Synthèse et commande robuste d'une micropince piézoélectrique intégrée.

National audienceWe have developed a new method to make the synthesis of monolithic flexible structures for designing integrated actuators. Our synthesis method is based on the optimal placement of building blocks. These elementary blocks can be made in passive materials or in active piezoelectric ceramics. Thanks to a dynamic representation of the input/output behavior of these mechanisms, some new specifications which can guaranty interesting performances for the identification and control of these systems are taken into account, from the first designing step. These last criteria helped us to draw an original design strategy for their robust control. MOTS-CLÉS : structure flexible, piézoélectricité, optimisation topologique multi-critères, grammiens, commandabilité, observabilité

Les convertisseurs électromécaniques d'énergie : des systèmes mécatroniques

International audienceLes actionneurs ou générateurs électriques modernes sont par essence des systèmes mécatroniques, ils sont en effet des objets fondamentalement mécaniques, ils exploitent des principes électromagnétiques pour la conversion d'énergie, de l'électronique de puissance pour son optimisation, des capteurs et de l'électronique de signal pour le contrôle. Après une synthèse du principe de conversion électromagnétique, deux exemples, issus de travaux de recherche effectués en collaboration entre électrotechniciens et mécaniciens, sont présentés. Ces dispositifs, utilisant des nouvelles structures de machines électriques, mettent en évidence l'imbrication forte de compétences nécessaires dès la conception initiale de l'objet pour en faire un produit performant et bien intégré. Modern electric actuators or generators are inherently mechatronic systems. They are mechanical things that exploit electromagnetic principles for energy conversion, power electronics for conversion optimization, sensors and control electronics. We present a synthesis of electromagnetic energy conversion, then we give two examples leading to of research works of electrical engineering and mechanical staffs. These examples are a flywheel energy storage accumulator and an electrical jack. Both are conceived of new electrical machines. They underscore strong interweaving necessary immediately from design step. This interweaving permits to conceive high performance, integrated and cost effective electromechanical products

Fiabilité et optimisation des structures mécaniques à paramètres incertains (application aux cartes électroniques)

L'objectif principal de cette thèse est l'étude de la fiabilité des cartes électroniques. Ces cartes sont utilisées dans plusieurs domaines, tels que l industrie automobile, l aéronautique, les télécommunications, le secteur médical, ..., etc. Elles assurent toutes les fonctions nécessaires au bon fonctionnement d un système électronique. Les cartes électroniques subissent diverses sollicitations (mécaniques, électriques et thermiques) durant la manipulation et la mise en service. Ces sollicitations sont dues aux chutes, aux vibrations et aux variations de température. Elles peuvent causer la rupture des joints de brasage des composants électroniques. Cette rupture entraine la défaillance du système électronique complet. Les objectifs de ce travail sont: - Développer un modèle numérique pour la simulation du drop-test d une carte électronique ; - Prédire la durée de vie en fatigue des joints de brasure en tenant compte des incertitudes des diverses variables ; - Développer une méthode d optimisation fiabiliste pour déterminer la géométrie optimale qui assure un niveau cible de fiabilité d une carte électronique ; - Application d une nouvelle méthode hybride d optimisation pour déterminer la géométrie optimale d une carte électronique et d un joint de brasure. Cette thèse a donné lieu à deux publications dans une revue indexée, et deux projets de publication et quatre communications dans des manifestations internationales.The main objective of this thesis is to study the electronics cards reliability. These cards are used in many fields, such as automotive, aerospace, telecommunications, medical. They provide all necessary electronic functions for well functioning of an electronic system. Electronic cards are undergoing various extreme stresses (mechanical, electrical, and thermal) when handling and commissioning. These stresses are due to drops, vibration and temperature variations. They may cause solder joints failures of electronic components. This may causes the failure of the entire electronic system. The objectives of this work are: To develop a numerical model to simulate the drop test of an electronic card; To predict the fatigue life of solder joints in uncertain environment of the variables; To develop a reliability-optimization method to determine the optimal geometry providing a targeted reliability level of an electronic card; To apply a new hybrid optimization method in order to determine the optimal geometry both of an electronic card and a solder joint.ROUEN-INSA Madrillet (765752301) / SudocSudocFranceF

