviales du calcul, qui a permis l?application industrielle ? l?a?roacoustique, y est d?taill?e. De plus, la preuve est apport?e que le caract?re transparent d?une condition de Dirichlet homog?ne sur toutes les variables s?explique par le sch?ma SUPG.

The linearized Navier-Stokes equations are solved at Dassault Aviation within numerical simulations for aerodynamic shape optimisation, flutter calculations and aeroacoustics. In order to improve the robustness and efficiency of the Navier-Stokes solver, this thesis followed two complementary paths. The first is work on the iterative methods used to solve linear systems, and the second is the improvement of the numerical scheme underlying these linear systems. In the first part, the extension to multiple right-hand sides of the GMRES algorithm with spectral deflation was tested on industrial test cases. The use of the ILU(k) preconditioner within an additive Schwarz method led to a reduction of the time needed to solve the systems with GMRES by a factor ten. It also enabled the convergence of some numerically very difficult cases which could not be solved by the software available before this thesis. The second part of the manuscript begins with work on the SUPG method used to stabilise the finite element scheme. A new way of computing the stabilisation matrix gave promising results on non-linear cases, which were however not observed for linear cases. A study on Dirichlet boundary conditions concludes this part. An algebraic method to impose non homogeneous Dirichlet boundary conditions on non-trivial variables is introduced. It enables the use, in an industrial context, of linearized Navier-Stokes for aeroacoustics. Moreover, the transparent behaviour of a…

Beaucoup de proc?d?s utilis?s dans l'industrie sid?rurgique (coul?e de lingots,coul?e continue, ?) peuvent g?n?rer des d?fauts : macro-s?gr?gation, mauvaises propri?t?s de la microstructure, d?fauts surfaciques. Ces probl?mes peuvent ?tre r?solus par un contr?le de la temp?rature et de l??coulement d'acier liquide. Le brassage ?lectromagn?tique (EMS) est une technique largement utilis?e pour contr?ler l??coulement d'acier liquide par l?imposition d'un champ ?lectromagn?tique. Cette technique est complexe car elle couple plusieurs types de probl?mes physiques:?coulement multiphasique, solidification,transfert de chaleur et induction ?lectromagn?tique ? basse fr?quence.En outre, l?approche exp?rimentale est difficile de par la dimension,l'environnement et le co?t des proc?d?s consid?r?s. Pour ces raisons, des simulations num?riques efficaces sont n?cessaires pour comprendre les applications EMS et am?liorer les proc?d?s ?voqu?s. L'objectif de cette th?se est de d?velopper une m?thodologie num?rique robuste,efficace et pr?cise pour la simulation multi-physique de l'EMS, en particulier pour le brassage dans le moule dans le cadre de la coul?e continue d'acier. Cette m?thodologie a ?t? mise en oeuvre dans le code commercial THERCAST? pour ?tre utilis? dans le cadre d?applications industrielles

Many of the processes used in thesteelmaking industry (e.g. ingot casting,continuous casting, ?) can lead todefects: macro-segregation, poormicrostructure properties, surfacedefects. These issues can be solved bycontrolling the temperature and the flowof molten steel. Electromagnetic stirring(EMS) is a widely used technique to steerthe flow of liquid steel by thesuperimposition of an electro-magneticfield. This application is complex becauseit couples several physical problems:multi-phase flow, solidification, heattransfer and low frequency electromagneticinduction. In addition,experimental work is difficult because ofthe size, environment and cost of theconsidered processes. For thesereasons, efficient and effective numericalsimulations are needed to understandEMS applications and improve theaforementioned processes.The objective of this thesis is to developa robust, efficient and accurate numericalprocedure for the multi-physicssimulation of EMS, especially for in-moldstirring in the framework of continuouscasting of steel. This procedure has beenimplemented in the commercial codeTHERCAST? in order to be used forindustrial applications.

