Structural analysis by bond graph approach: Duality between causal and bicausal procedure

Postprint version.International audienceThe infinite structure of linear time-invariant systems has been principally used to solve control problems. Nevertheless, this system characterization appears interesting in the design and sizing of mechatronic systems as well. Indeed, based on the bond graph language and inverse modelling, a methodology has already been developed for sizing mechatronic systems according to energy and dynamic criteria. One of the novelties of this methodology is its structural analysis step. This step enables structural properties to be deduced and helps in the formulation of the specifications. The aim of this paper is to add new graphical procedures to the structural analysis step to determine some structural properties (infinite pole orders and relative orders) from the inverse model (bicausal bond graph model). The structural analysis of the inverse model remains interesting since the essential orders are immediately obtained on the bicausal model. A discussion is carried out regarding the duality between the causal and bicausal procedures

Par-delà la loi de Miner pour la modélisation de la fatigue des élastomères: théorie et expérimentation

Des résultats d’expériences de fatigue sur des éprouvettes diabolos en élastomères présentent des disparités avec la loi de Miner. Un nouveau modèle heuristique est donc construit en introduisant un modèle d'endommagement mécanique continu qui décrit la fatigue au moyen d'un paramètre d'endommagement D, d’une loi d'évolution pour D et d’un paramètre semi-empirique représentant les écarts à la loi de Miner. De meilleures prédictions des résultats expérimentaux ont été obtenues avec ce modèle

Theoretical modelling and experimental study of the fatigue of elastomers under cyclic loadings of variable amplitude

International audienceDeviations from Miner's linear law of cumulative damage have been modelled and observed many times for the fatigue of metals, but almost no analogous studies have been performed for elastomers. Such a study is reported here. A simple phenomenological model, applicable to any type of material and able to quantitatively reproduce such deviations, is presented first. This model is based on continuum damage mechanics. It relates the fatigue damage of the material to the number of cycles through some suitable evolution law, in which the derivative of damage is expressed as a non-factorizable function of the instantaneous load cycle and the damage itself. Fatigue experiments performed on " diabolo " specimens made of two different elastomeric materials and subjected to two successive cyclic loads of different amplitudes are then reported. Significant deviations from Miner's rule are observed: Miner's " total cumulated damage " may be lower or larger than unity by a small or large amount, depending on the sequence of loadings and the type of material. As a rule, the deviation from Miner's rule systematically changes sign upon reversal of the sequence of loadings. The model is shown to allow for an acceptable reproduction of the experimental results, and especially of this systematic change of sign

31st Annual Meeting and Associated Programs of the Society for Immunotherapy of Cancer (SITC 2016) : part two

Background The immunological escape of tumors represents one of the main ob- stacles to the treatment of malignancies. The blockade of PD-1 or CTLA-4 receptors represented a milestone in the history of immunotherapy. However, immune checkpoint inhibitors seem to be effective in specific cohorts of patients. It has been proposed that their efficacy relies on the presence of an immunological response. Thus, we hypothesized that disruption of the PD-L1/PD-1 axis would synergize with our oncolytic vaccine platform PeptiCRAd. Methods We used murine B16OVA in vivo tumor models and flow cytometry analysis to investigate the immunological background. Results First, we found that high-burden B16OVA tumors were refractory to combination immunotherapy. However, with a more aggressive schedule, tumors with a lower burden were more susceptible to the combination of PeptiCRAd and PD-L1 blockade. The therapy signifi- cantly increased the median survival of mice (Fig. 7). Interestingly, the reduced growth of contralaterally injected B16F10 cells sug- gested the presence of a long lasting immunological memory also against non-targeted antigens. Concerning the functional state of tumor infiltrating lymphocytes (TILs), we found that all the immune therapies would enhance the percentage of activated (PD-1pos TIM- 3neg) T lymphocytes and reduce the amount of exhausted (PD-1pos TIM-3pos) cells compared to placebo. As expected, we found that PeptiCRAd monotherapy could increase the number of antigen spe- cific CD8+ T cells compared to other treatments. However, only the combination with PD-L1 blockade could significantly increase the ra- tio between activated and exhausted pentamer positive cells (p= 0.0058), suggesting that by disrupting the PD-1/PD-L1 axis we could decrease the amount of dysfunctional antigen specific T cells. We ob- served that the anatomical location deeply influenced the state of CD4+ and CD8+ T lymphocytes. In fact, TIM-3 expression was in- creased by 2 fold on TILs compared to splenic and lymphoid T cells. In the CD8+ compartment, the expression of PD-1 on the surface seemed to be restricted to the tumor micro-environment, while CD4 + T cells had a high expression of PD-1 also in lymphoid organs. Interestingly, we found that the levels of PD-1 were significantly higher on CD8+ T cells than on CD4+ T cells into the tumor micro- environment (p < 0.0001). Conclusions In conclusion, we demonstrated that the efficacy of immune check- point inhibitors might be strongly enhanced by their combination with cancer vaccines. PeptiCRAd was able to increase the number of antigen-specific T cells and PD-L1 blockade prevented their exhaus- tion, resulting in long-lasting immunological memory and increased median survival

