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Effet des fortes contraintes hydrostatiques sur la tenue en fatigue des matériaux métalliques
No full textThis work treats the effect of high hydrostatic stress on the high cycle fatigue resistance of metallic materials. The aim is to understand the effect of the mean stress (and more specifically very high mean stresses or load ratios), as well as the effect of a biaxial stress state (where biaxial implies two normal stresses). A vast experimental campaign was undertaken in which high cycle fatigue tests were performed on two materials, a cast aluminum alloy AlSi7Cu05Mg03 and a wrought aluminum 2024-O. The effect of the mean stress and the biaxiality on the fatigue behavior is investigated. Fatigue damage mechanisms are particularly studied. A literature review of different criteria found in the scientific literature is undertaken, with the aim of evaluating the capability of these different models to predict the effect of the mean stress and the biaxiality. A fatigue criterion for predicting the specific behavior of the cast aluminum alloy is proposed. Based on a probabilistic approach, this criterion takes into account the competition between the different damage mechanisms observed. It appears to efficiently predict the fatigue behavior for the two loading types studied. Observations conducted on different metal alloys, show that for very high load ratios, material damage created in the first ¼ cycle can modify the conditions under which fatigue cracks initiate. Consequently, a second fatigue criterion based on coupled plasticity and damage at the mesoscopic scale is put forward. It is shown that this approach is capable of reproducing the major experimental trends and in particular those relative to biaxial loading conditions.Ces travaux de thèse traitent des effets des fortes contraintes hydrostatiques sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles des matériaux métalliques. Il s'agit d'étudier, d'une part, l'effet de la contrainte moyenne (et plus particulièrement des fortes contraintes moyennes ou forts rapports de charge) et, d'autre part, l'effet de la biaxialité. Dans une première partie, une campagne d'essais importante est réalisée sur deux matériaux, un alliage d'aluminium de fonderie AlSi7Cu05Mg03 et un alliage d'aluminium corroyé 2024-O. L'effet de la contrainte moyenne et de la biaxialité (dans le cas de chargement de traction biaxiale) sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) des matériaux est caractérisé. Une attention particulière est portée à la description et à l'analyse des mécanismes d'endommagement. Une étude des modélisations existantes dans la littérature est réalisée visant à donner un aperçu sur leurs capacités à prendre en compte les effets des fortes contraintes hydrostatiques. Une modélisation adéquate est ensuite proposée pour le cas particulier de l'alliage d'aluminium de fonderie étudié. Basé sur une approche probabiliste, elle permet de refléter la compétition entre les différents mécanismes d'endommagement locaux observés et de rendre compte efficacement des effets de moyenne et de biaxialité. Les observations conduites sur différents alliages métalliques ont également montré, pour les plus forts rapports de charge, qu'un endommagement généré lors du premier quart de cycle pouvait modifier les conditions d'apparition d'une fissure. Un critère de fatigue basé sur un couplage plasticité-endommagement à l'échelle mésoscopique est alors mis en place. Il rend compte des principales tendances expérimentales notamment celles relatives au chargement de traction biaxiale
Comportement en fatigue des matériaux de pièces en fabrication additive optimisé topologiquement
No full textCe travail de thèse présente un cadre d'optimisation topologique basé sur la méthode des éléments naturels contrainte (CNEM), visant à résoudre différents problèmes d'optimisation topologique, tels que le problème de minimisation de la compliance sous contrainte de volume, le problème de minimisation de la masse sous contrainte mécanique, et sous contrainte de chargement cyclique à grand nombre de cycles. Afin de résoudre les problèmes de minimisation locale, les critères d'optimalité (OC), la méthode des asymptotes mobiles (MMA) et la méthode basée sur la formule de Lagrange augmentée (AL) sont adoptés respectivement. Le filtre de densité conventionnel et le filtre basé sur les voisins sont utilisés pour supprimer les instabilités numériques, et il a été démontré que ce dernier avait de meilleures performances dans le cas de schémas de discrétisation très irréguliers. Comparée à la procédure d'optimisation topologique basée sur la méthode des éléments finis (FEM), la méthode proposée présente l'avantage d'être plus flexible et plus pratique dans la discrétisation de domaines de conception complexes et de maintenir une sortie stable dans diverses conditions de discrétisation. Outre l'utilisation de la CNEM dans l'optimisation topologique pour résoudre les équations différentielles partielles (PDEs), une autre contribution de cette étude est l'incorporation de critères de fatigue à grand nombre de cycle dans la