L?objet de cette th?se concerne les propri?t?s du groupe sym?trique ? travers deux probl?mes. Le premier consiste ? ?tudier l?action du groupe sym?trique sur la fraction (...). En appliquant certaines op?rations sur les graphes et les cartes, nous donnons des algorithmes et des formules combinatoires pour d?terminer compl?tement la fraction r?duite suivante : (...). L?auteur C. Greene a introduit cette fraction rationnelle pour g?n?raliser des identit?s li?es a la r?gle de Murnaghan-Nakayama. Nous utilisons (...) pour ?tablir un nouvel algorithme de d?composition en ?l?ments simples ? l?aide des graphes. Dans la seconde partie, nous cherchons a d?velopper les puissances paires du Vandermonde au moyen de fonctions sym?triques. En particulier, nous proposons une ?criture hyperd?terminantale des coefficients du d?veloppement des puissances paires du Vandermonde dans la base des fonctions de Schur. Nous obtenons plusieurs identit?s reliant les puissances paires du Vandermonde et les polyn?mes de Jack. Puis nous introduisons une q-d?formation des puissances paires du Vandermonde que nous exprimons gr?ce aux polyn?mes de Macdonald

The main purpose of this document is the symmetric group. In particular, we study the two following problems. First, the symmetric group acts naturally on the rational function (?), by permuting the variables. With the help of some operations on the graphs, we give algorithms and combinatorial formulas allowing us to compute the reduced fraction (?). The author C. Greene has introduced these rational functions in the aim to generalize some identities related to the Murnaghan-Nakayama rules. We use these properties to give an original algorithm to perform partial decompositions of fractions with the help of graphs. In the second problem, we study the expansion of the even powers of the Vandermonde in several basis of symmetric functions. In this part, we give identities between symmetric functions and hyperdeterminants and we use them to obtain an hyperdeterminental expression of the coefficients in Schur?s basis. We investigate also the relation between the even powers of the Vandermonde and Jack?s functions. Finally, we introduce a q-deformation of the even powers of the Vandermonde and we relate it to some specialisations of Macdonald?s polynomials

La croissance dendritique est calcul?e en utilisant un mod?le champ de phase avec adaptation automatique anisotrope et non structur?es d?un maillage ?l?ments finis. Les inconnues sont la fonction champ de phase, une temp?rature adimensionnelle et une composition adimensionnelle, tel que propos? par [KAR1998] et [RAM2004]. Une interpolation lin?aire d??l?ments finis est utilis?e pour les trois variables, apr?s des techniques de stabilisation de discr?tisation qui assurent la convergence vers une solution correcte non-oscillante. Afin d'effectuer des calculs quantitatifs de la croissance dendritique sur un grand domaine, deux ingr?dients num?riques suppl?mentaires sont n?cessaires: un maillage adaptatif anisotrope et non structur? [COU2011], [COU2014] et un calcul parall?le [DIG2001], mis ? disposition de la plateforme num?rique utilis?e (CimLib) bas?e sur des d?veloppements C++. L'adaptation du maillage se trouve ? r?duire consid?rablement le nombre de degr?s de libert?. Les r?sultats des simulations en champ de phase pour les dendrites pour une solidification d'un mat?riau pur et d?un alliage binaire en deux et trois dimensions sont pr?sent?s et compar?s ? des travaux de r?f?rence. Une discussion sur les d?tails de l'algorithme et le temps CPU sont pr?sent?s et une comparaison avec un mod?le macroscopique sont faite.

Dendritic growth is computed using a phase-field model with automatic adaptation of an anisotropic and unstructured finite element mesh. Unknowns are the phase-field function, a dimensionless temperature and a dimensionless composition, as proposed by [KAR1998] and [RAM2004]. Linear finite element interpolation is used for all variables, after discretization stabilization techniques that ensure convergence towards a correct non-oscillating solution. In order to perform quantitative computations of dendritic growth on a large domain, two additional numerical ingredients are necessary: automatic anisotropic unstructured adaptive meshing [COU2011], [COU2014] and parallel implementations [DIG2001], both made available with the numerical platform used (CimLib) based on C++ developments. Mesh adaptation is found to greatly reduce the number of degrees of freedom. Results of phase-field simulations for dendritic solidification of a pure material and a binary alloy in two and three dimensions are shown and compared with reference work. Discussion on algorithm details and the CPU time are outlined and a comparison with a macroscopic model are made.

