Publications

2001

• Formulation and well-posedness of the dynamics of rigid-body systems with perfect unilateral constraints
  
  • Ballard Patrick
  Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Royal Society, The, 2001, 359 (1789), pp.2327-2346. The classical theory of rigid-body systems dynamics with perfect bilateral constraints is extended in order to take perfect unilateral constraints into account. A systematic formulation of the dynamics is derived and the most general admissible form of the impact-constitutive equation is obtained. Well-posedness of the evolution problem is proved under the assumption that the data are analytic. (10.1098/rsta.2001.0854)
  DOI : 10.1098/rsta.2001.0854
• Nouveaux outils pour la conception fiable des structures
  
  • Karaouni Habib
  , 2001. La fiabilité des structures est une préoccupation majeure pour beaucoup de constructeurs. Plusieurs modes de défaillances peuvent entraîner la ruine partielle ou totale d'une structure. Le mode de ruine par fatigue est très important, en particulier dans les assemblages soudés qui sont repérés par les experts comme les sites privilégiés critiques. Les chargements de service, en général à plusieurs paramètres de chargement et à amplitudes variables, sont tels qu'ils n'entraînent pas la ruine par déformation excessive mais peuvent provoquer le processus de fatigue par leur caractère répété. Depuis ces quelques cinquantaines dernières années, de nombreuses approches ont été proposées. Dans les analyses à la fatigue : <ol> <li>il est nécessaire de prendre en compte les incertitudes sur la géométrie, les propriétés mécaniques, les chargements,</li> <li>l'état initial réel est souvent inconnu,</li> <li>et aussi, il est très difficile d'avoir une représentation mathématique fiable du comportement complexe des matériaux et même de contrôler les erreurs des simulations numériques ou des essais.</li> </ol> Pour réduire ces difficultés nous avons bâti une nouvelle approche pour l'analyse à la fatigue et à la fiabilité des structures. Nous ramenons systématiquement l'analyse globale de la structure à une analyse locale sur une fenêtre 2D de taille donnée avec un chargement cyclique radial caractéristique et un nombre de cycles.</br></br> Notre approche est fondée sur la Conception Optimisée Intelligente des Matériaux et des Structures de J. Zarka et al. Une éprouvette lisse comme toute autre structure complexe, constituée de plusieurs matériaux et soumise à tout type de chargement, sont analysées de la même façon grâce à une seule DESCRIPTION évoluée intelligente donnée.</br></br> Dans le temps limité de la thèse, nous n'avons considéré que les chargements à amplitudes variables à plusieurs paramètres. Les incertitudes sur la géométrie, les matériaux et l'état initial ont été ignorées. Mais il serait facile, dans un deuxième temps, de les prendre en compte via des simulations de type Monte Carlo, grâce à l'intégration des règles de conception à la fatigue que nous avons construites et qui sont immédiates à vérifier même quand plusieurs milliers d'analyses sont requises. Les analyses simplifiées des structures inélastiques et des règles simplifiées de critère de fatigue et de cumul de dommage sont employées mais les résultats sont couplés avec ceux issus des retours d'expérience sur des structures réelles par les techniques d'apprentissage automatique et d'optimisation génétique.</br></br> Pour atteindre notre description intelligente, il nous a fallu : <ol> <li>Établir une règle d'équivalence entre 2 chargements vis à vis du dommage en fatigue. Celle-ci nous permet ensuite de nous ramener systématiquement à un chargement cyclique radial dans une direction particulière équivalent de centre et d'amplitude donnés et à un nombre de cycles défini.</li> <li>Trouver la description convenable de l'analyse à la fatigue et à la fiabilité des structures qui assure la fusion de tous les cas.</li> </ol> <h5>Quantification d'un chargement vis à vis du dommage</h5> Comme, nous ne nous intéressons qu'à la fatigue à grand nombre de cycles, cela implique qu'à l'échelle macroscopique, la structure doit atteindre systématiquement un état limite adapté. Face aux nombreuses difficultés présentes dans les théories existantes (méthode d'extraction et de comptage de cycles, facteur d'endommagement, règles de cumul ... ), nous avons choisi une représentation qui a une signification plus physique et qui est très facile à mettre en œuvre à l'échelle locale du matériau comme à l'échelle globale de la structure.</br></br> L'idée principale est de trouver, en terme de " dommage " (qui reste toujours inconnu) induit au niveau du matériau puis au niveau de la structure, une description ou "mesure" discriminatoire du chargement réel complexe d'amplitudes variables. Cela se fait essentiellement par l'introduction d'une règle d'équivalence entre deux chargements puis par la définition d'un chargement équivalent simple susceptible de représenter le chargement réel.</br></br> <h5>Nouvelle approche pour l'analyse à la fatigue/fiabilité des structures</h5> Chaque cas/problème de fatigue comporte des différences au niveau de la géométrie de la structure, de ses nombreux matériaux en présence, de son état initial, et de son chargement et a une description primitive spécifique. Cette représentation impérative, passive doit être transformée en une représentation active dite intelligente qui est la même pour tous les cas. Nous effectuons une analyse multi-niveaux de la structure générale: <ol> <li>le premier niveau est celui de la structure. Une analyse élastique est en général conduite en considérant les nombreux chargements, une schématisation éventuelle en plaques et poutres ainsi qu'un maillage grossier. Une analyse simplifiée du type Zarka-Casier (ZAC) peut être aussi effectuée.</li> <li>le deuxième niveau est celui d'une sous-structure 3D que l'on aura relevée comme critique. Un maillage plus fin et une modélisation plus correcte des détails soudés et des discontinuités géométriques présents dans ce domaine peuvent être effectués. Le chargement cyclique radial équivalent est alors défini.</li> <li>le troisième niveau correspond à celui d'un détail élémentaire 2D qui est une coupe plane du deuxième niveau, avec éventuellement un maillage encore plus fin et une représentation plus fine des efforts.</li> <li> enfin, nous considérons sur ce détail 2D, une fenêtre 2D caractéristique virtuelle mobile. Cette fenêtre joue le rôle d'un filtre (sa taille est telle que les quantités qui sont utiles deviennent relativement peu sensibles aux erreurs associées à la taille et à la distribution des éléments) et doit tenir compte de plus, que le dommage doit concerner un certain volume caractéristique ; la description du matériau, de certains champs (contrainte, gradient de contrainte, critère de fatigue .. ), dans cette fenêtre conduit à la description intelligente qui est applicable et unique sur toute structure complexe.</li> </ol> Notre description de chaque cas comporte 92 descripteurs d'entrée et deux conclusions (rupture/non rupture puis dans le cas rupture, nombre de cycles/blocs y conduisant). Ces descripteurs d'entrée ne sont pas des quantités locales en un point mais des quantités sur la fenêtre (non-locales).</br></br> <h5>Génération automatique des règles pour la fatigue</h5> Nous construisons les règles de conception à la fatigue à partir d'une base de données d'exemples expérimentaux fiables, bien réalisés et bien documentés qui ont des conclusions connues. Nous avons utilisé dans la thèse une base d'exemples qui provient d'une série d'essais effectués (par l'Université d'Illinois) sur un détail de soudure (détail 20) que nous avons défini comme une structure générale. Nous avons mis en œuvre plusieurs procédures afin de calculer les descripteurs intelligents de chaque cas. L'utilisation de générateurs de systèmes experts par apprentissage automatique, comme ceux développés par le LMS-X (SEA) ou par la société Wards systems (NEUROSHELL) nous a donné le réseau de règles à employer pour toute nouvelle analyse à la fatigue.
• Second-order estimates for the effective behaviour of viscoplastic polycrystalline materials
  