méthode d'optimisation topologique afin d'obtenir une structure optimisée topologiquement et répondant à des critères de durabilité. Cette étude se concentre sur deux types de critères de fatigue basés sur les contraintes. Parmi cette famille de critères de fatigue, deux sous-familles seront étudiés, les critères basés sur les invariants de contrainte, tels que les critères de Sines et Crossland, et les critères basés sur le plan critique, tel que les critères de Matake, Findley et Dang van. Ce couplage optimisation topologique et critères de fatigue sera testé sur des charges proportionnelles et non proportionnelles, respectivement. En recoupant les résultats de l'optimisation topologique produits sous différentes contraintes de critères de fatigue, des analyses seront formulés sur les résultats obtenus.This research presents a topology optimization framework based on the constrained natural element method (CNEM) aiming to solve different topology optimization problems, such as the compliance minimization problem under volume constraint, the volume minimization problem under stress constraints, and the volume minimization problem under high cycle fatigue (HCF) criteria constraints. In order to solve the local minimization problems, the optimality criteria (OC), the method of moving asymptotes (MMA) and the method based on the augmented Lagrangian formula (AL) are adopted respectively. The conventional density filter and neighbor-based filter are used to suppress the numerical instabilities, and the latter has been shown to have better performance under highly irregular discretization schemes. Compared with the topology optimization procedure based on the finite element method (FEM), the proposed method has the advantage of showing greater flexibility and convenience in discretization of complex design domains and the ability to maintain stable output under various discretization conditions. In addition to the use of CNEM in topology optimization to solve partial differential equations (PDEs), another contribution of this study is the incorporation of the HCF criteria into the constraint equations. This study focuses on two types of stress-based HCF fatigue criteria: the first is based on stress invariants, including Sines and Crossland criteria, and the second is based on the critical plane, such as Matake, Findley, and Dang van criteria. Special attention is paid to the optimization results based on different fatigue criteria under proportional and non-proportional loading, respectively. Through cross-checking the topology optimization results produced under different fatigue criteria constraints, it is given which criteria lead to more conservative predictions
Accelerated characterization of the fatigue properties of additively manufactured parts using self-heating testing and ultrasonic fatigue machines.
No full textLe développement rapide des procédés de fabrication additive métallique est motivé par leurs avantages en terme de liberté de conception, de fabrication sans outil et de réalisation de composants en petite série. Les procédés de fabrication additive les plus matures, comme la fusion laser sur lit de poudre (Laser Powder Bed Fusion, LPBF), sont désormais utilisés pour la réalisation de pièces de structure. Ces pièces subissent, entre autres, des chargements cycliques de fatigue. Or, les propriétés en fatigue à grand nombre de cycle des matériaux obtenus par fabrication additive restent mal comprises. Ces propriétés sont complexes notamment à cause de la porosité résiduelle des pièces fabriquées. D’autre part, de nombreux paramètres procédé peuvent influencer la microstructure et la porosité des pièces obtenues et par conséquent leur résistance en fatigue. Dans ce contexte, une détermination rapide de ces propriétés est nécessaire afin de pouvoir optimiser les paramètres du procédé par rapport aux propriétés en fatigue. Dans ces travaux, deux méthodes sont utilisées pour réaliser une caractérisation rapide des propriétés en fatigue de l’alliage Ti-6Al-4V produit par le procédé LPBF. La première utilise des machines de fatigue ultrasonique qui permettent de réaliser un essai de fatigue à une fréquence élevée de 20 kHz. La seconde permet une détermination rapide de limite de fatigue du matériau en étudiant son autoéchauffement sous chargement cyclique. Bien que prometteuses, ces méthodes ne sont pas encore utilisées pour le dimensionnement de pièces de structure dans un cadre normé. Dans ces travaux, les essais de caractérisation rapide ainsi que des essais conventionnels de fatigue sont réalisés sur des nuances matériaux ayant différentes microstructures ou différents niveaux de porosité. Ceci permet d’évaluer la sensibilité de la résistance en fatigue aux variations de porosité ou de microstructure et permet de vérifier que les différentes méthode d’essais capture cette sensibilité.The rapid development of metal additive manufacturing processes is driven by their advantages in terms of freedom of design, tool-free manufacturing and the possibility to produce small-series of component. The most mature additive manufacturing processes, such as Laser Powder Bed Fusion (LPBF), are now