Les propri?t?s m?caniques et fonctionnelles des mat?riaux m?talliques sont conditionn?es par leurs microstructures, qui sont elles-m?mes h?rit?es des traitements thermom?caniques subis. Etre capable de pr?voir et simuler la microstructure et ses h?t?rog?n?it?s lors des proc?d?s de mise en forme complexes est r?cemment devenu crucial dans l'industrie m?tallurgique. C'est ?galement un v?ritable challenge d'un point de vue num?rique qui met en ?vidence l'importance des mat?riaux num?riques dans les nouvelles m?thodes de mod?lisation. Dans ce travail, nous nous int?ressons ? un mod?le en champ complet r?cent bas? sur la m?thode level set (LS) dans un cadre ?l?ments finis (EF) pour la mod?lisation des m?canismes de recristallisation.Les points forts de cette approche par rapport ? l'?tat de l'art ont motiv? le d?veloppement d'un logiciel appel? DIGIMU? par la soci?t? TRANSVALOR avec le soutien de grandes entreprises industrielles. Toutefois, le principal inconv?nient de cette approche, commun aux autres m?thodes en champ complet utilisant des maillages EF non structur?s, reste son co?t num?rique important.Le principal objectif de ce travail a donc ?t? d'am?liorer consid?rablement le co?t num?rique de la formulation LS utilis?e dans le contexte de maillages EF non structur?s. De nouveaux d?veloppements g?n?riques ont ?t? r?alis?s pour am?liorer l'efficacit? globale du mod?le. La formulation 2D LS existante, d?j? utilis?e pour mod?liser la croissance de grains, la recristallisation statique et l'effet d'ancrage de Smith-Zener, a ?t? ?tendue et am?lior?e afin de mod?liser ces m?canismes en 3D pour des polycristaux ? grand nombre de grains en des temps de calcul raisonnables.

Mechanical and functional properties of metallic materials are strongly related to their microstructures, which are themselves inherited from thermal and mechanical processing. Being able to accurately predict and simulate the microstructure and its heterogeneities after complex forming paths recently became crucial for the metallurgy industry. This is also a real challenge from a numerical point of view which highlights the importance of digital materials in new modeling techniques. In this work, we focus on a recent front-capturing full field model based on the level set (LS) method within a finite element (FE) framework to model recrystallization mechanisms.The strengths of this approach comparatively to the state of the art have motivated the development of a software package called DIGIMU? by the company TRANSVALOR with the support of major industrial companies. However, the main drawback of this approach, common with other front-capturing full field approaches working on unstructured FE meshes, is its important computational cost, especially in 3D.Main purpose of this work was finally to drastically improve the numerical cost of the considered LS-FE formulation in context of unstructured FE meshes. New generic numerical developments have been proposed to improve the global efficiency of the model. The existing 2D LS formulation, already used to…

