Wind Turbine Design: Multi‐Objective Optimization

Within the last 20 years, wind turbines have reached matured and the growing worldwide wind energy market will allow further improvements. In the recent decades, the numbers of research papers that have applied optimization techniques in the attempt to obtain an optimal design have increased. The main target of manufacturers has been to minimize the cost of energy of wind turbines in order to compete with fossil‐fuel sources. Therefore, it has been argued that it is more stimulating to evaluate the wind turbine design as an optimization problem consisting of more than one objective. Using multi‐objective optimization algorithms, the designers are able to identify a trade‐off curve called Pareto front that reveals the weaknesses, anomalies and rewards of certain targets. In this chapter, we present the fundamental principles of multi‐objective optimization in wind turbine design and solve a classic multi‐objective wind turbine optimization problem using a genetic algorithm

Electricity of Lebanon: Problems and Recommendations

AbstractThis paper presents a detailed review of EDL (Electricité du Liban). It displays the institution's technical problems at the level of electricity generation, transmission and distribution as well as the administrative and financial states and suggests several recommendations. It is obvious that EDL suffers a great shortage in its generating capacity and human resources and would not be effective without conducting a national strategy that includes radical solutions

Démarche globale d'optimisation en contexte probabiliste pour l'ingénierie mécanique

Dans ce projet de thèse, nous souhaitons développer une démarche globale d'optimisation en lien avec la nature particulière des problèmes à traiter, démarche intégrant les meilleures techniques numériques d'optimisation, de méta modélisation et de propagation des incertitudes. L'idée centrale de ce projet est de s'appuyer ces caractéristiques communes et d'injecter dans la technique d'optimisation des connaissances propres aux modèles physiques utilisés dans la formulation du problème. En effet, il est aujourd'hui admis, qu'aucun algorithme d'optimisation n'est meilleur en moyenne sur les tous les autres, indépendamment de la nature du problème traité. Par conséquent l'apport de connaissances liées à la physique du problème est un des éléments déterminants dans l'efficacité des techniques d'optimisation. Dans ce domaine de l'ingénierie, l'efficacité d'un algorithme doit être comprise comme la capacité à résoudre le problème d'optimisation et à produire une description aussi continue et régulière que possible, de l'ensemble des meilleurs compromis des solutions optimisées, le tout dans des temps de calculs raisonnables (entre quelques heures et quelques jours). La méthodologie qui sera développée repose sur trois phases principales. La première consiste en une synthèse des problèmes d'optimisation qui serviront de base de test. Il s'agira pour ces problèmes de les formuler ou de faire évoluer la formulation des problèmes existants. L'objectif étant de les plonger dans la même catégorie en y intégrant les caractéristiques nécessaires : prise en compte de l'incertitude pour certains et donc du caractère probabiliste associé, formulation sous la forme d'un problème multi objectif pour d'autres. Dans la seconde phase il s'agira de consolider une revue la plus exhaustive possible des techniques numériques disponibles dans le domaine de la propagation des incertitudes, de la définition de modèles réduits par des techniques dites « externes » de construction de modèles réduits et des techniques de description des fronts de Pareto en contexte incertain. La troisième phase consistera à mettre en relation les propriétés et les caractéristiques des techniques numériques de l'état de l'art avec les comportements spécifiques des problèmes à résoudre. Au besoin lorsque un comportement ne pourra pas être associé à certaines caractéristiques il pourra être pertinent de proposer d'améliorer certaines propriétés de la technique numérique concernée. Ce projet est un projet relativement amont de techniques numériques avancées d'optimisation avec un spectre d'application assez large en ingénierie mécanique. Cela devrait nous permettre de valoriser ce travail à la fois dans la communauté de l'optimisation appliquée à l'ingénierie en mécanique et matériaux mais également dans les communautés liés aux procédés et aux applications d'ingénierie océanographique et portuaire

Analyse et modélisation de l'endommagement dû au couplage thermomécanique des multi-matériaux cylindriques