Optimisation multicritère de composants mécaniques à l’aide d’une approche par satisfaction de contraintes

Nous proposons d’examiner les apports des techniques de programmation par contrainte en conception et notamment en optimisation de composants mécaniques. Nous présentons le cadre théorique de modélisation d’un problème de satisfaction de contraintes, les principes de résolution et de recherche d’optimum ainsi que leur utilisation potentielle en ingénierie de produit. Un exemple concret d’application au dimensionnement optimal d’une transmission de puissance par adhérence est finalement traité

Modélisation de systèmes complexes - Applications aux systèmes mécatroniques

The modeling of complex systems is a large and difficult research field. Of all the fields of applications, particularly in mechatronics, the development of relevant models requires experience, interdisciplinary collaboration and a strong experimental activity. Mechatronics is a multidisciplinary research field of engineering sciences which combines, but not-exclusively, the fields of mechanics, electronics, computers, automation, and thermodynamics. During the last few years, the research activity in mechatronics has been very active since many physical couplings and numerous interfaces interact between the different components of a system. The main idea is to improve the understanding of the observed phenomena, master the design of their corresponding systems and, ultimately, optimize their operation. Furthermore, it is imperative to always think critically of the obtained results; and develop the experimental approaches for the validation and verification processes in order to test the relevance of the theoretical results.Among the challenges in modeling complex systems, we can highlight on one hand the design and implementation of test devices dedicated to the studied systems, and on the other, the most appropriate model developed to meet the requirements as well as the positioning of the research strategy between the academic research and industrial constraints.My work takes place in this context. It covers three fields of application for which the knowledge of the observed phenomena still requires significant investigations: on-board electric power generation systems; composite and piezocomposite structures; and vibration stabilisation and isolation. The issues associated with each topic, tools and methodologies developed are presented. For each application, the main results are presented and assessed.La modélisation de systèmes complexes est une thématique vaste et un exercice difficile. Quelque soit le domaine applicatif, et c'est notamment le cas dans le domaine de la mécatronique, le développement de modèles pertinents nécessite de l'expérience, de la collaboration interdisciplinaire et une forte activité expérimentale. La mécatronique est un champ de recherche multidisciplinaire des sciences pour l'ingénieur dans lequel se combinent, de manière non-exclusive, la mécanique, l'électronique, l'informatique, l'automatique, la thermodynamique... A cause de l'existence de nombreux couplages physiques et de nombreuses interfaces entre les différents composants d'un système, l'activité de recherches est, depuis de nombreuses années, très active dans le domaine. L'idée principale est d'améliorer la compréhension des phénomènes observés, de maitriser la conception de ces systèmes et, finalement, d'optimiser leur fonctionnement. Par ailleurs, il est impératif de toujours avoir l'esprit critique par rapport aux résultats obtenus et de développer des approches expérimentales de validation et de vérification pour tester la pertinence des résultats théoriques. Parmi les défis à relever lors de la modélisation de systèmes complexes, on peut citer la conception et la mise en oeuvre de dispositifs d'essais dédiés aux objets étudiés, la détermination de la juste complexité des modèles développés pour répondre aux besoins posés et le positionnement de la stratégie de recherche entre recherches académiques et contraintes industrielles.Mes travaux s'inscrivent dans ce contexte. Ils portent sur trois champs applicatifs dans lesquelles les connaissances des phénomènes observés nécessitent encore d'importantes recherches: les systèmes de production d'énergie électrique embarqués, les structures composites et piézocomposites et l'amortissement et l'isolation vibratoire. Les enjeux associés à chaque thématique ainsi que les outils et les méthodologies développés sont présentés. Pour chaque champ applicatif, les principaux résultats obtenus sont exposés et critiqués

Méthodologie de conception et d'optimisation d'une structure en aluminium clipsable appliquée à un plancher d'autobus