De nombreuses structures industrielles soumises ? des chargements ? long terme statique (fluage) ou cyclique (fatigue) sont constitu?es de mat?riaux polym?res semi-cristallins. C?est le cas notamment des canalisations et r?servoirs sous pression. Il est donc essentiel de traiter les probl?matiques de durabilit? pour ?tre capable d'anticiper et de contr?ler leur fin de vie. Par ailleurs, elles pr?sentent g?n?ralement des formes complexes et sont soumises ? des ?tats de contrainte multiaxiaux.Le mat?riau de l'?tude est un polym?re semi-cristallin?: le Polyamide 6. Il est caract?ris? par la coexistence d'une phase cristalline et d'une phase amorphe qui s'arrangent selon une microstructure sph?rolitique.Dans un premier temps, les liens entre comportement m?canique ? l'?chelle globale de l'?prouvette et les micro-m?canismes de d?formation sous-jacents conduisant ? la rupture sont ?tablis exp?rimentalement pour des sollicitations en traction monotone et en fluage qui pr?sentent des r?sultats similaires puis en fatigue. L'influence de la multiaxialit? de l'?tat de contrainte est ?tudi?e ? partir d??prouvettes axisym?triques entaill?es de diff?rents rayons de fond d'entaille et d'?prouvettes ??Compact Tensile??. Les ph?nom?nes de cavitation sont caract?ris?s gr?ce aux techniques de tomographie et laminographie ? rayonnement X synchrotron qui permettent d'observer et de quantifier les distributions spatiales de taux de porosit? volumique et le caract?re anisotrope des cavit?s. Et l'analyse des faci?s de rupture a permis de mettre en ?vidence que les m?canismes de croissance et de coalescence de cavit?s ?taient ? l'origine de l?amor?age ductile de la rupture.Ensuite, un mod?le poro-visco-plastique ? deux m?canismes (permettant de diff?rencier le comportement des phases amorphe et cristalline) a ?t? utilis?. Ce mod?le permet de reproduire ? la fois le comportement global (courbes de chargement) en traction monotone et en fluage mais aussi les distributions spatiales de taux de porosit? obtenues exp?rimentalement. De plus, les calculs par ?l?ments finis permettent d'?tudier les distributions spatiales du champ de contrainte et d'?tablir l'influence de l'?tat de contrainte sur l'?tat de cavitation. Les ?volutions temporelles en cours de d?formation de la pression hydrostatique (ou contrainte moyenne) ont ?t? reli?es aux distributions spatiales de taux de porosit? volumique. Et l'anisotropie de cavitation (et donc la morphologie et les facteurs de forme des cavit?s) a ?t? reli?e aux ?volutions des composantes du tenseur des contraintes de Cauchy. Enfin, la d?finition d'un crit?re de rupture en taux de porosit? critique a permis de simuler l'amor?age et la propagation de fissures en traction monotone et fluage.

Many industrial structures subjected to quasi-static (creep) or cyclic (fatigue) long-term loadings are made of semi-crystalline polymers. Such is the case, for instance, of pressure vessels and pipes. It is therefore considered critical to study the issues related to their durability in order to be able to anticipate and…

L'application du proc?d? SLM est limit?e par la difficult? ? contr?ler le proc?d?. Son application aux c?ramiques est particuli?rement difficile en raison de leur faible absorption au laser et de leur faible r?sistance au choc thermique. La ma?trise de ce proc?d? n?cessite une compr?hension compl?te du transfert de chaleur, de la dynamique des fluides et de la m?canique des solides. Dans ce travail, nous proposons un mod?le num?rique pour la simulation du proc?d? SLM appliqu? aux c?ramiques. Le mod?le est d?velopp? ? l'?chelle du cordon et avec l'hypoth?se d'un lit de poudre continu. Il est bas? sur la m?thode level set et l'homog?n?isation multiphasique, avec laquelle nous sommes capables de suivre l'?volution de l'interface gaz/mati?re et les transformations de phase.?La simulation d?velop?e permet d'?tudier l'influence des propri?t?s du mat?riau et des param?tres du proc?d? sur la temp?rature, la forme du bain liquide, la dynamique des fluides et la m?canique des solides. En dehors de la puissance du laser et de la vitesse de balayage, l'absorption du mat?riau est ?galement importante pour la thermique et la forme du bain liquide. Avec la dynamique des fluides, la forme convexe du cordon est obtenue sous tension de surface. Les gouttelettes liquides se forment lors de la fusion de la?poudre et cr?ent une instabilit? du bain. Ceci entra?ne une irr?gularit? du cordon apr?s solidification. L'effet Marangoni, provoqu? par le gradient surfacique de la tension de surface, est ?tudi?. Son influence sur la r?partition de la temp?rature, la forme du bain liquide et la r?gularit? du cordon est ?voqu?e. Cet effet peut lisser la surface du cordon avec ??/?T n?gatif. En augmentant la vitesse de balayage, la surface du cordon devient plus irr?guli?re. L'effet de ??balling?? est reproduit avec une vitesse de balayage ?lev?e. Cela peut ?tre utile pour trouver le r?gime donnant une forme de cordon r?guli?re ?tant donn?es la puissance et la vitesse du laser. Le d?faut de fissuration est d?l?t?re dans la fabrication additive. L'utilisation d'un laser auxiliaire peut aider ? ?viter ce d?faut en diminuant la contrainte de traction maximale. Le mode de fonctionnement de ce laser auxiliaire reste un sujet int?ressant ? ?tudier et quelques pistes?ont ?t? donn?es par les simulations pr?sent?es. Le mod?le est valid? par la comparaison de la forme du bain liquide avec des exp?riences dans diff?rentes conditions de proc?d?. Les simulations peuvent ?galement r?v?ler la tendance de variation de la surface du cordon dans certains cas. Par la simulation de la d?position de cordons multiples, l'influence de taux de recouvrement sur la surface d'une couche, la temp?rature et l'?volution de contrainte est soulign?e.

