Publications

2008

• Non-destructive testing of tennis strings
  
  • Luong Minh-Phong
  Vietnam Journal of Mechanics, Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2008, 30 (4). The paper aims to illustrate three advantages of infrared thermography as a non-destructive, non-contact and in real time technique (a) to detect the occurrence of intrinsic dissipation localisation, (b) to observe the progressive damage processes and mechanisms of gut failure, and to determine the optimal tensions for each type of tennis strings. Experimental results evidence a limit of acceptable damage beyond which string will fail due to coalescence of defects and/or weakness zones. (10.15625/0866-7136/30/4/5637)
  DOI : 10.15625/0866-7136/30/4/5637
• Analyse micromécanique des variations dimensionnelles de matériaux alvéolaires — Application au polystyrène expansé
  
  • Fen-Chong Teddy
  , 2008. Ce travail vise à aider à l'optimisation du procédé d'élaboration de plaques de polystyrène expansé (PSE) produites par Lafarge-Plâtre en vue d'une meilleure maîtrise de leur post-retrait, défini comme le retrait dimensionnel différé dans le temps à partir de la stabilisation de la température à 20 °C, source du gauchissement, voire de la rupture, de complexes de doublage PSE/plâtre. À cette fin, mon travail a essentiellement consisté à comprendre l'origine physico-mécanique d'un tel phénomène, en la validant expérimentalement. C'est ainsi que, grâce à la collaboration de Jean-Louis Halary et d'André Dubault du Laboratoire de Physico-Chimie Structurale et Macromoléculaire de l'ESPCI, j'ai pu expliquer comment le post-retrait du PSE peut provenir d'une mobilité moléculaire de transition secondaire, dite β, en combinant : — la mise en évidence, par un essai de flexion 3 points à 20 °C, d'une flèche viscoélastique du polystyrène constitutif du PSE d'amplitude équivalente à celle du post-retrait (entre 0,3% et 1% sur 6 semaines), — la détermination de la nature physique des mouvements de transition impliqués dans la mobilité moléculaire du polystyrène plastifié par du pentane (agent porogène dont la vaporisation conduit à la microstructure alvéolaire du PSE) par la mise au point d'un dispositif de suivi d'expansion de billes servant à fabriquer le PSE, — une méthode de changement d'échelles par champs moyens dans un cadre thermoviscoélastique linéaire, isotrope, non-vieillissant, et anisotherme pour prendre en compte la nature du milieu poreux à porosité fermée dont la phase connexe solide est constituée par du polystyrène amorphe sur laquelle s'exerce une pression représentant l'action des pores au cours de toute l'histoire thermique suivant la fin du moulage du PSE.
• Influence des défauts sur le comportement vibratoire linéaire des systèmes tournant
  
  • Lazarus Arnaud
  , 2008. Dans le cas de nombreuses machines tournantes (turboalternateurs, pompes de centrales électriques), les "défauts" (anisotropie de paliers, rotors fissurés...) introduisent naturellement des coefficients périodiques dans l'équation d'équilibre linéaire du modèle discrétisé associé. L'étude du comportement dynamique de l'oscillateur paramétrique obtenu peut alors se faire au moyen d'outils spécifiques tel que la théorie de Floquet, relativement simple à mettre en place, mais dont le traitement numérique s'avère laborieux dans le cas de modèles complexes à grand nombre de degrés de liberté... En étudiant les solutions de Floquet dans le domaine fréquentiel, on montre que l'on peut étendre le principe d'analyse modale des oscillateurs classiques aux oscillateurs paramétriques. Le concept de modes propres paramétriques est alors introduit et ceux-ci sont étudiés à travers différents exemples académiques. On s'intéresse notamment au comportement dynamique du pendule paramétrique à un degré de liberté gouverné par l'équation de Mathieu, ainsi qu'à différents systèmes tournants à 2 degrés de libertés avec raideurs non axisymétriques (modèles simplifiés de rotors fissurés). A l'image des modes classiques, les modes paramétriques peuvent être étendus aux systèmes complexes discrétisés par n degrés de liberté grâce aux éléments finis. Cependant, ces modes étant poly-harmoniques, on obtient la base modale du système par synthèse modale où chaque sous-structure est naturellement associée à chaque harmonique. Ces idées sont implémentées dans le logiciel éléments finis Cast3m afin de modéliser, en 3D, le comportement vibratoire d'ensemble d'une machine tournante avec un défaut de forme. L'efficacité de la méthode est alors testée en comparant les résultats numériques et expérimentaux provenant d'un banc d'essai composé d'un rotor dissymétrique en rotation sur un support anisotrope (modèle académique d'un rotor avec fissure ouverte).
• Fast Multipole Method for 3-D elastodynamic boundary integral equations. Application to seismic wave propagation
  
