Dissertations / Theses: 'Dynamique non linéaire multi-Échelles'

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Brochard, Guillaume. "Dynamique du fishbone ionique dans les tokamaks : théorie et simulations non-linéaires multi-échelles." Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2019. http://www.theses.fr/2019IPPAX002.

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Abstract:

Dans les plasmas de tokamak, les particules rapides générées par les réactions de fusion et par les méthodes de chauffage non-inductives peuvent interagir avec les instabilités Magnéto-Hydro-Dynamiques, conduisant potentiellement à leur transport en dehors du plasma de coeur. Cette problématique est importante dans le contexte des plasmas en combustion, où la relaxation collisionnelle des particules alphas est nécessaire pour compenser la perte d’énergie lors la décharge. Le temps de transport résonant des particules rapides étant bien plus petit que leur temps de thermalisation sur le plasma thermique, ces instabilités MHD-cinétiques peuvent engendrer une dégradation de l’efficacité énergétique de la réaction, qui est d’importance cruciale pour les futurs réacteurs commerciaux. Dans cette thèse, nous étudions l’interaction des ions énergétiques avec le mode de kink interne, qui conduit à l’émergence de l’instabilité fishbone. À cette fin, nous utilisons le code non-linéaire hybride XTOR-K, pour simuler les phases non-linéaires du fishbone ionique, durant lesquelles les particules rapides sont transportées. Dans un premier temps, la théorie linéaire de l’instabilité fishbone est reproduite, retrouvant une relation de dispersion similaire à celle du modèle de Porcelli. Un écart est constaté pour les particules très passantes. Un code linéaire a été implémenté pour résoudre de façon non perturbative la relation de dispersion du fishbone obtenue. Les résultats obtenus avec ce code sont cohérents avec ceux d’XTOR-K dans la phase linéaire des simulations, avec des taux de croissance, des fréquences de rotation et des surfaces de résonance similaires. Ces résultats fournisent une vérification linéaire de XTOR-K, permettant son utilisation sur des équilibres plus complexes, et durant des phases non-linéaires. Dans un second temps, une étude paramétrique est fournise par XTOR-K sur la stabilité linéaire du fishbone alpha, avec des équilibres pertinents pour le cas ITER 15 MA. Nos simulations montrent que ce scénario sera probablement instable à l’égard du fishbone alpha, pour des densités de particules alpha réalistes dans ITER. Les résultats non-linéaires obtenus avec XTOR-K sur un équilibre circulaire peu énergétique et sur le cas ITER 15 MA sont ensuite présentés. Ces résultats documentent la dynamique auto-cohérente des particules rapides et des modes MHD lors d’une oscillation fishbone. Le transport résonant de particules rapides est une caractéristique commune dans ces simulations, accompagnée d’une décroissance charactéristique de la fréquence du mode MHD-cinétique. Les différences dans ces simulations sont discutées, ainsi que le régime non-linéaire charactérisant le mode observé sur la base des théories existantes. Durant une oscillation fishbone, dans nos diffrentes simulations, le transport total de particules alpha au coeur du plasma est de l’ordre de 5 à 10% de la population initiale, ce qui montre que la réduction des performances de fusion due à l’instabilité fishbone-alpha est limitée. À partir de ces simulations, un mécanisme expliquant le couplage non-linéaire entre le transport résonant de particules et la décroissance en fréquence du mode MHD-cinétique est présenté
In tokamak plasmas, fast particles generated by fusion reactions and by non-inductive heating techniques can resonantly interact with Magneto-Hydro-Dynamic (MHD) instabilities, potentially leading to their transport out of the plasma core. This topic is important in the context of burning plasmas, where the collisional relaxation of alpha particles is expected to compensate the energy losses. The resonant transport time of fast particles being much lower than their typical relaxation, these Kinetic-MHD instabilities can adversely impact the plasma energy balance, and therefore the fusion performance of future commercial reactors. In this thesis, we study the interaction of energetic ions with the internal kink mode, resulting in the onset of the fishbone instability. To this end, we use the nonlinear hybrid Kinetic-MHD code XTOR-K to simulate the nonlinear phases of the fishbone instability, during which fast particles are being transported. Firstly, the linear theory of the fishbone instability is re-derived, recovering similar expressions with Porcelli’s dispersion relation. Differences arise when considering deeply passing particles. A linear code has been implemented to solve non-perturbatively the fishbone dispersion relation obtained. Results with this code are consistent with those obtained from XTOR-K linear simulations, in terms of mode growth rates, rotations frequencies and resonant surfaces. This provides a linear verification of XTOR-K, that enables its use on complex equilibria and during nonlinear phases. Secondly, a parametric study is provided by XTOR-K regarding the alpha fishbone linear stability with equilibria relevant for the ITER 15 MA case. Our simulations show that this scenario is likely to be fishbone unstable for ITER relevant alpha particle densities. Finally, nonlinear results obtained with XTOR-K in low energy circular equilibria and in the ITER 15 MA case are presented. These results document the self-consistent dynamics of fast particles and MHD modes during one fishbone oscillation. Resonant fast particle transport is a common feature of these simulations, together with frequency chirping of the Kinetic-MHD mode. Differences between these simulations are discussed, as well as the nonlinear regime characterizing the observed mode based on existing theories. During one fishbone oscillation, in our different simulations, the overall alpha particle transport in the core plasma impacts from 5 to 10% of the initial population, which shows that the reduction of fusion performance due to the alpha-fishbone instability is limited. From these simulations, a mechanism explaining the nonlinear coupling between resonant particle transport and mode chirping is presented