The application of SLM process is limited by the difficulty of process control. Its application to ceramics is especially challengeable due to their weak absorption to laser and weak resistance to thermal shock. The mastery of this process requires a full understanding of heat transfer, fluid dynamics in melt pool and solid…

Les proc?d?s de trempe sont largement r?pandus dans l'industrie en particulier dans le domaine de l'automobile, du nucl?aire et de l'a?rospatiale car ils ont un impact direct sur la microstructure, les propri?t?s m?caniques et les contraintes r?siduelles de pi?ces critiques. La trempe est un processus fortement non-lin?aire ? cause des couplages forts entre la m?canique des fluides, les transferts thermiques aux diff?rentes interfaces, les transformations de phase du solide et l'?bullition du milieu de trempe. Malgr? les progr?s effectu?s par la simulation num?rique, ce proc?d? reste extr?mement difficile ? mod?liser.Dans ce travail, nous proposons le d?veloppement d'outils num?riques permettant la simulation r?aliste de ce proc?d? ? l'?chelle industrielle. La m?canique des fluides est simul?e en utilisant une m?thode d'Elements Finis stabilis?s permettant de consid?rer des ?coulements ? haut nombre de Reynolds. Les transferts thermiques sont calcul?s directement sans l'utilisation de coefficients de transferts empiriques, en utilisant le couplage fort entre le fluide et le solide. Nous avons d?velopp? un mod?le de changement de phase pour l'eau permettant de consid?rer les diff?rents r?gimes d'?bullition. Une formulation unifi?e des ?quations de Navier-Stokes, consid?rant une phase compressible et une phase incompressible a ?t? d?velopp?e afin de prendre en compte plus pr?cis?ment la dynamique de la vapeur et de l'eau. Une proc?dure dynamique d'adaptation anisotrope de maillage, permettant une description plus fine des interfaces et une prise en compte plus pr?cise des caract?ristiques des ?coulements est utilis?e.Des exemples num?riques exigeants ainsi qu'une validation exp?rimentale permettent d'?valuer la pr?cision et la robustesse des outils propos?s.Les outils d?velopp?s permettent ainsi l'optimisation du mode op?ratoire du proc?d?, des ressources consomm?es et servent ainsi d'outils prospectifs pour la conception de produits.

Quenching processes of metals are widely adopted procedures in the industry, in particular automotive, nuclear and aerospace industries, since they have direct impacts on changing mechanical properties, controlling microstructure and releasing residual stresses of critical parts. Quenching is a highly nonlinear process because of the strong coupling between the fluid mechanics, heat transfer at the interface solid-fluid, phase transformation in the metal and boiling. In spite of the maturity and the popularity of numerical formulations, several involved mechanisms are still not well resolved.Therefore we propose a Direct Numerical Simulation of quenching processes at the industrial scale dealing with these phenomena. The fluid mechanics is simulated using a Finite Element Method adapted for high convective flows allowing the use of high stirring velocity in the quenching bath. Heat transfers are computed directly without the use of heat transfer coefficients but using the strong coupling between the fluid and the solid. We use a phase change model for the water that models all boiling…