  • Chaillat Stéphanie
  , 2008. Simulating wave propagation in 3D configurations is becoming a very active area of research. The main advantage of the BEM is that only the domain boundaries are discretized. As a result, this method is well suited to dealing with unbounded domains. However, the standard BEM leads to fully-populated matrices, which results in high computational costs in CPU time and memory requirements. The Fast Multipole Method (FMM) has dramatically improved the capabilities of BEMs for many areas of application. In this thesis, the FMM is extended to 3D frequency-domain elastodynamics in homogeneous and piecewise-homogeneous media (using in the latter case a FMM-based BE-BE coupling). Improvements of the present FM-BEM are also presented: preconditioning, reduction of the number of moments, and formulation of a multipole expansion for the half space fundamental solutions. Seismological applications are given for canonical problems and the Grenoble valley case.
• MECHANICAL BEHAVIOUR AND RUPTURE IN CLAYEY ROCKS STUDIED BY X-RAY MICRO-TOMOGRAPHY AND 3D-DIGITAL IMAGE CORRELATION
  
  • Lenoir Nicolas
  • Viggiani Gioacchino Cinno
  • Desrues Jacques
  • Bésuelle Pierre
  • Bornert Michel
  , 2008, pp.pp. 35-38. The mechanical behaviour and the rupture of clayey rocks have been experimentally studied by performing in situ triaxial tests on a synchrotron beamline i.e. performing X-ray micro tomography scans under mechanical loading. The 3D images obtained at different steps of the test were then analysed by 3D-Digital Image Correlation method in order to measure incremental strain fields. The results allow to clearly detect the onset of shear strain localization and to characterize its development in a 3D complex pattern.
• Approche par contrôle optimal de la plasticité cyclique
  
  • Stolz Claude
  , 2008.
• Finite element simulation of strain localisation scheme, and comparison with experimental results, under cyclic loading path
  
  • Gérard Céline
  • N'Guyen Franck
  • Osipov Nikolay
  • Cailletaud Georges
  • Bornert Michel
  • Caldemaison Daniel
  , 2008. The plastic behaviour of FCC materials is studied under cyclic tensile-compression loading at room temperature. The material is an oxygen-free high conductivity copper. The purpose of the work is to model the onset of plasticity, then the cycle by cycle evolution of the localized strain, at grain scale and at mesoscopic scale. A polycrystalline aggregate taking into account the material microstructure is developped to perform Fnite element simulations corresponding to the experiments. Finite element calculations are carried out on this mesh, using a constitutive law which takes into account the crystallographic orientation of each grain. An analysis of the localisation scheme is performed at different steps of the cyclic loading.
• SMART-I²: A Spatial Multi-users Audio-visual Real Time Interactive Interface
  
  • Rébillat Marc
  • Corteel Etienne
  • Katz Brian F.G.
  , 2008, pp.7609. The SMART-I2 aims at creating a precise and coherent virtual environment by providing users with both audio and visual accurate localization cues. It is known that for audio rendering, Wave Field Synthesis, and for visual rendering, Tracked Stereoscopy, individually permit high quality spatial immersion within an extended space. The proposed system combines these two rendering approaches through the use of a large Multi-Actuator Panel used as both a loudspeaker array and as a projection screen, considerably reducing audio-visual incoherencies. The system performance has been confirmed by an objective validation of the audio interface and a perceptual evaluation of the audio-visual rendering.
• Characterization of Local Strain Distribution in Zircaloy-4 and M5® Alloys
  