Contribution à une méthodologie de dimensionnement des systèmes mécatroniques : analyse structurelle et couplage à l\u27optimisation dynamique

Cette thèse s\u27inscrit dans le cadre de la conception de systèmes mécatroniques et traite plus spécifiquement du problème de leur dimensionnement. Dans ce sens, elle s\u27intéresse aux méthodes permettant de sélectionner les composants constituant leurs chaînes d\u27actionnement afin de satisfaire au mieux un cahier des charges donné. Puisque les lois concurrentielles actuelles demandent un renouvellement fréquent des produits malgré une complexité toujours croissante, les démarches adoptées pour traiter ce type de problème se doivent d\u27être les moins coûteuses en termes financiers mais aussi en termes de temps d\u27étude. Pour diminuer le nombre d\u27itérations du processus de conception, une solution possible est de reformuler le problème sous la forme d\u27un problème inverse où les inconnues du problème de dimensionnement sont directement calculées à partir des spécifications du cahier des charges sur les sorties du système. Dans cette optique, le laboratoire AMPERE propose une méthodologie de dimensionnement par modèles bond graph inverses. L\u27objectif de cette thèse est de contribuer au développement de cette méthodologie d\u27une part dans sa phase d\u27analyse structurelle (phase permettant de vérifier avant toute simulation si le problème inverse est correctement posé) puis, d\u27autre part, dans sa phase de dimensionnement (phase durant laquelle l\u27inversion du modèle est effectivement mise en oeuvre puis exploitée)

Contribution à une méthodologie de dimensionnement des systèmes mécatroniques : analyse structurelle et couplage à l'optimisation dynamique

