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Ultrasound Vector Flow Imaging, a Promising Technique towards a New Carotid Atheroma Risk Stratification
No full textInternational audienceAtheroma plaques are often found in the anatomical bifurcation area. The carotid bifurcation atheroma plaque is one of the most studied atheroma localizations because its evolution leads to a significant risk of morbidity. Currently, MRI (Magnetic Resonance Imaging) is the gold standard in carotid plaque imaging thanks to its high resolution. However, MRI is limited by its time constraint and cost. On the other hand, US (ultrasound) is limited in sensitivity and specificity to identify the atheroma plaque composition (lipidic or hemorrhagic components). This chapter highlights the advantages of new diagnostic approaches that can be implemented to enhance a conventional ultrasound system. Hereinafter, we analyze the new approach from different points of view: physical concepts, medical advantages, comparison with classical approaches, etc. Ultrasound Vector Flow Imaging (UVFI) appears to be a promising technic, but the indications in current practice have to be defined. Data that were previously hard to obtain in vivo can now be available to any sonographer in near real-time. The velocity vectors can be precisely calculated as well as the wall constraints. Atheroma plaque composition could thus be defined more precisely and provide a new risk stratification scale. The main disadvantage of ultrasound can also be greatly diminished by the precision provided by this technique. Indeed, the interobserver variability can be smoothed by a precise definition of the measured vector. Consequently, more rigorous monitoring can be achieved on the patient and provide as well as an additional argument to support doctors and surgeons’ decision in their therapeutic strategy
Laser-induced shockwaves for damage assessment and characterization at high strain rates in the fiber direction of unidirectional composites
No full textInternational audienceComposite materials are of paramount interest in the aerospace industry. To evaluate their survivability when subjected to high-strain rate loading, laser-generated shockwaves are employed. Back-face velocities are analyzed for the characterization of shockwave propagation in the fiber direction of unidirectional carbon-fiber composites, and back-face microscopic inspection is used for damage observation. Challenges such as reflective surface requirements and limited sample thickness were addressed by gold-coating the back face and using thin bonded composite stripes. Experimental investigations revealed a linear relationship between back-face velocity and density of power and provided in-plane characteristics at high-strain rate regimes: microscopic inspections unveiled flexural cracks and microcracks in the matrix; speed of sound evaluation provided comparable values to ultrasonic measurements on similar composites
Enveloppes extérieures de fonction non linéaire par ellipsoïdes dégénérés
No full textInternational audienceThe propagation of ellipsoids is a tool that can be used to study the stability and the convergence of non-linear systems with time. Recent works have presented a method to enclose the propagation of ellipsoids via nonlinear functions. While this method is effective in high dimensions, it requires the Jacobian matrix of the function to be invertible. In this paper, we propose to generalize this method to include non-invertible Jacobians, using degenerate ellipsoids. The generalized method is then applied to a nonlinear and/or synchronous hybrid system.La propagation des ellipsoïdes est un outil qui peut être utilisé pour étudier la stabilité et la convergence des systèmes non-linéaires au cours du temps. Des travaux récents ont présenté une méthode permettant d'encadrer la propagation des ellipsoïdes par des fonctions non-linéaires. Bien que cette méthode soit efficace en haute dimension, elle nécessite que la matrice jacobienne de la fonction soit inversible. Dans cet article, nous proposons de généraliser cette méthode pour inclure des jacobiens non-inversibles, en utilisant des ellipsoïdes dégénérés. La méthode généralisée est ensuite appliquée à un système hybride non-linéaire et/ou synchrone
Construction de conditions transparentes pour les guides d'ondes électromagnétiques
No full textInternational audienceWe are interested in the numerical resolution of diffraction problems in closed electromagnetic waveguides by means of finite elements methods. To proceed, we need to truncate the domain and design adapted transparent conditions on the artificial boundary to avoid spurious reflections.When the guide is homogeneous in the transverse section, this can be done by writing an Electric-to-Magnetic condition based on a modal decomposition of the field. The latter takes a rather simple form thanks to the orthogonality of transverse modes.For guides that are heterogeneous in the transverse section, the transverse modes are no longer orthogonal but satisfy bi-orthogonality relations linked to the Poynting energy flux. Modal decompositions are more delicate to derive and it may happen that certain modes have phase and group velocities of different sign, which prevents the use of Perfectly Matched Layers.Adapting techniques already developed in elasticity, we derive a new transparent condition based on a Poynting-to-Magnetic operator with overlap.To illustrate the method, we present numerical results obtained with Nédélec finite elements using the XLiFE++ library.Nous nous intéressons à la résolution numérique des problèmes de diffraction dans les guides d'ondes électromagnétiques fermés par des méthodes d'éléments finis. Pour ce faire, nous devons tronquer le domaine et concevoir des conditions de transparence adaptées sur la frontière artificielle