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Segneri, Marco. "Réduction exacte de la dynamique neurale à plusieurs échelles." Thesis, CY Cergy Paris Université, 2020. http://www.theses.fr/2020CYUN1084.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse s'inspire d'une nouvelle génération de modèles de masse neuronale où les équations du champ moyen sont dérivées exactement à partir des équations microscopiques pour une population neuronale composée de QIF neurones. Plus en détail, la thèse est structurée comme suit.Dans le premier chapitre, nous introduisons le concept d'oscillateur de phase et fournissons une analyse détaillée du modèle de Kuramoto. Nous montrons ensuite comment c'est possible de réduire exactement un système de N oscillateurs de phase à un système macroscopique de faible dimension. Dans ce contexte, deux approches exactes du champ moyen a été développé. La première approche, développée en 1993 par Watanabe et Strogatz, est adressée aux oscillateurs identiques; tandis que le second, introduit en 2008 par Ott et Antonsen, décrit la dynamique macroscopique d'oscillateurs non identiques.Dans le deuxième chapitre, nous présentons le modèle de neurone QIF en fournissant une étude détaillée de sa dynamique. Nous définissons ensuite le modèle de réseau de neurones QIF fully-coupled montrant comment passer de la description microscopique d'une population de neurones QIF avec synapses instantanées, correspondant à un système de N degrés de liberté, au modèle exact de masse neuronale avec seulement deux degrés de liberté, c'est-à-dire en termes de firing rate et de potentiel de membrane moyen du réseau.Dans le troisième chapitre, nous examinons deux structures capables de soutenir des oscillations gamma : le réseau pyramidal interneuronal gamma (PING) et le réseau interneuronal gamma (ING). Dans les deux cas, nous observons l'émergence d'oscillations gamma emboîtées en thêta en pilotant le système avec une forçage thêta sinusoïdal à proximité d'une bifurcation de Hopf. Il ressort de notre analyse que les états locked sont plus fréquents dans le cadre de l'ING. En accord avec les expériences, nous trouvons des oscillations gamma locked en thêta pour les fréquences de forçage dans l'intervalle [1:10] Hz, dont les amplitudes croissent proportionnellement à celle du forçage et qui sont clairement modulées par le thêta phase. Contrairement aux résultats expérimentaux, le pic de puissance gamma ne pas passer à des fréquences plus élevées en augmentant la fréquence thêta. Cet effet ne peut être obtenue, dans notre modèle, qu'en incrémentant, en même temps, également le bruit ou l'amplitude de forçage.Dans le quatrième chapitre, nous étudions les réseaux inhibiteurs sparse et équilibrés du QIF neurones caractérisés par une échelle de temps synaptique finie. Comme résultat principal, nous montrons théoriquement et numériquement qu'une seule population inhibitrice peut entraîner la coexistence de rythmes gamma lents et rapides correspondant aux oscillations collectives d'un réseau de neurones équilibré.Dans le cinquième chapitre, nous considérons un réseau inhibiteur sparse de neurones QIF avec des synapses instantanées prouvant la transition de l'état asynchrone aux oscillations collectives pour une connectivité moyenne suffisamment grande en résolvant l'équation de Fokker-Planck associée. Ce résultat est en bon accord avec les simulations de réseaux. De plus, nous essayons d'étendre l'OA théorie pour un réseau sparse en considérant l’approximation du Circulant Cumulant (CC). En particulier, nous considérons les CC jusqu'au deuxième cumulant, en fournissant un système à quatre dimensions pour le premier et le deuxième cumulants. Ce système de faible dimension est capable de capturer la transition de l'asynchrone état aux oscillations collectives, mais l'écart avec les simulations du réseau suggèrent de considérer des ordres supérieurs des cumulants
The work of this thesis is inspired by a new generation of neural mass models where the mean field equations are derived exactly starting from the microscopic ones for the neural population composed of QIF neurons. This innovative approach is based on recent results of statistical physics, which have shown the possibility of deriving exact macroscopic models for coupled phase oscillator networks. In more detail the thesis is structured as follows. In the first chapter we introduce the concept of phase oscillator and provide a detailed analysis of the Kuramoto model. We then show how it is possible to exactly reduce a system of N phase oscillators to a macroscopic system of low dimension. In this context two exact mean-field approaches have been developed. The first approach, developed in 1993 by Watanabe and Strogatz, is devoted to identical oscillators; while the second one,introduced in 2008 by Ott and Antonsen, describes the macroscopic dynamics of non-identical oscillators. In the second chapter we introduce the single QIF neuron model by providinga detailed study of its dynamics. We then define the network model of fullycoupled QIF neurons showing how to move from the microscopic descriptionof a population of QIF neurons with instantaneous synapses, correspondingto a system of N degrees of freedom, to the exact neural mass model withonly two degrees of freedom, that is in terms of the average firing rate andthe average membrane potential of the network.In the third chapter we examine two set-ups able to support collectivegamma oscillations: the pyramidal interneuronal network gamma (PING)and the interneuronal network gamma (ING). In both set-ups we observe theemergence of theta-nested gamma oscillations by driving the system with asinusoidal theta-forcing in proximity of a Hopf bifurcation. From our anal-ysis it emerges that the locked states are more frequent in the ING set-up.In agreement with the experiments, we find theta-nested gamma oscillationsfor forcing frequencies in the range [1:10] Hz, whose amplitudes grow proportionally to the forcing one and which are clearly modulated by the thetaphase. At variance with experimental findings, the gamma-power peak doesnot shift to higher frequencies by increasing the theta frequency. This effectcan be obtained, in our model, only by incrementing, at the same time, also the noise or the forcing amplitude.In the fourth chapter we study balanced sparse inhibitory networks of QIFneurons characterized by a finite synaptic time scale. As the main result,we show theoretically and numerically that a single inhibitory populationcan give rise to coexisting of slow and fast gamma rhythms correspondingto collective oscillations of a balanced spiking network. The slow and fastgamma rhythms are generated via two different mechanisms: the fast onebeing driven by the the coordinated tonic neural firing and the slow one byendogenous fluctuations due to irregular neural activity. We show that al-most instantaneous stimulations can switch the collective gamma oscillationsfrom slow to fast and vice versa.In the fifth chapter we consider a sparse balanced inhibitory network of QIFneurons with instantaneous synapses proving the transition from the asynchronous state to collective oscillations for large enough average connectivityby solving the associated Fokker-Planck equation. This result is in goodagreement with network simulations. Moreover we try to extend the OAtheory for sparse network by considering the Circulant Cumulant approxi-mation (CCs). In particular we consider CCs until the second cumulant,providing a four-dimensional system for the first and second cumulant. Thislow dimensional system is able to capture the transition from asynchronousstate to collective oscillations, however the discrepancy with the networksimulations suggests to consider major order of cumulants