  • Elbachiri Kamal
  • Doumalin Pascal
  • Crépin Jérôme
  • Bornert Michel
  • Barberis Pierre
  • Rebeyrolle Véronique
  • Bretheau Thierry
  Journal of ASTM International (JAI), ASTM, 2008, 5 (9), pp.1-11. Zirconium alloys with low alloying content are mainly used in the nuclear industry as structural materials because of their superior properties in terms of neutron transparency, mechanical strength, and corrosion resistance. In order to further improve the corrosion resistance as well as the integrity of Zr based cladding tubes under severe thermomechanical loading, the M5® alloy was developed to replace stress-relieved Zircaloy-4. An experimental study conducted at the macroscopic scale between 20 and 500°C shows that the mechanical behavior of the studied Zr based alloys depends on the metallurgical state (stress-relieved or recrystallized) rather than on the chemical composition. To try to understand these mechanical differences, an experimental multiscale investigation was devised at ambient temperature (20°C) in order to characterize the strain distribution at the scale of the grains and at that of the representative volume element. Local strain fields were measured by means of a microscale digital image correlation technique, based on microgrid deposits and scanning electronic microscopy (SEM). Tensile tests were performed inside the SEM chamber. Here, the original method of strain distribution quantification based on statistical strain field analysis is used. First, this analysis reveals a particular strain distribution consisting of bands with an orientation greater that 45° with regards to the direction of macroscopic tension, and second, shows that these interaction lengths are much greater than the average size of the grains, which clearly demonstrates that local investigations cannot be limited to a few grains. Therefore, the macroscopic mechanical response of these materials is not only governed by intragranular heterogeneities but by the local deformations which become organized between the grains in a pattern of bands at a mesoscale, which is determined by medium to long-range interactions. The difference of values in the band characteristics could partly explain the anisotropic global behavior of these materials linked with their microstructure. (10.1520/JAI101125)
  DOI : 10.1520/JAI101125
• Diffraction of Seismic Waves from 3D Canyons and Alluvial Basins Modeled using the Fast Multipole-Accelerated BEM
  
  • Chaillat Stéphanie
  • Bonnet Marc
  • Semblat Jean-François
  , 2008, pp.CDROM. The analysis of seismic wave propagation and amplification in complex geological structures raises the need for efficient and accurate numerical methods. The solution of the elastodynamic equations using boundary element methods (BEMs) gives rise to fully-populated matrix equations. Earlier investigations on the elastodynamic equations have established that the Fast Multipole (FM) method reduces the complexity of a BEM solution to N log N per GMRES iteration. The present Article addresses the extension of the FM-BEM strategy to 3D multi-domain elastodynamics in the frequency domain. Using this FM-accelerated BEM it is now possible to study the propagation of seismic waves in 3-D alluvial basins at a much lower cost than with standard BEM. Validations are performed for canonical basins and comparisons to previous works are proposed. It shows the efficiency and accuracy of the fast BEM formulation proposed.
• Phase field modeling of nonlinear material behavior
  
  • Pellegrini Yves-Patrick
  • Denoual Christophe
  • Truskinovsky Lev
  , 2010, pp.209-220. Materials that undergo internal transformations are usually described in solid mechanics by multi-well energy functions that account for both elastic and transformational behavior. In order to separate the two effects, physicists use instead phase-field-type theories where conventional linear elastic strain is quadratically coupled to an additional field that describes the evolution of the reference state and solely accounts for nonlinearity. In this paper we propose a systematic method allowing one to split the non-convex energy into harmonic and nonharmonic parts and to convert a nonconvex mechanical problem into a partially linearized phase-field problem. The main ideas are illustrated using the simplest framework of the Peielrs-Nabarro dislocation model. (10.1007/978-90-481-9195-6_16)
  DOI : 10.1007/978-90-481-9195-6_16
• Effective-medium theory for infinite-contrast, 2D-periodic, linear composites with strongly anisotropic matrix behavior: dilute limit and cross-over behavior
  