used to produce structural parts. These parts are subjected to different loadings including fatigue loading. However, the high-cycle fatigue properties of additively manufactured materials remain misunderstood. These properties are complex in particular due to the process-induced porosity of printed parts. In addition, numerous process parameters can influence the microstructure and the porosity of the resulting parts, and consequently their fatigue resistance. In this context, a rapid determination of these properties is necessary in order to optimize process parameters in regards to fatigue properties. In this work, two methods are used to rapidly characterize the fatigue properties of Ti-6Al-4V alloy printed with LPBF process. The first one uses ultrasonic fatigue machines to perform high frequency fatigue tests at 20 kHz. The second enables a rapid determination of the fatigue limit of the material by studying its self-heating behavior under cyclic loading. Although promising, these methods are not yet used for dimensioning structural parts within a standardized framework. In this work, rapid characterization tests as well as conventional fatigue tests are carried out on material grades with different microstructures or porosity levels. The goal is to assess the sensitivity of fatigue strength to porosity or microstructure variations, and to verify that the different testing approaches can capture this sensitivity
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Effet des fortes contraintes hydrostatiques sur la tenue en fatigue des matériaux métalliques
No full textCes travaux de thèse traitent des effets des fortes contraintes hydrostatiques sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles des matériaux métalliques. Il s'agit d'étudier, d'une part, l'effet de la contrainte moyenne (et plus particulièrement des fortes contraintes moyennes ou forts rapports de charge) et, d'autre part, l'effet de la biaxialité. Dans une première partie, une campagne d'essais importante est réalisée sur deux matériaux, un alliage d'aluminium de fonderie AlSi7Cu05Mg03 et un alliage d'aluminium corroyé 2024-O. L'effet de la contrainte moyenne et de la biaxialité (dans le cas de chargement de traction biaxiale) sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) des matériaux est caractérisé. Une attention particulière est portée à la description et à l'analyse des mécanismes d'endommagement. Une étude des modélisations existantes dans la littérature est réalisée visant à donner un aperçu sur leurs capacités à prendre en compte les effets des fortes contraintes hydrostatiques. Une modélisation adéquate est ensuite proposée pour le cas particulier de l'alliage d'aluminium de fonderie étudié. Basé sur une approche probabiliste, elle permet de refléter la compétition entre les différents mécanismes d'endommagement locaux observés et de rendre compte efficacement des effets de moyenne et de biaxialité. Les observations conduites sur différents alliages métalliques ont également montré, pour les plus forts rapports de charge, qu'un endommagement généré lors du premier quart de cycle pouvait modifier les conditions d'apparition d'une fissure. Un critère de fatigue basé sur un couplage plasticité-endommagement à l'échelle mésoscopique est alors mis en place. Il rend compte des principales tendances expérimentales notamment celles relatives au chargement de traction biaxiale.This work treats the effect of high hydrostatic stress on the high cycle fatigue resistance of metallic materials. The aim is to understand the effect of the mean stress (and more specifically very high mean stresses or load ratios), as well as the effect of a biaxial stress state (where biaxial implies two normal stresses). A vast experimental campaign was undertaken in which high cycle fatigue tests were performed on two materials, a cast aluminum alloy AlSi7Cu05Mg03 and a wrought aluminum 2024-O. The effect of the mean stress and the biaxiality on the fatigue behavior is investigated. Fatigue damage mechanisms are particularly studied. A literature review of different criteria found in the scientific literature is undertaken, with the aim of evaluating the capability of these different models to predict the effect of the mean stress and the biaxiality. A fatigue criterion for predicting the specific behavior of the cast aluminum alloy is proposed. Based on a probabilistic approach, this criterion takes into account the competition between the different damage mechanisms observed. It appears to efficiently predict the fatigue behavior for the two loading types studied. Observations conducted on different metal alloys, show that for very high load ratios, material damage created in the first cycle can modify the conditions under which fatigue cracks initiate. Consequently, a second fatigue criterion based on coupled plasticity and damage at the mesoscopic scale is put forward. It is shown that this approach is capable of reproducing the major experimental trends and in particular those relative to biaxial loading conditions.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
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