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Mamouri, Saïd. "Dynamique non linéaire des structures et des systèmes multi-corps." Compiègne, 2000. http://www.theses.fr/2000COMP1259.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de développé une méthodologie appropriée pour la dynamique non linéaire des structures et des systèmes multi-corps soumis à de grandes rotations et de grands déplacements. Les modèles éléments finis proposés permettent de modéliser des systèmes très complexes, composés de corps rigides et de corps flexibles, interconnectés par des liaisons de type sphérique, verrou,. . . La première partie de ce document est consacrée à la description des modèles de structure de type poutre et coque, dédiés à la dynamique des structures mécaniques à comportement fortement non linéaire. Ces modèles sont raffinés en choisissant une paramétrisation optimale pour les rotations. Il s'agit du vecteur de rotation incrémentale, qui s'avère le choix le plus judicieux pour la construction des schémas d'intégration temporelle de type Newmark pour les grandes rotations. Au sein de la deuxième partie, nous abordons le problème de la modélisation des liaisons technologiques telles que les liaisons sphérique, verrou,. . . . Les contraintes de ces liaisons ont été imposées par une technique assez originale dans ce domaine dite de substitution maitre-esclave. Elle consiste à modifier les équations de mouvement d'un modèle élément fini standard par le biais des relations maitre-esclave des liaisons. Sa mise en œuvre est acrobatique à cause de la nature non vectorielle des grandes rotations. Dans la dernière partie, une attention particulière a été adressée à l'intégration dynamique des systèmes d'équations raides ainsi obtenus. Nous avons développé des schémas robustes et stables reposant sur la conservation de l'énergie totale à partir d'un schéma de point milieu modifie.