afin d'éviter les réflexions parasites.Lorsque le guide est homogène en section transversale, cela peut être réalisé en écrivant une condition électrique-magnétique basée sur une décomposition modale du champ. Cette dernière prend une forme relativement simple grâce à l'orthogonalité des modes transversaux.Pour les guides hétérogènes en section transversale, les modes transversaux ne sont plus orthogonaux mais satisfont à des relations de bi-orthogonalité liées au flux d'énergie de Poynting. Les décompositions modales sont plus délicates à dériver et il peut arriver que certains modes aient des vitesses de phase et de groupe de signes différents, ce qui empêche l'utilisation de couches parfaitement appariées.En adaptant des techniques déjà développées en élasticité, nous dérivons une nouvelle condition de transparence basée sur un opérateur de Poynting-magnétique avec recouvrement.Pour illustrer la méthode, nous présentons des résultats numériques obtenus avec des éléments finis Nédélec en utilisant la bibliothèque XLiFE++
Coupling system engineering and decision aid by encompassing potential of integration with the means of multi-criteria aggregation
No full textInternational audienceTheoretical foundations for systems engineering include research opportunities to create bridges between systems engineering and applied mathematics. While System Engineering deals with interactions between systems prospective performance evaluation and decisions, decision aid tools and methods are rather absent from the toolsets offered to engineers to pass or fail to a next step in design. Decisions are sequenced by humans, following prescribed methodologies. Theoretical decision principles in applied mathematics show that global product of a set of local decisions taken independently from one another will be suboptimal in terms of quality, resource and time <Q,R,T>. This position paper presents the available toolsets in mathematical models to create decision aid in architectures from multi-objective perspectives, and suggestions on how to connect both disciplines.</div
Modèle réduit de contact appliqué à l'intégration temporelle explicite d'un composant de réacteur nucléaire soumis à de large rotations et à des impacts frictionnels
No full textThis work addresses the need for precise dynamic simulations to predict the non-linear vibrations of the thermal sleeve in a reactor tank. Accurate prediction of wear requires simulations that provide highly localized impact data. While the modeling of flexible bodies undergoing rigid body motions is well-established, incorporating frictional impacts remains challenging. Traditional methods using impulse-based techniques do not meet the precision requirements, leading to the adoption of explicit time integration schemes with small time steps and the penalty method for shock treatment.The conducted work involved a detailed examination of time integration for Lagrange’s equation, beginning with large rotations and rigid body dynamics using Newmark-derived integrators. These were tested through Hamiltonian case studies. The simultaneous integration of elastic vibrations and large rotations is then studied using two different formalisms, both based on modal decomposition. The first approach, Linear Theory of Elastodynamics (LTE), treats elastic and rigid body motions independently, with coupling occurring only during shocks. The second formalism includes time-dependent coupling between reference motion and elastic vibrations, modeled using the original CDIN algorithm. A qualitative comparison of the two approaches shows the LTE to be significantly more efficient, and the corresponding energy drift acceptable for the thermal sleeve’s geometry.The next phase focuses on modeling the conical contact between the thermal sleeve and the adapter using the penalty method.A parametric study based on static finite element computations produced an analytical formulation for the contact forces. The final part of the investigation involved simulating the in-service behavior of the thermal sleeve, recalibrating the model to match experimental data and computing wear energy on the contact surfaces.Ce travail répond au besoin de simulations dynamiques précises pour prédire les vibrations non linéaires de la manchette thermique dans une cuve de réacteur. La prédiction précise de l'usure nécessite des simulations qui fournissent des données d'impact très localisées. Alors que la modélisation de corps flexibles soumis à des mouvements de corps flexibles soumis à des mouvements de corps rigides est bien établie, l'incorporation des impacts frictionnelles reste un défi.Les méthodes traditionnelles utilisant des techniques basées sur les impulsions ne fournissent pas de données suffisamment localisées sur les efforts de contact dans le cas de large tâches de contact. Ce travail a donc recours à des méthodes d'intégration temporelle explicite avec de petits pas de temps combinés à la méthode de pénalité pour le traitement des chocs.Le travail effectué a consisté en un examen détaillé de l'intégration temporelle pour l'équation d'Euler-Newton généralisée, en commençant par les grandes rotations et la dynamique des corps rigides en utilisant des intégrateurs dérivés de la famille de Newmark. Ces derniers ont été testés à l'aide d'études de cas hamiltoniens. L'intégration simultanée des vibrations élastiques et de grandes rotations est ensuite étudiée à l'aide de deux formalismes différents, tous deux basés sur la décomposition sur base modale.La première approche, la théorie linéaire de l'élastodynamique (LTE), traite les vibrations élastiques et les mouvements de corps rigides de manière indépendante, le couplage ne se produisant que pendant les chocs. Le second formalisme inclut un couplage dépendant du temps entre le mouvement de référence et les vibrations élastiques, modélisé à l'aide du nouvel algorithme CDIN. Une comparaison qualitative des deux approches montre que le LTE est nettement plus rapide. De plus, la dérive énergétique occasionnée par le découplage est jugée acceptable pour des poutres peu élancées comme la manchette thermique.La phase suivante se concentre sur la modélisation du contact conique entre la manchette thermique et l'adaptateur à l'aide de la méthode de pénalité.Une étude paramétrique basée sur des calculs statiques par éléments finis a permis de formuler analytiquement les forces de contact.La dernière partie de l'étude a consisté à simuler le comportement en service de la manchette thermique, à recalibrer le modèle pour qu'il corresponde aux données expérimentales et à calculer l'énergie d'usure sur les surfaces en contact