  • Willot François
  • Pellegrini Yves-Patrick
  • Idiart Martin I.
  • Ponte Castañeda Pedro
  Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics (1998-2015), American Physical Society, 2008, 78, pp.104111. The overall behavior of a 2D lattice of voids embedded in an anisotropic matrix is investigated in the limit of vanishing porosity f. An effective-medium model (of the Hashin-Shtrikman type) which accounts for elastic interactions between neighboring voids, is compared to Fast Fourier Transform numerical solutions and, in the limits of infinite anisotropy, to exact results. A cross-over between regular and singular dilute regimes is found, driven by a characteristic length which depends on f and on the anisotropy strength. The singular regime, where the leading dilute correction to the elastic moduli is an O(f^{1/2}), is related to strain localization and to change in character - from elliptic to hyperbolic - of the governing equations. (10.1103/PhysRevB.78.104111)
  DOI : 10.1103/PhysRevB.78.104111
• NUCLEATION OF CRACKS FROM SHEAR-INDUCED CAVITIES IN AN a/b TITANIUM ALLOY IN FATIGUE, ROOM-TEMPERATURE CREEP AND DWELL-FATIGUE
  
  • Lefranc Pierre
  • Doquet Véronique
  • Gerland Michel
  • Sarrazin-Baudoux Christine
  Acta Materialia, Elsevier, 2008, 56, pp.4450-4457. In titanium alloys, dwell periods during room-temperature stress-controlled fatigue tests are responsible for substantial reductions in lifetime compared to pure fatigue loading. The mechanisms of such a creep-fatigue interaction have been investigated for alloy Ti6242. SEM and TEM observations revealed crack initiation by coalescence of shear-induced cavities nucleated at a/b interfaces in large colonies of a laths nearly parallel to the loading axis. The density and average size of cavities were larger in dwell-fatigue and creep than in fatigue. A qualitative micromechanical model of cavity nucleation based on discrete dislocation dynamics was developed. The number of cycles for cavity nucleation was computed as a function of the applied stress range. A finite threshold, dependent on the size of a laths colonies with similar orientation, was found. The simulations predict earlier cavity nucleation in creep or dwell-fatigue than in pure fatigue, which is consistent with the performed experiments. (10.1016/j.actamat.2008.04.060)
  DOI : 10.1016/j.actamat.2008.04.060
• 3D simulations of microstructure and comparison with experimental microstructure coming from O.I.M analysis
  
  • St-Pierre Luc
  • Héripré Eva
  • Dexet Marie
  • Crépin Jérôme
  • Bertolino Graciela
  • Bilger Nicolas
  International Journal of Plasticity, Elsevier, 2008, 24 (9), pp.pages 1516-1532.
• Overview of identification methods of mechanical parameters based on full-field measurements
  
  • Avril Stéphane
  • Bonnet Marc
  • Bretelle Anne Sophie
  • Grediac Michel
  • Hild François
  • Ienny Patrick
  • Latourte Félix
  • Lemosse Didier
  • Pagano Stéphane
  • Pagnacco Emmanuel
  • Pierron Fabrice
  Experimental Mechanics, Society for Experimental Mechanics, 2008, 48 (4), pp.381-402. This article reviews recently developed methods for constitutive parameter identification based on kinematic full-field measurements, namely the finite element model updating method (FEMU), the constitutive equation gap method (CEGM), the virtual fields method (VFM), the equilibrium gap method (EGM) and the reciprocity gap method (RGM). Their formulation and underlying principles are presented and discussed. These identification techniques are then applied to full-field experimental data obtained on four different experiments, namely (i) a tensile test, (ii) the Brazilian test, (iii) a shear-flexural test, and (iv) a biaxial test. Test (iv) features a non-uniform damage field, and hence non-uniform equivalent elastic properties, while tests (i), (ii) and (iii) deal with the identification of uniform anisotropic elastic properties. Tests (ii), (iii) and (iv) involve non-uniform strain fields in the region of interest. (10.1007/s11340-008-9148-y)
  DOI : 10.1007/s11340-008-9148-y
• Improved extended finite element method to handle changes in crack growth
  
  • Moes Nicolas
  • Stolz Claude
  • Chevaugeon Nicolas
  , 2008.
• Éléments-finis étendus pour la modélisation des structures soudées par points
  