Un grand nombre de systèmes thermomécaniques industriels se trouve confronté à des régimes transitoires plus ou moins rapides suivant la fréquence de fonctionnement. L'amélioration de leurs performances nécessite l'utilisation de nouvelles structures du type multimatériaux ou barrière thermique. En effet, ces matériaux peuvent être de type multicouche en associant plusieurs couches rangées de façon à améliorer le comportement mécanique et thermique d un système ou alors constitués d un substrat revêtu d une succession de couches minces obtenues par projection thermique par exemple.Dans un système donné, ces matériaux subissent généralement des sollicitations cycliques qui peuvent être d origine thermique et/ou mécanique. Il est donc nécessaire de mieux connaître leur comportement thermomécanique en régimes élastique et plastique. Ainsi, l'étude présentée dans ce travail, limitée ici à des conditions périodiques uniquement d origine thermique, traite de l'évolution de l'endommagement d'un matériau sous une ou plusieurs formes de fatigue thermique.L'origine de la sollicitation imposée provient d'une condition de flux périodique (sous forme d échelon, de triangle ou de sinus) prenant en compte les pertes par convection. Sur le plan mécanique, le matériau est supposé fixe sur l une de ses deux extrémités et libre de se déformer sur l autre. Les contraintes et les déformations mécaniques dans le matériau proviennent essentiellement des différences des coefficients de dilatation thermique et des gradients de température dans le matériau. La nature variable et transitoire du comportement thermique du matériau permet de suivre l évolution de la distribution des contraintes et des déformations au sein du matériau.L étude de son endommagement est menée selon les cas, soit sur des modèles établis directement à partir du comportement thermo élastique soit sur des modèles nécessitant l étude thermo-élastoplastique. Dans les deux cas, comme la plupart des modèles d endommagement (Lemaître et Chaboche) rencontrés dans la littérature ne sont valides que sur des matériaux uniformes et homogènes, une recherche de matériau équivalent du multi-matériau étudié était nécessaire. L équivalence entre le matériau réel et le matériau équivalent repose sur un critère d équivalence thermique. Les modèles étudiés fournissent dans les deux cas, l'évolution de l'endommagement du matériau, en fonction des paramètres géométriques et aussi de la forme des sollicitations thermiques imposées telles que le coefficient d'échange par convection, l amplitude et la période du flux imposé.Une application de ces modèles sur un exemple de moteur à combustion interne est proposée à la fin de ce mémoire. Elle montre une prédiction du nombre de cycles (durée de vie) du cylindre moteur en fonction des conditions de fonctionnement utilisées.A great number of industrial thermo-mechanical systems are facing today transitory regimes with different speeds according to the functioning frequencies. Enhancing their performance imposes the use of new materials of different types; multimaterials is a good example. In fact, these new materials may be constituted of different layers where the layers are associated together in a way to enhance the mechanical and thermal behavior of the system. They may be also constituted of a substrate dressed by a succession of slim layers obtained by thermal projection.In a given system, the constituting materials are generally subject to cyclic thermal or mechanical solicitations. It is very important to know at best their thermomechanical behavior in elastic and plastic regimes. Therefore, the study done during this thesis work, limited here uniquely to periodical solicitations resulting from thermal sources, deals with the evolution of the damage of these materials under multiple forms of thermal fatigue in plastic and elastic functioning regimes.The imposed solicitations are obtained from a periodical thermal source (rectangular, triangular and sinusoidal form). The thermal loss resulting from the convection is also considered. On the mechanical side, the material is considered fixed on one of its extremities and free on the other one (subject to strain). The mechanical stress and strain in the material come essentially from the differences between the coefficients of thermal dilation and the gradient of temperature in the material. The transitory and variable thermal behavior of the material permits to track the evolution and the distribution of the stress and strain in the material.The study of the damage is performed according the given case, either using models directly established from the thermomechanical elastic behavior, or using models that need a thermo-elastoplastic study. In the two cases, and because the majority of damage models (Lemaître and Chaboche) seen in the literature are valid and can be applied only to uniform and homogeneous materials, a research of an equivalent material to the studied multi-material was necessary. The equivalency between the real material and the equivalent one is based mainly on thermal equivalent criteria. The study provides in the two cases the damage evolution in the multimaterial function of the geometric parameters, depending on the form of the imposed thermal solicitations such as the heat transfer coefficient, the amplitude, the period and the shape of the imposed thermal flow.An application of these models to an internal combustion engine is proposed at the end of this thesis. It gives a prediction of the number of cycles (lifetime) of the cylinder of the engine depending on the used functioning conditions.BELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

Progress in experimental and theoretical evaluation methods for textile permeability

ABSTRACT: A great amount of attention has been given to the evaluation of the permeability tensor and several methods have been implemented for this purpose: experimental methods, as well as numerical and analytical methods. Numerical simulation tools are being seriously developed to cover the evaluation of permeability. However, the results are still far from matching reality. On the other hand, many problems still intervene in the experimental measurement of permeability, since it depends on several parameters including personal performance, preparation of specimens, equipment accuracy, and measurement techniques. Errors encountered in these parameters may explain why inconsistent measurements are obtained which result in unreliable experimental evaluation of permeability. However, good progress was done in the second international Benchmark, wherein a method to measure the in-plane permeability was agreed on by 12 institutes and universities. Critical researchers’ work was done in the field of analytical methods, and thus different empirical and analytical models have emerged, but most of those models need to be improved. Some of which are based on Cozeny-Karman equation. Others depend on numerical simulation or experiment to predict the macroscopic permeability. Also, the modeling of permeability of unidirectional fiber beds have taken the greater load of concern, whereas that of fiber bundle permeability prediction remain limited. This paper presents a review on available methods for evaluating unidirectional fiber bundles and engineering fabric permeability. The progress of each method is shown in order to clear things up