On observe des structures en aluminium dans un panel de domaines qui s’étend d’année en année. Ainsi, les planchers en aluminium permettent de résister à des efforts importants tout en assurant une faible masse et un coût de fabrication relativement faible. La plupart des planchers en aluminium se présentent sous forme de profils creux étirés sur toute une longueur de latte par l’intermédiaire d’une machine d’extrusion, ou filage, ce qui permet de réaliser des pièces en grandes séries. Puis ces lattes sont assemblées au moyen d’une liaison cinématique et, ou soudées entre elles. L’idée d’un plancher constitué de lattes clipsées permettrait de limiter, voire de s’affranchir de cette étape de soudage. Les industriels cherchent en permanence de nouvelles idées qui leur permettront de gagner du temps, de la main d’œuvre et de l’argent d’où l’idée d’éliminer ou au moins, réduire cette étape coûteuse de soudage nécessitant un équipement couteux, du personnel et du temps. Ce projet a donc pour but de créer une méthodologie de conception d’un plancher constitué de lattes clipsables intuitivement en tenant compte des nombreuses contraintes d’un cahier des charges. Ce plancher devra résister aux chargements typiques auxquels il pourrait être exposé, aux impacts, à la fatigue et être optimisé au mieux pour présenter un prix attractif et compétitif. La méthode de conception sera appliquée à un plancher d’autobus urbain et devra donc respecter certaines normes

Hybridations d'algorithmes métaheuristiques en optimisation globale et leurs applications

L optimisation des structures est un processus essentiel dans la conception des systèmes mécaniques et électroniques. Cette thèse s intéresse à la résolution des problèmes mono-objectifs et multi-objectifs des structures mécaniques et mécatroniques. En effet, les industriels ne sont pas seulement préoccupés à améliorer les performances mécaniques des pièces qu ils conçoivent, mais ils cherchent aussi à optimiser leurs poids, leurs tailles, ainsi que leurs coûts de production. Pour résoudre ce type de problème, nous avons fait appel à des métaheuristiques robustes qui nous permettent de minimiser le coût de production de la structure mécanique et de maximiser le cycle de vie de la structure. Alors que des méthodes inappropriées de l évolution sont plus difficiles à appliquer à des modèles mécaniques complexes en raison de temps calcul exponentiel. Il est connu que les algorithmes génétiques sont très efficaces pour les problèmes NP-difficiles, mais ils sont très lourds et trop gourmands quant au temps de calcul, d où l idée d hybridation de notre algorithme génétique par l algorithme d optimisation par essaim de particules (PSO) qui est plus rapide par rapport à l algorithme génétique (GA). Dans notre expérimentation, nous avons obtenu une amélioration de la fonction objectif et aussi une grande amélioration de la minimisation de temps de calcul. Cependant, notre hybridation est une idée originale, car elle est différente des travaux existants. Concernant l avantage de l hybridation, il s agit généralement de trois méthodes : l hybridation en série, l hybridation en parallèle et l hybridation par insertion. Nous avons opté pour l hybridation par insertion par ce qu elle est nouvelle et efficace. En effet, les algorithmes génétiques se composent de trois étapes principales : la sélection, le croisement et la mutation. Dans notre cas, nous remplaçons les opérateurs de mutation par l optimisation par essaim de particules. Le but de cette hybridation est de réduire le temps de calcul ainsi que l amélioration la solution optimale.This thesis focuses on solving single objective problems and multiobjective of mechanical and mechatronic structures. The optimization of structures is an essential process in the design of mechanical and electronic systems. Industry are not only concerned to improve the mechanical performance of the parts they design, but they also seek to optimize their weight, size and cost of production. In order to solve this problem we have used Meta heuristic algorithms robust, allowing us to minimize the cost of production of the mechanical structure and maximize the life cycle of the structure. While inappropriate methods of evolution are more difficult to apply to complex mechanical models because of exponential calculation time. It is known that genetic algorithms are very effective for NP-hard problems, but their disadvantage is the time consumption. As they are very heavy and too greedy in the sense of time, hence the idea of hybridization of our genetic algorithm optimization by particle swarm algorithm (PSO), which is faster compared to the genetic algorithm (GA). In our experience, it was noted that we have obtained an improvement of the objective function and also a great improvement for minimizing computation time. However, our hybridization is an original idea, because it is a different and new way of existing work, we explain the advantage of hybridization and are generally three methods : hybridization in series, parallel hybridization or hybridization by insertion. We opted for the insertion hybridization it is new and effective. Indeed, genetic algorithms are three main parts : the selection, crossover and mutation. In our case,we replace the operators of these mutations by particle swarm optimization. The purpose of this hybridization is to reduce the computation time and improve the optimum solution.ROUEN-INSA Madrillet (765752301) / SudocSudocFranceF