  • Burry Pierre
  • Maitournam Habibou
  • Billotey Geoffroy
  Mechanics & Industry, EDP Sciences, 2008, 9, pp.pp 103-108. Cet article présente un élément de coque bilinéaire enrichi, adapté à la modélisation des tôles soudées par points de soudure électrique, et implémenté sous Abaqus. L'élément de base est un élément de Simo-Rifaï en petits déplacements et en élasticité linéaire. La modélisation proposée des points de soudure s'inspire des méthodes de modélisation d'inclusion dans un milieu infini par éléments finis étendus. Le point de soudure est considéré comme quasi ponctuel dans le milieu continu 2D de la tôle ; les fonctions d'enrichissement de l'espace d'approximation des déplacements représentent les modes de déformation locaux des tôles autour des points de soudure, et permettent de représenter correctement les déformées de tôles assemblées sans avoir à mailler les points de soudure. Des exemples démontrent la possibilité de calculer des assemblages de tôles maillées indépendamment. (10.1051/meca:2008012)
  DOI : 10.1051/meca:2008012
• Identification of Rate-Dependent Constitutive Models for Dual-Phase Steels Based on Dynamic Bulge Experiments
  
  • Grolleau Vincent
  • Penin A.
  • Mohr Dirk
  • Gary Gérard
  , 2008.
• A new semi-analytical method for the construction of auxiliary fields in the interaction integrals of 3-D LEFM
  
  • Edeline Gwenael
  • Bonnet Marc
  • Chiaruttini Vincent
  , 2008. The study of crack propagation is since a long time a crucial issue in research and industry ; there are ever increasing needs for robust and predictive simulation tools for cracking in three-dimensional, mixed-mode conditions. Global approaches (G) such as the G-θ method introduced by Destuynder [1], which consists in evaluating the derivative of the potential energy of the solution under a virtual crack extension modelled by a transformation velocity field θ, are very efficient because of their robustness. In particular, unlike local methods (K), they can be performed on meshes without special crack-front elements. However, the G-θ method evaluate the energy release rate G, which has for certain applications the disadvantage of mixing the fracture modes, i.e. the stress intensity factors (SIFs). Separation evaluation of each SIF is often useful or necessary, e.g. for the implementation of additional criteria predicting future kinking or curving of the crack(s).
• A material and environment-dependent criterion for the prediction of fatigue crack paths in metallic structures
  
  • Doquet Véronique
  • Bertolino Graciela
  Engineering Fracture Mechanics, Elsevier, 2008, 75 (11), pp.3399-3412. Crack growth under mode II cyclic loading was investigated in maraging steel, ferritic-pearlitic steel and TA6V. When DKII exceeds a threshold value, cracks do not bifurcate but grow in mode II over a distance which increases with DKII . Shear mode crack growth was much more extensive in maraging steel than in TA6V and ferritic-pearlitic steel. This result is discussed in relation with the cyclic behaviour of the materials and the importance of friction along the crack faces. An alternative approach for the prediction of crack paths when shear mode crack growth is likely to occur is proposed.
• High resolution modal analysis
  
  • Ege Kerem
  • Boutillon Xavier
  • David Bertrand
  , 2008, 123 (5 Pt 2), pp.3062. The Fourier-transform-based traditional modal analysis techniques perform poorly when modal overlap eta exceeds 30%, due to the DeltaT.Deltaf limitation. In view of filling the gap between the low- and the high-frequency domains where modal analysis and statistical methods respectively apply, a technique based on the high resolution analysis algorithm ESPRIT (Roy & Kailath, IEEE Transactions on Acoustics Speech and Signal Processing, 37(7), 984-995, 1989) has been developed. A pulselike force is repeatedly applied to the structure and the response is measured in a number of points. In each point, the impulse response of the structure is retrieved by deconvolving the pulselike force and filtering the response with the result. In a second step, the number of modes in the reconstructed impulse response is evaluated by the novel procedure ESTER (Badeau et al., IEEE Transactions on Signal Processing, 54(2), 450-458, 2006) and various preconditioning techniques are applied. The ESPRIT algorithm finally extracts the modal frequencies, damping factors, and complex amplitudes at each point. Two applications are presented: the separation of twin modes of a square plate (eta =200%) and the partial modal analysis of a 1620 × 1000 × 5 mm aluminum plate up to a modal overlap eta =70%. (10.1121/1.2932803)
  DOI : 10.1121/1.2932803
• L'approche multi-échelles en mécanique des matériaux ou l'importance d'un dialogue transdisciplinaire
  
