Numerical modeling of mechanical contact in deformable NEMS

International audienceThis work focuses on the modeling of mechanical contact applied to Nano-Electro-Mechanical-Systems (NEMS). A magneto-elastic formulation associated to the definition of unilateral contact in static case is presented. This model is discretised by finite element method and a numerical study of a magnetic nano switch is performed

Contribution au renvoi de tension et à la reconstitution du réseau. Identification des paramètres d'un réseau. Estimation des flux rémanents dans un transformateur

Lors de la réalimentation des auxiliaires d une tranche nucléaire, l étape la plus à risque est la remise sous tension brusque du transformateur à cause des surtensions. Dans un soucis perpétuel d amélioration de la modélisation de ces transitoires, les modèles et techniques doivent évoluer. Le but de ces travaux de thèse est de proposer de nouvelles méthodologies permettant d évaluer les paramètres mal connus de la modélisation. Lors des mises sous tension des lignes électriques, une méthodologie s appuyant sur l identification (optimisation ou techniques issues du traitement du signal) permet de déterminer les paramètres variables de la modélisation. Cependant, un des paramètres influents pour les surtensions est le flux rémanent. Face aux problèmes actuels rencontrés pour l estimer (méthode non directe, dérive, ), une nouvelle méthode basée sur la mesure des flux de fuites du circuit magnétique est proposée. Des mesures réelles utilisant des capteurs de technologie fluxgate sont réalisées et permettent d estimer le flux rémanent.During the re-energization of the auxiliaries of a nuclear power plant, the more dangerous step is the re-energization of the power transformer, because of the temporary overvoltages. In order to improve the transient modeling, models and techniques may be improved. The purpose of this thesis is to suggest new methodologies to identify the uncertain parameters of the model. When the line re-energization occurs, an identification methodology (optimization or methods using signal processing) allows determining the model variable parameters. However, one of the most important parameters in the overvoltages is the residual flux. Given the actual problems found on estimation strategies (no direct method, derivation, ), a new method established for the leakage flux measurement of the magnetic circuit is proposed. Real measurements using fluxgate technology sensors were realized, permitting to estimate the residual flux.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Finite Element Modeling of deformable NEMS taking into accountmechanical contact

International audienceThis work focuses on the modeling of mechanical contact applied to Nano-Electro-Mechanical-Systems (NEMS). A magneto-elastic formulation associated to the definition of unilateral contact in static case is presented. This model is discretised by finite element method and a numerical study of a magnetic nano switch is performed. FEM results are compared to those of a semi-analytical model developed for optimization processes

Generalization of GLRT-Based Magnetic Anomaly Detection

International audienceMagnetic anomaly detection (MAD) refers to a passive method used to reveal hidden magnetic masses and is most commonly based on a dipolar target model. This paper proposes a generalization of the MAD through a multipolar model that provides a more precise description of the anomaly and serves a twofold objective: to improve the detection performance , and to widen the variety of detectable targets. The dipole detection strategy – namely an orthonormal decomposition of the anomaly followed by a generalized likelihood ratio test – is hence revisited in the multipolar case. The performance are assessed analytically and the relevance of this generalization is demonstrated on multipolar scenarios

JCuda vectorized and parallelized computation strategy for solving integral equations in electromagnetism on a standard personal computer

International audienceThe paper presents a computation strategy for solving integral equations in electromagnetism. Nowadays, powerful programmable Graphic Processing Units (GPU) can be found in any standard computer. The paper investigates the benefits of the use of GPUs in addition to the CPU one in order to improve computation speed by using integral methods. Java language and the JCuda library, not often used in speed calculation by the computing community, has been used here. A 100 time speed-up is reported in matrix assembly between an optimized traditional CPU computation and a CPU+GPU one. FMM… Index Terms-Fast Multipole Method on GPU, JCuda computing, Pure Java ..

Software coupling and Orchestration Tool to the Modeling of Multi-physic Problem

International audienceWe present in this paper Scot, which is a modular software solution for weakly coupling models, methods and orchestration of the simulation. The goal behind Scot is to make easier the phase of modeling and optimize the phase of simulation by tuning the solvers simulation parameters. Specifications and composition of Scot will be described. Scot has been successfully validated by two different applications, the PEEC-MoM coupling to the modeling of an electromagnetic device and the magneto-mechanic coupling to the modeling of deformable nano-switch contact NEMS

Mixing Techniques to Compute Derivatives of semi-numerical models: Application to Magnetic Nano Switch Optimization

International audienceThis paper is about derivatives techniques and their composition for semi-numerical models. Techniques such as symbolic derivation and automatic differentiation are addressed. All techniques are illustrated for the gradient based optimization of a magnetic nano switch