  • Bornert Michel
  • Masson Renaud
  • Ponte Castañeda Pedro
  • Zaoui André
  Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Elsevier, 2001, 49 (11), pp.2737-2764. This paper is concerned with the application of the "second-order" nonlinear homogenization procedure (Ponte Castañeda, J. Mech. Phys. Solids 44 (6) (1996) 827) to generate estimates of the self-consistent type for the effective behaviour of fcc and hcp viscoplastic polycrystals. The method has the distinctive property that it leads to estimates that are exact to second-order in the heterogeneity contrast, and which are expected to be more accurate, particularly when compared to rigorous bounds, than those resulting from earlier homogenisation schemes such as the Hill "incremental" method or its "total" formulation (Hutchinson) for pure power-law viscous materials. Special attention is paid to large grain anisotropy leading to correspondingly large heterogeneity contrast, and to highly nonlinear behaviour. Comparisons are also carried out with estimates derived from other more recent homogenisation schemes such as the "tangent" and "afine" methods. The results, illustrated for zirconium-and ice-type polycrystals, show that the second-order procedure offers the potential for significantly improved results, at least relative to the Hill incremental formulation. (10.1016/S0022-5096(01)00077-1)
  DOI : 10.1016/S0022-5096(01)00077-1
• Surface d'écoulement macroscopique des milieux poreux : Modification du critère de Gurson par une approche micromécanique
  