Cette th?se porte sur le d?veloppement d?une m?thode multigrilles parall?le visant ? r?duire les temps de calculs des simulations ?l?ments finis dans le domaine de la mise en forme de pi?ces forg?es en 3D. Ces applications utilisent une m?thode implicite, caract?ris?es par une formulation mixte en vitesse/pression et une gestion du contact par p?nalisation. Elles impliquent de grandes d?formations qui rendent n?cessaires des remaillages fr?quents sur les maillages t?tra?driques non structur?s utilis?s. La m?thode multigrilles d?velopp?e suit une approche hybride, se basant sur une construction g?om?trique des niveaux grossiers par d?raffinement de maillage non embo?t?s et sur une construction alg?brique des syst?mes lin?aires interm?diaires et grossiers. Un comportement asymptotique quasi-lin?aire et une bonne efficacit? parall?le sont attendus afin de permettre la r?alisation de simulations ? grand nombre de degr?s de libert? dans des temps plus raisonnables qu?aujourd?hui. Pour cela, l?algorithme de d?raffinement de maillages est compatible avec le calcul parall?le, ainsi que les op?rateurs permettant les transferts de champs entre les diff?rents niveaux de maillages partitionn?s. Les sp?cificit?s des probl?mes ? traiter ont men? ? la s?lection d'un lisseur plus complexe que ceux utilis?s plus fr?quemment dans la litt?rature. Sur la grille la plus grossi?re, une m?thode de r?solution directe est utilis?e, en s?quentiel comme en calcul parall?le. La m?thode multigrilles est utilis?e en tant que pr?conditionneur d?une m?thode de r?sidu conjugu? et a ?t? int?gr?e au logiciel FORGE NxT et montre un comportement asymptotique et une efficacit? parall?le proches de l?optimal. Le d?raffinement automatique de maillages permet une compatibilit? avec les remaillages fr?quents et permet ? la m?thode multigrilles de simuler un proc?d? du d?but ? la fin. Les temps de calculs sont significativement r?duits, m?me sur des simulations avec des ?coulements particuliers, sur lesquelles la m?thode multigrilles ne peut ?tre utilis?e de mani?re optimale. Cette robustesse permet, par exemple, de r?duire de 4,5 ? 2,5 jours le temps de simulation d?un proc?d?.

A parallel multigrid method is developed to reduce large computational costs involved by the finite element simulation of 3D metal forming applications. These applications are characterized by a mixed velocity/pressure implicit formulation with a penalty formulation to enforce contact and lead to large deformations, handled by frequent remeshings of unstructured meshes of tetrahedral. The developed multigrid method follows a hybrid approach where the different levels of non-nested meshes are geometrically constructed by mesh coarsening, while the linear systems of the intermediate and coarse levels result from the algebraic approach. A close to linear asymptotical behavior is expected along with parallel efficiency in order to allow simulations with large number of degrees of freedom under reasonable computation times. These objectives lead to a parallel mesh coarsening algorithm…

102 p. : ill. ; 30 cm

Cette étude a pour but d’évaluer les contraintes d’un engrenage spiro conique et de présenter l’effet de la jante et les conditions aux limites sur l’état des contraintes et des déplacements par la méthode des éléments finis. La complexité de la géométrie de ce type d’engrenage consiste à simuler les différents mouvements des organes de la machine pendant le taillage, les différents paramètres et réglages machine appliqués et les dimensions de la fraise utilisée. La position d’un point de contact est obtenue en spécifiant les conditions élémentaires de contact, soit la coïncidence des coordonnées et des normales dans un référentiel commun la solution de ces conditions de contact est obtenue, lorsque la solution est numériquement unique