Conception préliminaire de disques de turbine axiale pour moteurs d'aéronefs

La conception préliminaire d'un rotor de turbine possède un impact important sur l'architecture du moteur, car elle définit les bases et fournit une évaluation de la performance, du poids et du coût du produit fini. De ce fait, la durée de cette phase préliminaire est critique dans l’obtention d’opportunités commerciales. L’augmentation de la précision de la phase préliminaire du moteur allège également la phase de conception détaillée, ce qui réduit la durée du cycle global de développement du produit. Cette phase préliminaire contient des éléments retardant son processus, tel que le peu d’interopérabilité des systèmes utilisés, l’incompatibilité des logiciels et la gestion inefficace des données. Afin de surmonter ces barrières, le premier module d'un nouvel outil de conception et d'analyse a été développé pour le disque du rotor. Cette plateforme assure l'intégration des outils CAD (Computer Aided Design) & CAE (Computer Aided Engineering) contrôlés à partir d'une interface graphique unique. La plateforme développée est ensuite lié à différentes méthodes d'optimisation (algorithmes, configurations) afin d'automatiser la conception des disques et déterminer leur impact sur l'optimisation structurelle du rotor. Cette méthode a permis de réduire la durée du cycle de conception et améliorer de la performance des pièces. Les essais ont été réalisés à partir de deux disques références de P&WC. L'architecture de la plateforme a également été employée dans le développement de chartes de conception afin de permettre la visualisation des performances des disques dans l’espace de design. Quatre disques de turbine à haute pression de P&WC ont été utilisés pour produire les diagrammes techniques et évaluer l'effet de divers paramètres. Le nouvel outil D&A (Design and Analysis) soutenant les disques, combiné aux séquences d’optimisation et aux chartes de conception, s’avère profitable au niveau de la performance mécanique des pièces et de l’effort de conception requis

Habilitation à Diriger les Recherches : Contribution à la modélisation analytique des systèmes électromagnétiques basse fréquence au sein de leur environnement en vue de leur conception

Ce document est présenté en deux parties qui peuvent être consultées indépendamment. La première est une notice bibliographique qui décrit succinctement mes activités de recherche, mes activités administratives et mes activités d’enseignement. La deuxième partie est une tentative de synthèse des différents travaux de recherche dans lesquels je me suis investi à partir de mon doctorat. Cette deuxième partie se termine par des perspectives de recherche dans le contexte particulier de l’IRENav . Le travail présenté ici, regroupe des travaux personnels mais aussi des travaux issus de co-encadrement ou de supervision

Habilitation à Diriger les Recherches : Contribution à la modélisation analytique des systèmes électromagnétiques basse fréquence au sein de leur environnement en vue de leur conception

Ce document est présenté en deux parties qui peuvent être consultées indépendamment. La première est une notice bibliographique qui décrit succinctement mes activités de recherche, mes activités administratives et mes activités d’enseignement. La deuxième partie est une tentative de synthèse des différents travaux de recherche dans lesquels je me suis investi à partir de mon doctorat. Cette deuxième partie se termine par des perspectives de recherche dans le contexte particulier de l’IRENav . Le travail présenté ici, regroupe des travaux personnels mais aussi des travaux issus de co-encadrement ou de supervision