  • Bilger Nicolas
  • Bornert Michel
  • Auslender François
  • Zaoui André
  • Masson Renaud
  , 2001. Les techniques d'homogénéisation développées ces dix dernières années permettent d'établir, par une approche entièrement micromécanique, une borne pour la surface d'écoulement plastique d'un matériau poreux à matrice rigide plastique. Celle-ci est obtenue grâce à la construction d'un composite linéaire de comparaison à l'aide de motifs morphologiques représentatifs. L'application d'une telle démarche à un assemblage de Hashin conduit à une borne pour la fonction seuil de plasticité macroscopique. Nous montrons également l'influence de l'hétérogénéité des porosités locales sur la réponse macroscopique du matériau par une approche autocohérente.
• Tightness Tests in Salt-Cavern Wells
  
  • Bérest Pierre
  • Brouard Benoit
  • Durup Gérard
  Oil & Gas Science and Technology - Revue d'IFP Energies nouvelles, Institut Français du Pétrole (IFP), 2001, 56 (5), pp.451-469. Thousands of caverns have been leached out from salt formations. They are used for storing a variety of fluid products ranging from compressed air and hydrogen to LPG, natural gas and crude oil, which requires that the caverns be tight. The main factors in the onset of well leakage and its prevention are discussed: fluid pressure distribution, geological environment, cementing workmanship and well architecture. The Mont Belvieu accident is described to illustrate the importance of periodic cavern testing. Test methods are discussed; apparent, corrected and actual leaks are distinguished. Factors contributing to apparent leaks are described, as are two actual in situ tests that use fuel oil and nitrogen as test fluids. It is proven that a thorough test analysis allows good estimations of actual leaks. (10.2516/ogst:2001037)
  DOI : 10.2516/ogst:2001037
• Propagation d'ondes dans les milieux granulaires
  
  • Luong Minh-Phong
  , 2001, pp.213-243.
• The effect of small concentrations of sulfur on the plasticity of zirconium alloys at intermediate temperatures
  
  • Ferrer Franck
  • Barbu Alain
  • Bretheau Thierry
  • Crépin Jérôme
  • Willaime François
  • Charquet Daniel
  , 2002 (STP11420S), pp.863-887. The effect of the addition of some ten ppm sulfur to α-zirconium and Zr-l%Nb-0.13%O alloy is investigated. A strong hardening effect is demonstrated. The hardening effect appears at about 100°C and is maximal around 400°C. Based on creep and constant strain-rate tests, and scanning electron microscopy and transmission electron microscopy observations, it is concluded that sulfur modifies the deformation kinetics, with no change in the deformation mechanisms. The sulfur effect is viscous-like. The screening of all the potential controlling mechanisms allows us to postulate a sulfur segregation involving modifications of the dislocation core structure and then of the dislocation mobility. Ab initio simulations are consistent with this hypothesis. (10.1520/STP11420S)
  DOI : 10.1520/STP11420S
• Boundary element based formulations for crack shape sensitivity analysis
  
  • Bonnet Marc
  Engineering Analysis with Boundary Elements, Elsevier, 2001, 25, pp.347-362. The present paper addresses several BIE-based or BIE-oriented formulations for sensitivity analysis of integral functionals with respect to the geometrical shape of a crack. Functionals defined in terms of integrals over the external boundary of a cracked body and involving the solution of a frequency-domain boundary-value elastodynamic problem are considered, but the ideas presented in this paper are applicable, with the appropriate modifications, to other kinds of linear field equations as well. Both direct differentiation and adjoint problem techniques are addressed, with recourse to either collocation or symmetric Galerkin BIE formulations. After a review of some basic concepts about shape sensitivity and material differentiation, the derivative integral equations for the elastodynamic crack problem are discussed in connection with both collocation and symmetric Galerkin BIE formulations. Building upon these results, the direct differentiation and the adjoint solution approaches are then developed. In particular, the adjoint solution approach is presented in three different forms compatible with boundary element method (BEM) analysis of crack problems, based on the discretized collocation BEM equations, the symmetric Galerkin BEM equations and the direct and adjoint stress intensity factors, respectively. The paper closes with a few comments. (10.1016/S0955-7997(01)00025-X)
  DOI : 10.1016/S0955-7997(01)00025-X
• Etude thermodynamique de l'évolution sous chargement dynamique de structures délaminées
  