102 p. ; ill. ; 30 cm

Cette étude a pour but d’évaluer les contraintes d’un engrenage spiro conique et de présenter l’effet de la jante et les conditions aux limites sur l’état des contraintes et des déplacements par la méthode des éléments finis. La complexité de la géométrie de ce type d’engrenage consiste à simuler les différents mouvements des organes de la machine pendant le taillage, les différents paramètres et réglages machine appliqués et les dimensions de la fraise utilisée. La position d’un point de contact est obtenue en spécifiant les conditions élémentaires de contact, soit la coïncidence des coordonnées et des normales dans un référentiel commun la solution de ces conditions de contact est obtenue, lorsque la solution est numériquement unique

Cette étude concerne la simulation de systèmes thermiques comportant plusieurs domaines à l’aide d’une méthode d’ordre réduit adaptée au mono-corps. Les modèles modaux réduits sont construits à partir de modes de branche. Ceux-ci sont déterminés à l’aide d’un modèle détaillé et permettent la prise en compte de non-linéarités. La réduction est effectuée par la technique de l’amalgame modal découplé qui permet de façon automatique et immédiate d’obtenir une base réduite qui ne comporte qu’un faible nombre de modes à partir de la base initiale. Le couplage entre les différents domaines s’effectue par l’intermédiaire d’une résistance thermique de contact. On montre la nécessité de faire intervenir un terme supplémentaire de pénalisation de saut de flux qui vient améliorer les résultats. Les simulations numériques effectuées sur des cas tests (microprocesseur et radiateur en 2D, bloc métallique avec cartouches chauffantes en 3D) montrent la pertinence de la méthode.

This study concerns the simulation of thermal systems with multiple fields with a reduced-order method suited to a single body. Reduced models are constructed from modal branch eigenmodes. They are determined using a detailed model and allow the inclusion of non-linearities. The reduction is carried out by the simplified amalgam method which allows an automatic and immediate way to obtain a reduced basis which contains only a small number of modes from the original basis. The coupling between the different areas is carried out through a thermal contact resistance. It shows the need to involve an additional flux jump penalty term to improve the results. The numerical simulations carried out on test cases (microprocessor and radiator in 2D, metal block with hot cartridges in 3D) show the relevance of the method.

147 p. : ill. ; 30 cm

Dans cet étude les résultats des analyses 2D des EF de la réponse séismique d'un profil de sol, exécutée adoptant les modèles constitutifs linéaires visco-élastiques et de visco-elasto-plastique, sont présentés. Les paramètres linéaires élastiques et visqueux sont choisis selon une nouvelle stratégie de calibrage, menant à des résultats des EF comparables à ceux obtenus par des analyses 1D visco-élastiques linéaires-équivalent dans le domaine fréquentiel. l'influence des conditions de frontière est considéré et leur effet sur les résultats de EF est discuté. En conclusion, l'effet de la plasticité sur les résultats numériques est également étudiée

88 p. : ill. ; 30 cm

Ce mémoire a pour but l'étude de l'effet de compactage sur le comportement sismique d'un barrage en terre, l'étude est faite en deux parties : La première partie concerne une étude expérimentale comprenant l'essai de compactage pour la caractérisation des matériaux, ainsi qu'une étude de comportement non drainé de sol argileux réalisé à l'aide d'un appareil triaxial, pour les trois énergies de compactage différentes (80%, 100%,140%) . La deuxième partie concerne une étude de comportement sismique d'un barrage avec sa fondation en tenant compte des caractéristiques obtenues au deuxième et au troisième chapitre. Pour résoudre le problème nous avons utilisé le code de calcul ANSYS basé sur la méthode des éléments finis

112 p. : ill. ; 30 cm

La modélisation des structures fissurées par les éléments finis standard est limitée en termes d'exactitude notamment dans le calcul du coefficient d'intensité de contrainte. Le travail proposé dans le cadre de ce mémoire de magister consiste donc à un développement suivi d'une implémentation numérique de la méthode X-FEM en vu d'un dimensionnement par la mécanique de la rupture des structures fissurées. A cet effet diverses applications seront traitées pour le calcul du facteur d'intensité de contrainte FIC afin de montrer l'efficacité de la méthode XFEM

