This paper investigates the flow boiling heat transfer in microchannels with the aim of developing compact cooling systems which can be adapted to miniaturized power components. Nano- and micro-surface treatments were used as innovative techniques to improve the heat transfer performance as well as to delay the intermittent dryout. It was observed that the micro-structured surfaces show significant enhancements (up to 85%) in heat transfer compared to the smooth surfaces. Especially, using the highly-wetted structured surface, the intermittent dryout is improved.

Heat release rate fluctuations are the source of combustion instabilities that cause recurrent problems in many combustors. These quantities are difficult to measure and optical techniques are generally implemented. The initial validation of an alternative method is presented in the case of pulsated laminar premixed flames. The technique relies on determining the travel time of ultrasonic waves propagating through the flow. The link between heat release rate fluctuations and perturbations in the travel time of ultrasonic waves is established. Measurements made with this method are compared with optical measurements and an analytical model. A good agreement is obtained for the gain and phase of the transfer function between perturbations in the sound travel time and heat release rate disturbances when the flame is submitted to harmonic modulations of the flow. This work validates the principle of the proposed technique and lays the foundations for future developments.

Nous étudions expérimentalement et numériquement la dynamique de bulles d’air isolées traversant l’interface initialement plane entre deux liquides newtoniens. Les liquides utilisés dans les expériences nous permettent d’obtenir des rapports de viscosité qui peuvent varier de deux ordres de grandeur entre les deux couches et dans une moindre mesure, de faire varier le contraste de densité et la tension interfaciale rencontrés par la bulle lors de la traversée de l’interface. Deux dispositifs d’injection différents sont utilisés afin d’obtenir des bulles dont les diamètres s’échelonnent typiquement entre 1 mm et 2 cm et dont les plus grosses adoptent une forme torique. Nous réalisons en parallèle des simulations numériques axisymétriques à l’aide de deux approches distinctes basées pour l’une sur un modèle de capture d’interface (de type VOF mais sans reconstruction d’interface), pour l’autre sur un modèle de Cahn-Hilliard couplé aux équations de Navier-Stokes.

L’alimentation en air de l’habitacle d’une automobile se fait par l’intermédiaire de la boîte à eau (BAO), réceptacle également destinaé recevoir l’eau de pluie ruisselant du pare-brise. Une meilleure connaissance des écoulements d’air et d’eau et des instabilités générées à l’intérieur de cette BAO est nécessaire pour assurer à la fois une bonne évacuation de l’eau vers l’extérieur et une alimentation en air sec, dépourvue de gouttelettes, vers l’intérieur. Les résultats tirés de cette approche expérimentale doivent permettre de faire évoluer les modèles numériques utilisés dans l’entreprise.

La répartition hétérogène du plutonium dans le combustible nucléaire MOX implique que la modélisation de son comportement, durant l’irradiation en réacteur à eau pressurisée, passe par la construction de lois macroscopiques faisant intervenir les effets microstructuraux. Pour homogénéiser ce problème local, nous avons choisi une méthode d’analyse par champs de transformation non uniformes, abrégé anglais NTFA (J.-C. Michel, P. Suquet, Int. J. Solids Struct. 40 (2003) 6937–6955). Nous présentons donc ici, les travaux menés sur ce modèle pour l’adapter au comportement du MOX en service, ainsi qu’une comparaison des résultats globaux et locaux de ce modèle à des calculs de référence.

On développe dans ces travaux un outil numérique permettant de simuler le procédé «Friction Stir Spot Welding». Le modèle est basé sur un couplage fluide/solide permettant de décrire l’état de la matière dans toute la structure. Ce modèle s’appuie sur l’élément-fini P1+/P1, développé dans le cas d’un couplage thermomécanique fort, à la fois en mécanique des fluides et en mécanique des solides. Le couplage est associé avec une approche euléro-lagrangienne et intégré au sein d’une nouvelle option du code SYSWELD®. On présente ici une première simulation du procédé Friction Stir Spot Welding.

Dans le cadre de la prévision par une approche multiéchelles de l’évolution de la courbe de transition ductile/fragile des aciers de cuves des centrales nucléaires en fonction de l’irradiation, on commence par tenter de reproduire le comportement mécanique à basse température de ces matériaux à l’échelle de l’agrégat. Partant d’une analyse des résultats numériques obtenus par dynamique des dislocations discrètes dans ce régime de température, une nouvelle loi de comportement en plasticité cristalline est donc proposée avec un minimum de paramètres ajustables sur résultats macroscopiques.