  • Pradeilles-Duval Rachel Marie
  Comptes rendus de l’Académie des sciences. Série IIb, Mécanique, Elsevier, 2001, 329, pp.535-540. On considère un assemblage de plaques modélisant une structure stratifiée se délaminant. La propagation du délaminage est caractérisée par la transformation d'une plaque en deux autres. On examine dans le cadre du formalisme hamiltonien l'influence d'un chargement dynamique sur une telle structure, d'un point de vue thermodynamique. L'étude du taux de restitution associé à la propagation de la fissure, considérée comme une source de chaleur localisée sur le front de délaminage, est discutée. (10.1016/S1620-7742(01)01364-2)
  DOI : 10.1016/S1620-7742(01)01364-2
• Solid-fluid phase transformation within grain boundaries during compaction by pressure solution
  
  • Ghoussoub Joumana
  • Leroy Yves
  Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Elsevier, 2001, 49 (10), pp.2385-2430. The overall compaction of porous rocks due to intergranular pressure solution (IPS) results from the dissolution of minerals within contact regions and the diffusive transport through the grain boundary of the dissolved species towards the fluid-filled pore space. The grain boundary structure can be imagined to be composed of dry contact zones, thin fluid films and fluid-filled cavities. The connectiveness and tortuosity of this structure determine the effective diffusivity of grain contacts and thus the potential of porous rock to compact by the action of IPS. The evolution in time of the grain-boundary structure, and thus of the effective diffusivity, is discussed here with the help of two 2D initial- and boundary-value problems which are solved by analytical and numerical means. The evolution of the solid–fluid interfaces within the grain boundary is governed by a phase transformation between the non-hydrostatically stressed elastic solid and the trapped fluid assumed in mechanical equilibrium. The characteristic time is provided by a linear kinetic law. The evolution of the structure away from a state of thermodynamic equilibrium during a loading normal to the grain boundary is found to occur in two steps. The first one consists of a diffuse morphology evolution in time and results in an enhancement of any initial stress concentration. The second step is characterized by a rapid and localized dissolution in the region of stress concentration. The latency period prior to localization is governed by the magnitude of the non-hydrostatic remote stress as well as the microstructural geometric factor responsible for the initial stress concentration at the solid–fluid interface. The localized dissolution is shown to provide a mechanism for the fluid to penetrate a previously dry contact region by marginal dissolution and thus to create a fluid film. However, the newly formed thin fluid layer is found to be unstable pointing to a possible repeated reorganization or dynamic evolution of the grain boundary internal structure during the action of IPS. (10.1016/S0022-5096(01)00012-6)
  DOI : 10.1016/S0022-5096(01)00012-6
• Affaissement en surface lors du creusement d'un souterrain
  
  • Bérest Pierre
  • Ghoreychi Mehdi
  • Habib Pierre
  Revue française de Géotechnique, edp sciences, 2001, 92, pp.41-47. L’affaissement à long terme de la surface du sol au-dessus d’un tunnel est comparé à l’affaissement instantané au moment du creusement dans le cadre de l’élasticité linéaire. Les résultats numériques montrent, sur des exemples vraisemblables, que si des déplacements importants sont décelés en surface, il s’agit très probablement de déformations irréversibles. (10.1051/geotech/2000092041)
  DOI : 10.1051/geotech/2000092041
• Dynamique des systèmes de solides rigides avec liaisons unilatérales ou frottement
  
  • Ballard Patrick
  , 2001.
• Storage of tritiated water in salt caverns
  
  • Bérest Pierre
  • Brouard Benoit
  , 2001.
• A new approach for Hardening Rate Measurements in HCP Materials and Applications in Mechanical Modelling
  