This thesis comes within the scope of mechatronic systems design and deals especially with the problem of their sizing. To that aim, it focuses attention on methods allowing the selection of the components constituting their actuating chains with respect to given requirements. Since current competitive laws require a frequent product renewal in spite of an ever increasing product complexity, the adopted approaches for handling this kind of problem have to be less expensive in financial terms as well as in the duration of the design phase. So as to decrease the number of iterations during the design process, one possible solution is to reformulate the problem as an inverse problem where the unknowns of the sizing problem are directly determined from the requirements expressed on the system outputs. With this in mind, the Ampère laboratory suggests a sizing methodology based on the use of inverse bond graph models. The objective of this thesis is to contribute to the development of this methodology in its structural analysis phase on one hand the phase allowing to check before any numerical simulation if the inverse problem is well-posed) and in its sizing phase on the other hand the phase where the model inversion is applied and exploited). Concerning the structural analysis phase, the dissertation aims at describing the mechanisms of such a analysis in the bond graph language and also at specifying its validity domain. To do that, a comparison between the bond graph, the Modelica, the structured system and the state-space approaches allows to highlight the existence of several information and description levels on the system. Depending on the non exploitation or the exploitation of these levels, several levels of analysis are then suggested: the structured level, the BG-structural level and the behavioral level. It is also shown how these different levels of analysis can be useful in a design process and how they permit to reformulate some bond graph properties according to which design phase we place ourselves the properties expressed at a BG-structural level allows to invalidate or validate the architecture of the system). Concerning the sizing phase, the dissertation tackles the case where the sizing problem can not be entirely reformulated as an inverse problem and so where the methodology can not be directly applied. To that aim, the problem of representing an optimization problem in the bond graph language is dealt with so as to handle requirements which can not be expressed as functions of time. A bond graph-based optimization procedure is thus studied and extended to a class of non linear systems. Finally, an example of a coupling between the sizing methodology and dynamic optimization is implemented till the obtaining of numerical results so as to illustrate the feasibility of the methodology all along the design process.Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception de systèmes mécatroniques et traite plus spécifiquement du problème de leur dimensionnement. Dans ce sens, elle s'intéresse aux méthodes permettant de sélectionner les composants constituant leurs chaînes d'actionnement afin de satisfaire au mieux un cahier des charges donné. Puisque les lois concurrentielles actuelles demandent un renouvellement fréquent des produits malgré une complexité toujours croissante, les démarches adoptées pour traiter ce type de problème se doivent d'être les moins coûteuses en termes financiers mais aussi en termes de temps d'étude. Pour diminuer le nombre d'itérations du processus de conception, une solution possible est de reformuler le problème sous la forme d'un problème inverse où les inconnues du problème de dimensionnement sont directement calculées à partir des spécifications du cahier des charges sur les sorties du système. Dans cette optique, le laboratoire Ampère propose une méthodologie de dimensionnement par modèles bond graph inverses. L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement de cette méthodologie d'une part dans sa phase d'analyse structurelle (phase permettant de vérifier avant toute simulation si le problème inverse est correctement posé) puis, d'autre part, dans sa phase de dimensionnement (phase durant laquelle l'inversion du modèle est effectivement mise en œuvre puis exploitée). Concernant la phase d'analyse structurelle, le mémoire s'attache à détailler les mécanismes d'une telle analyse dans le langage bond graph mais vise aussi à préciser son domaine de validité. Pour cela, une comparaison de l'approche bond graph aux approches Modelica, système structuré et modèle d'état permet de mettre en évidence l'existence de plusieurs niveaux d'information et de description sur le système. Selon l'exploitation ou non de ces différents niveaux d'information et de description, plusieurs niveaux d'analyse sont ensuite proposés : le niveau structuré, le niveau BG-structurel et le niveau comportemental. Il est également montré comment ces différents niveaux d'analyse peuvent être mis à profit dans une démarche de conception et comment ceux-ci permettent de reformuler certaines propriétés bond graph selon la phase de conception dans laquelle nous nous trouvons les propriétés au niveau d'analyse BG-structurel permettent d'infirmer ou de valider l'architecture du système). Concernant la phase de dimensionnement, le mémoire aborde le cas où le problème de dimensionnement ne peut se formuler complètement sous la forme d'un problème inverse et où la méthodologie ne peut s'appliquer directement. Pour cela, le problème de la représentation bond graph d'un problème d'optimisation dynamique est étudié afin de traiter des spécifications qui ne peuvent s'exprimer sous forme de fonctions dépendant explicitement du temps. Une procédure bond graph d'optimisation est à cette fin reprise puis étendue notamment à une classe de systèmes non linéaires. Enfin, un exemple de couplage entre méthodologie de dimensionnement et optimisation dynamique est effectivement mis en œuvre jusqu'à l'obtention de résultats numériques afin d'illustrer la faisabilité de la méthodologie tout au long du processus de conception

Bond graph pour la conception de systèmes mécatroniques

International audienceFor every issue concerning the design of mechatronic systems, a methodological solution can be proposed based upon the bond graph language and inverse modeling. The example of a DC motor driving a rotating inertial load serves to illustrate the principal idea of ??inversion. The use of the bond graph in the context of direct and inverse modeling allows methodology registering in the V cycle, between the definition phase of each product (design) and the geometric components of the product to be achieved (prototypes). The key concepts used, particularly the notion of structural analysis, allows the designer to test whether its design problem is correctly established. The data derived directly from the specifications can also be used in determining the unknown factors of the design problem (dimensions of the components which meet the specified dynamic and energetic criteria).Pour chaque problématique de conception de systèmes mécatroniques, peut être proposée une solution méthodologique basée sur le langage bond graph et la modélisation inverse. L'exemple d'un moteur à courant continu actionnant une charge inertielle en rotation permet d'illustrer l'idée principale de l'inversion. L'utilisation du bond graph dans le contexte de la modélisation directe et inverse autorise une méthodologie s'inscrivant dans le cycle en V, entre la phase de définition fonctionnelle du produit (concepts) et celle géométrique des composants du produit à réaliser (prototypes). Les concepts clés utilisés, en particulier la notion d'analyse structurelle, permettent au concepteur de tester si son problème de conception est bien posé. Il peut ainsi utiliser directement les données de son cahier des charges pour déterminer les inconnues de son problème de conception (dimensions des composants répondant aux critères dynamiques et énergétiques spécifiés)