Notre approche vise à tester les modèles classiques de piègage de fissure pour des motifs de ténacité contrôlée et des géométries d’éprouvette réalistes, c’est-à-dire de tailles finies. Nous modélisons notamment l’effet de l’épaisseur du matériau. Les prédictions du modèle théorique développé dans [L. Legrand, S. Patinet, J.-B. Leblond, J. Frelat, V. Lazarus, D. Vandembroucq, Coplanar perturbation of a crack lying on the mid-plane of a plate, Int. J. Frac.] sont validées par des calculs de type éléments-finis. Ces derniers convergent en fonction de la fréquence de perturbation du front de fissure vers deux régimes asymptotiques : milieu semi-infini et plaque mince. Dans le cas d’une fissure interagissant avec un défaut unique, nous confrontons nos calculs à une configuration expérimentale de fissuration. Nous montrons une remarquable amélioration des prédictions des modèles de ligne élastique par la prise en compte de l’épaisseur de l’éprouvette.

Dans les matériaux fragiles, la mécanique linéaire élastique de la rupture (MLER) prédit une énergie de fracture constante et une vitesse de fissuration limitée par la vitesse de Rayleigh (CR). Or un grand nombre d’expériences contredisent ces prédictions. Pour comprendre ce désaccord, nous avons développé un dispositif de rupture dynamique dans un matériau fragile modèle – le PMMA. Nous montrons l’existence d’une divergence de l’énergie de fracture à 0,2 CR due à une transition fragile/quasi-fragile. Nous suggérons qu’un modèle géométrique pourra aider à mieux comprendre la dynamique de propagation et d’endommagement.

Une analyse du comportement en fatigue multiaxiale à grand nombre de cycles est conduite à travers la simulation numérique d’agrégats polycristallins. Le matériau métallique choisi est un cuivre de microstructure CFC. Le VER, constitué d’un ensemble de 300 grains d’orientation aléatoire équiprobable et de géométrie équiaxe, est sollicité au niveau de la limite de fatigue définie pour un nombre de cycles de 107 cycles, le but étant de calculer les quantités mécaniques relatives à l’échelle mésoscopique (moyenne à l’échelle du grain) après stabilisation du comportement cyclique local. Les résultats de la simulation montrent la grande dispersion des variables mécaniques à cette échelle mésoscopique. Une analyse statistique de la réponse de l’agrégat est proposée pour différents chargements purement alternés : traction, torsion, traction-torsion combinées en-phase. Grâce à la connaissance des quantités mécaniques locales pour un nombre suffisamment grand de microstructures différentes, une analyse critique de certains critères d’endurance multiaxiaux (Crossland et Dang Van) est conduite.

As 3D scanners and numerical simulation are now mature, we have made a benchmark by comparing simulation results with real forged parts. We did consider the complete forging process of a cylindrical part using hammer from the billet to the final part. This process has been simulated using a thermo-elasto-viscoplastic constitutive equation including the ductile damage with the implemented with the help of VUMAT subroutine provided by ABAQUS software. Before and after each step, the forged part is scanned and compared with the result of the FEM simulation in order to tune some of the process numerical simulation parameters.

The process of ultrasonic shot peening has been studied from two aspects: (a) a 3D numerical model of shot motion in the peening chamber based on the theory of granular gases, (b) an experimental setup developed for measuring shot velocity distribution in the chamber and impact locations on the peened surface. The aim of such study is to propose an experimental method providing shot trajectories in order to validate the 3D model for the process parameter optimization, used for example in the aeronautic industry. The presented results illustrate the value of the model in the understanding and mastering of the process, as well as its usefulness, on one hand for the design of peening chambers, and on the other hand for a better definition of numerical models that help to predict residual stresses generated in the peened material.

Nous étudions expérimentalement la dynamique de mousses élastiques (mousse ouverte flexible en polyuréthane) plongées dans un fluide visqueux. La mousse est initialement comprimée dans une direction puis brutalement relâchée. Le champ de vitesse de la mousse et la pression du fluide interstitiel (pression de pore) sont mesurés au cours de la décompaction du système. Pour des petites compactions initiales, on observe que la mousse relaxe exponentiellement vers son état d’équilibre, avec une dynamique diffusive en accord quantitatif avec les théories classiques de consolidation des sols. En revanche, pour des grandes compactions initiales, la dynamique de relaxation est inhomogène et se déroule à travers un front de décompaction. Un modèle diphasique simple permet de prédire semi-quantitativement les observations et relie l’existence du front au caractère fortement non-linéaire de la réponse mécanique de la mousse.

Un prototype de robot parallèle actionné pneumatiquement à deux degrés de liberté a été développé afin de rendre accessible aux petites et moyennes entreprises la robotisation de tâches qui nécessiteraient le déplacement de charges de 5 à 20 kg en utilisant des vérins standards moins onéreux que les moteurs électriques. Après une présentation de la structure mécanique du robot ainsi que les modèles de ses actionneurs, la stratégie de commande innovante (commande prédictive généralisée avec boucle interne de force $\mathbb{H}_{\inf}$) est introduite, puis les résultats obtenus expérimentalement sont présentés et analysés.