104 p. : ill. ; 30 cm

Cette étude concerne le comportement dynamique des rotors verticaux. L’objet principal de ces travaux de recherche est de mettre en œuvre un modèle permettant de simuler le comportement dynamique d’un rotor vertical. Une étude de l’aérodynamique des hélicoptères a été faite pour la détermination des charges aérodynamiques appliquées sur le rotor principal de l’hélicoptère. Ce qui a permis de développer un modèle d’éléments finis de la pale et d’en déduire leurs fréquences et modes propres. L’analyse des réactions agissant sur les paliers a été faite. Les calculs des différentes énergies et des travaux virtuels des différents éléments du rotor ont été développés. Un modèle simple a été défini afin d’étudier les phénomènes vibratoires. Pour traiter des systèmes réels, un modèle d’éléments finis a été développé. Ce modèle permet d’extraire les fréquences propres et les déformés modales du rotor, et de calculer les contraintes agissant sur la structure pour les différents modes propres. L’étude des rotors en régime transitoire permet de déterminer les réponses vibratoires dues aux balourds et aux différentes excitations

103 p. : ill. ; 30 cm

Cette étude porte sur l’influence de l’effet thermique sur les vibrations libres en flexion des plaques minces symétriquement stratifiées d’un matériau composite, ayant un comportement anisotrope avec divers états de frontières, différents types des matériaux et différentes épaisseurs. La solution du problème en 2D est obtenue en utilisant la méthode des éléments finis en milieu élastique homogène, avec l’introduction de deux étapes essentielles : la discrétisation des équations non linéaires et la reconstitution des solutions (fréquences propres). Les résultats obtenus montrent l’efficacité de la méthode utilisée

111 p. : ill. ; 30 cm

Dans le cadre des études d'optimisation des paramètres géométriques et cinématiques de coupe en usinage, il est fondamental de disposer d'un outil numérique de simulation afin d'analyser les phénomènes mis en jeu. L'objectif principal de notre étude est de modéliser et simuler le procédé de mise en forme par enlèvement de matière, "cas d'une coupe en tournage orthogonal" en utilisant la méthode des éléments finis avec un maillage adaptatif ; et ce en utilisant, pour son schéma d'intégration explicite et pour sa performance dans la résolution des problèmes dynamiques de contact avec frottement, le code de calcul DEFORM-2D. Ainsi on a fait apparaître, en première lieu, l'importance du choix entre les deux lois de comportement adoptées, et par la suite, les paramètres optimums de coupe via les résultats de la simulation de la coupe orthogonale

110 p. : ill. ; 30 cm

Cette étude concerne le comportement dynamique d’une pale d’hélicoptère. L’objet principal de ce travail simuler par méthode éléments finit le comportement dynamique d’une pale. Une étude de l’aérodynamique des hélicoptères a été faite pour la détermination des charges aérodynamiques appliquées sur la pale d’hélicoptère. d’en déduire leurs par simulation numérique les fréquences et modes propres. L’analyse des réactions agissant sur la pâle a été faite. Les expressions des différentes énergies et des travaux virtuels de pale ont été développés. Un modèle simple a été défini afin d’étudier les phénomènes vibratoires. Pour traiter des systèmes réels, un modèle d’éléments finis a été développé. Ce modèle permet d’extraire les fréquences propres et les déformés modales de la pâle, et de calculer les contraintes agissant sur la structure pour les différents modes propres. L’étude de pale en régime transitoire permet de déterminer les réponses vibratoires dues aux balourds et aux différentes excitations

103 p. ; ill. ; 30 cm

Cette étude porte sur l’influence de l’effet thermique sur les vibrations libres en flexion des plaques minces symétriquement stratifiées d’un matériau composite, ayant un comportement anisotrope avec divers états de frontières, différents types des matériaux et différentes épaisseurs. La solution du problème en 2D est obtenue en utilisant la méthode des éléments finis en milieu élastique homogène, avec l’introduction de deux étapes essentielles : la discrétisation des équations non linéaires et la reconstitution des solutions (fréquences propres). Les résultats obtenus montrent l’efficacité de la méthode utilisée