Analyse comparative des modèles champs de phase pour la simulation de la propagation de fissure en milieux anisotropes
No full textInternational audienceL'étude de la fissuration dans les milieux anisotropes est de plus en plus importante en mécanique des structures.Notamment, les procédés de fabrication additive, appréciés pour leur capacité de réparabilité, sont en plein essor.Afin de garantir que leur emploi est sécurisé, il est nécessaire de comprendre et de modéliser leur dégradation mécanique.Cependant, la modélisation de la fissuration dans ces matériaux reste partielle.Bien que certains modèles puissent représenter qualitativement la fissuration, peu d'études quantitatives sont disponibles à ce jour.Cette étude propose une analyse comparative de différents modèles de simulation par champs de phase pour la propagation des fissures en milieux anisotropes.L'objectif est de développer des simulations prédictives précises et efficaces pour ces phénomènes.Une première analyse qualitative des modèles existants est réalisée pour identifier leurs similarités et différences, en termes de modélisation mécanique et d'implémentation numérique.Ensuite, différents modèles sont calibrés sur des données expérimentales existantes obtenues sur des éprouvettes fabriquées par dépôt de fil fondu.Les prédictions des différents modèles sont alors comparées aux résultats expérimentaux.Les résultats attendus de cette étude incluent une meilleure compréhension des performances relatives des différents modèles de simulation par champs de phase, ainsi que des recommandations pour leur utilisation dans des contextes pratiques. Cette recherche pourrait ainsi contribuer à améliorer la conception et la durabilité des structures produites par fabrication additive
Reduced order modelling of fully coupled electro-mechanical systems through invariant manifolds with applications to microstructures
No full textInternational audienceThis article presents the first application of the direct parametrisation method for invariant manifolds to a fully coupled multiphysics problem involving the nonlinear vibrations of deformable structures subjected to an electrostatic field. The formulation proposed is intended for model order reduction of electrostatically actuated resonating Micro‐Electro‐Mechanical Systems (MEMS). The continuous problem is first rewritten in a manner that can be directly handled by the parametrisation method, which relies upon automated asymptotic expansions. A new mixed fully Lagrangian formulation is thus proposed, which contains only explicit polynomial nonlinearities, which is then discretised in the framework of finite element procedures. Validation is performed on the classical parallel plate configuration, where different formulations using either the general framework or an approximation of the electrostatic field due to the geometric configuration selected are compared. Reduced‐order models along these formulations are also compared to full‐order simulations operated with a time integration approach. Numerical results show a remarkable performance both in terms of accuracy and the wealth of nonlinear effects that can be accounted for. In particular, the transition from hardening to softening behaviour of the primary resonance while increasing the constant voltage component of the electric actuation is recovered. Secondary resonances leading to superharmonic and parametric resonances are also investigated with the reduced‐order model
Damage assessment through cyclic load-unload tensile tests for ply-level hybrid carbon fiber composites
No full textInternational audienceComposite materials are of increasing interest in aircraft and spacecraft structures, and carbon fiber reinforced polymers (CFRP) have emerged as materials meeting quality standards for structural applications in the aircraft industry. Despite their high mechanical properties, CFRPs are associated with high production costs. Building on recent research by the authors, this paper investigates the use of ply-level hybridization to reduce manufacturing costs while maintaining the mechanical performance of the manufactured material. Focusing on the causes of nonlinear response under off-axis tensile loading, the paper involves cyclic load-unload (LU) tensile tests conducted at off-axis angles of 15°, 30°, and 45° to predict mechanical characteristics and damage evolution. Residual strains are directly extracted from load-unload stress-strain re-sponses. Three distinct methods for estimating cycle modulus are employed and compared for damage variable formulation. The research findings reveal dependencies of both the damage variable and residual strains on the off-axis angle. Furthermore, the method used to assess the modulus during cycling loading significantly influences the damage variable estimation. En-couragingly, the hybrid laminates exhibit reduced internal damage and matrix plasticity compared to reference counterparts, indicating a positive effect on the mechanical performances of hybridized CFRPs in addition to the cost reduction