Modélisation et simulation numérique de la fatigue des élastomères soumis à des chargements cycliques complexes

Des résultats d'expériences de fatigue sur des diabolos en élastomères montrent des disparités avec la loi de Miner.Un nouveau modèle heuristique est donc construit en introduisant un modèle d'endommagement mécanique continu décrivant la fatigue au moyen d'un paramètre d'endommagement D et une loi d'évolution pour D.Cette loi fait intervenir un paramètre empirique représentant les écarts à la loi de Miner.Le modèle permet d'obtenir de meilleurs prédictions que la loi de Miner. Un autre objectif est de valider des modèles numériques,permettant de décrire le comportement en fatigue des élastomères,en utilisant des résultats expérimentaux.Le modèle permet de retrouver les vitesses de propagation et les taux de restitution d'énergie lors de tractions relaxantes et de reproduire des trajets de fissuration complexes lors de tractions polarisées.Les résultats sont quasiment insensibles,dans les cas considérés,à l'usage de la loi de Miner ou du nouveau modèle.PARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Bond Graphs and Inverse Modeling for Mechatronic System Design

International audienceThis chapter is concerned with the design of mechatronic systems on dynamic and energy criteria. Compared to the traditional trial-error-correctionapproach a methodology is presented that drastically decreases the number of simulation iterations and ensures more relevant solutions with respect to the specifications. Moreover, early in the design stages, this methodology enables to check if the design problem is well posed before any simulation. This verification is possible according to the structural analysis concept that points out the characteristic properties of the design models independently of the parameter numerical values. Also, the methodology is based on model inversion that uses straightforwardly the information written in the specifications. Finally, because of its ability to represent multidisciplinary physical systems, to acausally describe a model and to easily undertake a structural analysis, and to visualize the results of this analysis, the bond graph language is well dedicated to this methodology. In this chapter topics like design model validity, specifications validity, structural analysis, technological component specifications, selection and validation, and open-loop control determination will be discussed

Bond graph pour la conception de systèmes mécatroniques

International audienceFor every issue concerning the design of mechatronic systems, a methodological solution can be proposed based upon the bond graph language and inverse modeling. The example of a DC motor driving a rotating inertial load serves to illustrate the principal idea of ??inversion. The use of the bond graph in the context of direct and inverse modeling allows methodology registering in the V cycle, between the definition phase of each product (design) and the geometric components of the product to be achieved (prototypes). The key concepts used, particularly the notion of structural analysis, allows the designer to test whether its design problem is correctly established. The data derived directly from the specifications can also be used in determining the unknown factors of the design problem (dimensions of the components which meet the specified dynamic and energetic criteria).Pour chaque problématique de conception de systèmes mécatroniques, peut être proposée une solution méthodologique basée sur le langage bond graph et la modélisation inverse. L'exemple d'un moteur à courant continu actionnant une charge inertielle en rotation permet d'illustrer l'idée principale de l'inversion. L'utilisation du bond graph dans le contexte de la modélisation directe et inverse autorise une méthodologie s'inscrivant dans le cycle en V, entre la phase de définition fonctionnelle du produit (concepts) et celle géométrique des composants du produit à réaliser (prototypes). Les concepts clés utilisés, en particulier la notion d'analyse structurelle, permettent au concepteur de tester si son problème de conception est bien posé. Il peut ainsi utiliser directement les données de son cahier des charges pour déterminer les inconnues de son problème de conception (dimensions des composants répondant aux critères dynamiques et énergétiques spécifiés)