  • Philippe Marie-Jeanne
  • Crépin Jérôme
  • Lecomte J.S.
  , 2001.
• sur les mécanismes de la plasticité et de l'endommagement
  
  • Berveiller M.
  • Bretheau T.
  • Fougères R.
  • Gautier E.
  • Maire E.
  , 2001, pp.203-249.
• Some aspects of dynamic testing with wave-guides
  
  • Gary G.
  , 2001.
• Intelligent design of woven composites
  
  • Zarka Joseph
  • Doux Thierry
  , 2001. (10.1016/S0167-6636(02)00259-4)
  DOI : 10.1016/S0167-6636(02)00259-4
• Inductive Logic Programming
  
  • Rouveirol Céline
  • Sebag Michèle
  , 2001, 2157. (10.1007/3-540-44797-0)
  DOI : 10.1007/3-540-44797-0
• Exploiting complete or partial geometrical symmetry in Symmetric Galerkin BEM
  
  • Bonnet Marc
  , 2001, pp.527-534. No abstract provided
• Creep of argillites under small mechanical loading
  
  • Bérest Pierre
  • Charpentier Jean-Pierre
  • Valès Frédéric
  , 2001. Study of rocks under small (typically s = 0.1 MPa) mechanical loading is of great importance both for a better understanding of geological deformation features and for the analysis of rock mass behavior at large distance from underground openings. A very small amount of experimental data is available. Very long-term tests are required, as the creep rates induced by such small mechanical loading are exceedingly small (10 ­13 to 10-12s-1). Accurate displacement measurements and a thorough control of both hygrometry and temperature must be used. We used high resolution displacements sensors, whose resolution is 10-9m, designed for purpose by P.A.Blum from IPG Paris. The creep test system were set in a 20-m deep gallery where hygrometry is close to 100%PHs suburbs ; and in a 200-m deep salt mine where hygrometry is 54+/-2% RH . In both sites daily temperature fluctuations are smaller than a few hundredth of a Celsius degree, allowing for quite constant ambient conditions during several month long tests, the observed displacement-versus-time curves can be corrected from the thermoelastic effects. Creep of salt samples was measured in the 200-m deep mine ; transient creep, steady-state creep and the effcts of stress drop were observed during a 18-month long test. The measured steady-state creep rates (10-12s-1) are much faster than the values extrapolated from standard tests performed under larger mechanical loading. Argillite creep was measured in the 20-m deep gallery. High hygrometry conditions result in relatively fast clay swelling. In this context, argillite creep rate, which is slower than swelling rate by one order of magnitude, is difficult to identify
• X-ray computed tomography of sugar crystals flow in silo
  
  • Luong M. P.
  , 2001, pp.403-407. No abstract provided
• Application du contrôle optimal à l'identification d'un chargement thermique
  
  • Delattre Benoît
  • Ivaldi Damien
  • Stolz Claude
  , 2001, 11 (2-4), pp.165-172. La détermination du champ de température sur certaines pièces d'un moteur est obtenue par la résolution d'un problème inverse. Une alternative aux méthodes expérimentales coûteuses utilisées aujourd'hui est la méthode du contrôle optimal qui permet d'estimer le champ de température à partir de quantités mesurées sur pièce. Différents tests préfigurent des possibilités de prédiction et de fiabilité de la méthode. (10.3166/reef.11.393-404)
  DOI : 10.3166/reef.11.393-404
• Étude modale d'une clarinette
  
  • Facchinetti Matteo Luca
  • Constantinescu Andrei
  • Boutillon Xavier
  , 2001. Ce travail est une contribution à la compréhension de la dynamique d’une clarinette en conditions de jeu. On propose une modélisation complète de l’instrument, en éléments finis fluides et solides, dont on analyse les modes propres réels : les résultats sont comparés avec des mesures expérimentales, par interférométrie holographique, en validant ainsi le modèle numérique.
• Infrared observation of the mechanical performance of tennis strings
  
  • Luong M. P.
  , 2001, pp.624-635. No abstract provided
• Wear modelling of contact plan/plan between graphite and titanium alloy
  
  • Serre Ingrid
  • Bonnet Marc
  • Celati N.
  • Duval Rachel-Marie Pradeilles
  , 2001, pp.287-293.