Metodologias para análise de incertezas paramétricas em conversores de potência

Le développement de la technologie des semi-conducteurs dans les trente dernières années a augmenté le nombre des nouvelles applications dans lesquelles les dispositifs d électronique de puissance sont utilisés. L'augmentation de la rapidité de commutation des transistors a permis que la conversion de puissance se produise de façon de plus en plus performante. Cet avantage apporte un nouveau challenge dans la phase de conception, lié à la Compatibilité Électromagnétique. En effet, les impulsions rapides de tension et courant dans les convertisseurs de puissance sont une source d émissions électromagnétiques conduites indésirables. Des méthodologies de modélisation précises, qui prennent en compte une grande partie des effets parasites, ont été développées pour évaluer le niveau de ces émissions conduites. Lorsque ces méthodologies sont confrontées aux mesures, les résultats sont en concordance dans une large gamme de fréquence, elles peuvent donc être considérées comme des outils fiables de pronostic. Néanmoins, la plupart des paramètres du modèle d un système électronique ne peuvent pas réellement être déterminés précisément : les conditions d opération sont souvent mal connues (variations de température ou d'humidité) ; les paramètres caractéristiques des composants présentent une certaine dispersion de production ; des interférences externes sont imprévisibles. Dans ce contexte, il est intéressant de développer des méthodologies de modélisation qui soient capables de prendre en compte des incertitudes paramétriques. Dans cette thèse, deux méthodologies d analyse d incertitudes, adaptées aux convertisseurs de puissance, sont proposées. Les incertitudes paramétriques sont modélisées en utilisant des fonctions de densité de probabilité et l objectif de l analyse proposée est de déterminer les moments statistiques, la fonction de densité de probabilité ou la limite supérieure probabiliste des émissions conduites d un convertisseur de puissance quelconque. Des techniques pour aborder les difficultés liées aux non-linéarités, au temps de simulation important et au nombre élevé de dimensions sont discutées. Les méthodologies proposées sont appliquées à des problèmes test et à des problèmes réels, et les résultats sont comparés aux méthodologies classiques. La précision des résultats des méthodologies proposées est similaire aux techniques classiques, mais le temps de calcul est considérablement réduit. Finalement, ce travail ouvre des possibilités de développements nouveaux pour l analyse des incertitudes des systèmes non-linéaires et à grande échelle.The development of semiconductor technology in the last decades has boosted numerous new applications in which power electronic devices have been employed. The fast switching of transistors has allowed power conversion to be performed with high efficiency. However, this improvement brought a new challenge in design: the Electromagnetic Compatibility. Both fast pulses of voltage and current, inside power converters, are a source of unwanted conducted electromagnetic emissions. High accurate modeling methodologies, which takes into account most of the parasitic phenomena, have been developed, in order to compute the level of conducted emissions of electronic devices. When these methods are confronted with measurement, they show good agreement in a large frequency range, and thus they are considered a trustful prediction tool for electronic systems design. Nevertheless, most of the parameters of the model of any electronic system, in reality, cannot be determined precisely, due to unknown operation conditions (i.e.: temperature or humidity variations), production dispersion of the components or unpredictable external interference. In this context, it is of great interest to develop modeling methodologies that are able to take into account parametric uncertainties. In this thesis, two methodologies for uncertainty analysis of power converters are proposed. In the first, namely Polynomials per Frequency, the parametric uncertainty is modeled using probability density functions and the objective of the proposed analysis is to determine the statistical moments, the probability density function or a probabilistic upper bound for the conducted emissions of an arbitrary power converter. In the second methodology, namely Adaptive Unscented Transform, techniques to tackle the difficulties of nonlinearity, long simulation time and high-dimensionality are discussed. The proposed methodologies are applied to benchmark and real-world problems and the results are confronted to classical approaches. The accuracy of the gotten results is similar to those obtained by classical methods, although the required computational time is significantly reduced. Finally, this work leaves many possibilities for further development in the field of uncertainty analysis of nonlinear and highdimensional systems.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Hybridizing network reluctance and boundary integral methods: comparisons on an E-core actuator

International audienceHybridizing the network reluctance method (NRM) and the boundary integral method (BIM) aims to take advantage of both methods. First for ferromagnetic materials in order to take non linearity into account, and second for surrounding air in order to include fringing and leakages accurately. The automation of such modeling has been done with dedicated software and is compared to the tooth contour method (TCM) and finite element (FEM) simulations, which is applied to an E-core actuator

Contribution à l'étude numérique des phénomènes électromagnétiques dans les machines électriques

This work studies the problem of numerical modeling of electromagnetic phenomena in electrical machines. It has two parts. The first part presents a method to reduce, by a physical reasoning adapted to the electromagnetic behavior and the geometry of the machine, the partial derivative equations magnetostatics problem, in a one-dimensional problem. That's what we called the method of division into sectors, while remains an approximate method, it considers an "average" of geometry of the domain and has the advantage of very high speed execution. The second part focuses on the analysis of the density distribution current in a massive conductor of arbitrary shape embedded in a slot. We use the finite element method to solve Helmholtz equation to determine numerically the eigen functions of the Laplacian on the domain. The result is a method for determining an equivalent circuit valid for any current shapes and profiles of the bars.Ce travail s'inscrit dans la problématique de la modélisation numérique des phénomènes électromagnétiques présents dans les machines électriques. Il comporte deux parties. La première partie présente une méthode permettant de ramener, par un raisonnement physique adapté au comportement électromagnétique et à la géométrie de la machine, le problème complet des équations aux dérivées partielles de la magnétostatique, à un problème unidimensionnel. C'est ce que nous avons appelé la méthode de découpage en secteurs qui, tout en demeurant une méthode approchée, tient compte "en moyenne" de la géométrie du domaine et présente l'avantage d'une très grande rapidité d'exécution. La seconde partie porte sur l'analyse de la distribution de la densité de courant dans un conducteur massif de forme quelconque, noyé dans une encoche. Nous utilisons la méthode des éléments finis pour résoudre l'équation d'Helmholtz afin de déterminer numériquement les fonctions propres du Laplacien sur le domaine considéré. Il en résulte une méthode de détermination d'un circuit équivalent valable quels que soient les formes des courants et les profils des barres