  • Crepin Jerome
  , 2008. L'utilisation des moyens de calcul de type éléments finis couplés aux progrès techniques en matière de mesures de champs expérimentaux, tant microstructuraux que mécaniques, ouvrent la voie à une richesse de dialogue expérience/calcul qui ne se limite plus à la seule réponse macroscopique obtenue sur un volume élémentaire représentatif. L'objectif de ce travail concerne l'exposé de la méthodologie adoptée et des outils développés pour l'identification de paramètres pertinents de lois de comportement de matériaux hétérogènes à partir de la définition de leur microstructure et des mécanismes responsables, au sein du volume élémentaire représentatif, de leur comportement élasto-plastique voire de leur endommagement. Nous nous intéresserons tout particulièrement à préciser la notion d'hétérogénéités, qui est fortement dépendante de la base de mesure choisie, que se soit pour l'expérimentation ou pour les simulations numériques. Nous aborderons d'autre part, les questions relatives à la pertinence de mesures de surface pour décrire le comportement d'un volume de matière puis nous nous focaliserons sur l'intérêt d'utiliser des mesures cinématiques, obtenues en cours d'essais mécaniques in situ comme conditions aux limites des simulations numériques. Nous discuterons de la mise en place de cette méthodologie à partir de résultats obtenus à partir d'alliages métalliques et de matériaux virtuels.
• L'approche multi-échelles en mécanique des matériaux ou l'importance d'un dialogue transdisciplinaire
  
  • Crépin Jérôme
  , 2008. L'utilisation des moyens de calcul de type éléments finis couplés aux progrès techniques en matière de mesures de champs expérimentaux, tant microstructuraux que mécaniques, ouvrent la voie à une richesse de dialogue expérience/calcul qui ne se limite plus à la seule réponse macroscopique obtenue sur un volume élémentaire représentatif. L'objectif de ce travail concerne l'exposé de la méthodologie adoptée et des outils développés pour l'identification de paramètres pertinents de lois de comportement de matériaux hétérogènes à partir de la définition de leur microstructure et des mécanismes responsables, au sein du volume élémentaire représentatif, de leur comportement élasto-plastique voire de leur endommagement. Nous nous intéresserons tout particulièrement à préciser la notion d'hétérogénéités, qui est fortement dépendante de la base de mesure choisie, que se soit pour l'expérimentation ou pour les simulations numériques. Nous aborderons d'autre part, les questions relatives à la pertinence de mesures de surface pour décrire le comportement d'un volume de matière puis nous nous focaliserons sur l'intérêt d'utiliser des mesures cinématiques, obtenues en cours d'essais mécaniques in situ comme conditions aux limites des simulations numériques. Nous discuterons de la mise en place de cette méthodologie à partir de résultats obtenus à partir d'alliages métalliques et de matériaux virtuels.
• L'effondrement de 1873 à la mine de Varangéville
  
  • Berest Pierre
  • Brouard Benoit
  • Feuga Bernard
  • Karimi-Jafari Mehdi
  , 2008, pp.281-288. On décrit l’effondrement d’un quartier de mine de sel dans lequel les piliers ont poinçonné le mur imbibé de saumure quand l’extension de la mine a diminué la raideur du toit. Le calcul numérique montre qu’au moment de l’effondrement une zone dilatante traversant toute la couche de sel s’était formée.
• Combined shape-material sensitivity approach for elastic-wave identification of penetrable obstacles
  
  • Bonnet Marc
  • Guzina B. B.
  , 2008, 135, pp.012021. (10.1088/1742-6596/135/1/012021)
  DOI : 10.1088/1742-6596/135/1/012021