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Charlemagne, Simon. "Dynamique non linéaire d’un assemblage d’oscillateurs : application au contrôle." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSET003.

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Abstract:

L'utilisation de systèmes légers non linéaires permet de réaliser le contrôle vibratoire de structures subissant des oscillations non acceptables en termes de confort pour l'usager ou de sécurité de l'ouvrage. L'étude des puits d'énergie non linéaires, ou « Nonlinear Energy Sinks » (NES), a notamment fait l'objet de nombreuses recherches depuis le début des années 2000. Sa non-linéarité lui confère des capacités de pompage énergétique large bande, c'est-à-dire pour un large intervalle de fréquences de sollicitation, ce qui représente un avantage significatif en comparaison des absorbeurs comme l'amortisseur à masse accordée. Le but de ce manuscrit est d'étudier le couplage de chaîne d'oscillateurs non linéaires à des systèmes dynamiques linéaires soumis à des sollicitations harmoniques et d'analyser d'une part le comportement global du système, et d'autre part les potentialités de contrôle passif de telles chaînes. Une méthodologie analytique générale est présentée, puis appliquée à des exemples où des absorbeurs à non-linéarités cubiques à un, puis à N degrés de liberté sont attachés à un oscillateur linéaire. Une variation de cette méthodologie adoptant une vision continue de la chaîne est ensuite proposée. Enfin, un dispositif expérimental étudie le comportement d'un modèle réduit de bâtiment à un étage couplé à une chaîne de huit oscillateurs non linéaires
Nonlinear light oscillators can be used for performing vibratory passive control of structures undergoing unacceptable oscillations in terms of comfort and safety. The study of Nonlinear Energy Sinks (NES) has been especially subject to an important research effort since the beginning of the 2000s. Its essential nonlinearity enables it to achieve large-band energy pumping, which is a significant advantage in comparison with classical Tuned Mass Dampers. In this manuscript, nonlinear chains of oscillators coupled to linear systems under harmonic excitation are studied. The main goal is to understand the behavior of the whole system and find evidence of passive control abilities of such chains. First of all, a general analytical methodology is presented and applied to examples where single and multi-degree-of-freedom absorbers with cubic nonlinearities are linked to a linear oscillator. A modification of this approach by considering the chain in the form of a continuous approximation is then proposed. Finally, an experimental device composed of a single storey reduced-scale building coupled to a chain of eight nonlinear oscillators is investigated

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Guskov, Mikhail. "Dynamique non-linéaire des systèmes multi-rotors : Etudes numérique et expérimentale." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2007. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/mguskov.pdf.

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Abstract:

Le développement des machines suit une logique liée aux performances, ce qui entraîne des niveaux de sollicitations toujours plus proches des limites matériaux. Cette tendance a pour effet de favoriser l'apparition de comportements vibratoires non-linéaires. Cette thèse a donc pour objectif d'étudier la dynamique non-linéaire des structures et tout particulièrement celle correspondant à des moteurs d'avion multi-rotor. Deux axes ont été développés en parallèle, le premier qui correspond aux aspects théoriques et le deuxième de nature expérimentale. En ce qui concerne les développements théoriques, nous nous sommes intéressés au cas des non-linéarités fortes conjuguées avec une richesse multi-fréquentielle des excitations. Dans ce cadre, nous avons étudié des modèles de roulements adaptés à la simulation en dynamique d'ensemble qui inclut les caractéristiques propres du contact ainsi que la présence des jeux. Al'aide de ces modèles, nous avons pu simuler les réponses vibratoires d'un système bi-rotor nonlineaire, notamment en contra-rotation. Afin de réaliser une étude pertinente de ce système nous avons développé un code qui généralise l'estimation des réponses au cas quasi-périodique et qui permet aussi de statuer sur la stabilité de ces régimes. Aussi, nous avons mis au point un banc d'essai bi-rotor représentatif du comportementdynamique d'un moteur réel. Après une phase de conception et de mise en oeuvre du banc,différents types de tests de caractérisation ont été réalisés. Nous avons tout d'abord analysé les réponses vibratoires en co- et contra-rotation. Puis dans une deuxième phase, une configuration surcritique de l'arbre Basse Pression a été testée. L'ensemble de ces essais a permis de mettre en valeur les spécificités dynamiques des moteurs bi-rotor tant du point vue des régimes vibratoires (régimes périodiques, quasi-périodique, modes directs et rétrogrades) que des effets non-linéaires (distorsion des pics, présence de surharmoniques d'ordre deux)
Modern trends in the progress of the machine design are to increase performances while reducing mass. This causes augmented loads in machine parts while the compliances grow as well. The resulting dynamical responses occur at accrued levels, putting forward nonlinear phenomena. The aim of this thesis is to study nonlinear structural dynamics, especially in view of application to multi-shaft aircraft engines rotordynamics. This problematics is investigated by theory and experiment. As for the theoretical development, we adress the dynamical response of strongly nonlinear systems under multi-frequency excitations. To this aim, the models of roller bearings are studied and implemented from the point of view of application to rotordynamics computations. In particular, these models take radial clearance and nonlinear contact stigness into account. In order to deal with multiple unbalance excitations which are present in multi-shaft rotor systems, we have elaborated a generalized harmonic balance approach so as to predict the resulting quasi-periodic motions. This work has been applied to a dual shaft test rig with an intershaft bearing built during this study. Methods of stability evaluation are also considered in view of extensions to quasi-periodic motions. In the experimental part of the work, we have designed and studied a dual shaft test rig with an intershaft bearing. The overall modal analysis of this rig matches a real aircraft engine's rotordynamical behavior. After the design and construction of the rig, several operational configurations have been tested. Firstly, we have studied the unbalance response of the machine under the nominal co-rotating conditions in order to validate the design approach and estimate the residual unbalance of the machine. Secondly, the counter-rotating operation has been tested. Finally, an additional mass has been mounted on one of the shafts. This has allowed to lower one of the modes into the operational range of the machine. The overall test results have enabled the observations of dynamical phenomena typical for the dual shaft dynamics both from the rotordynamical and nonlinear points of view : forward and backward whirls, quasi-periodic precession motion, resonance peaks distorsion and superharmonic response

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Peillex, Guillaume. "Modélisations numériques multi-échelles du comportement dynamique de matériaux composites sous sollicitations tribologiques : cas des composites Carbone/Carbone utilisés en freinage aéronautique." Lyon, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAL0068.

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Abstract:

Afin de comprendre les mécanismes d’usure des composites utilisés dans les freins aéronautiques, il faut dissocier le rôle de la mécanique de ceux de la thermique et de la physico-chimie. Pour cela, un modèle mécanique, numérique par éléments finis, d’un composite à deux échelles (macroscopique et microscopique) et sous sollicitations de contact frottant en dynamique, est crée. La convergence est obtenue grâce à une loi de frottement particulière. La mise en place d’une approche multiéchelles par homogénéisation-relocalisation a permis de dissocier l’influence de l’échelle macroscopique, fixant les régimes de vibrations possibles, de celle de l’échelle mésoscopique, sélectionnant le régime effectif. Un scénario d’endommagement basé sur les estimations des contraintes locales aux deux échelles du matériau a pu être mis au point et rejoins des observations expérimentales. Le modèle permet aussi de caractériser l’influence de certains paramètres de fabrication du matériau sur son comportement tribologique
In order to understand the wear mechanism of composites used in aeronautic brakes, we need to dissociate the role of the mechanical phenomena from those of the thermal and physico-chemical phenomena. A two-scale composite is modelized numerically, using finite elements, and takes into account the mechanical aspect of dynamic contact with friction loading. Convergence is achieved thanks to a particular friction law. A multi-scale approach, by homogenization allows to dissociate the influence of the macroscopic scale, which determines the possible vibration modes, from the one of the mesoscopic scale, which chooses the mode that is really expressed. A damage scenario, based on local stress evaluation for each scale, is set up and joins experimental observations. The model also allows to characterize the influence of some manufacturing process parameters over its tribological behavior

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Guskov, Mikhail. "Dynamique non-linéaire des systèmes multirotors. Etudes numérique et expérimentale." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00438353.

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Abstract:

Le développement des machines suit une logique liée aux performances, ce qui entraîne des niveaux de sollicitations toujours plus proches des limites matériaux. Cette tendance a pour effet de favoriser l'apparition de comportements vibratoires non-linéaires. Cette thèse a donc pour objectif d'étudier la dynamique non-linéaire des structures et tout particulièrement celle correspondant à des moteurs d'avion multi-rotor. Deux axes ont été développés en parallèle, le premier qui correspond aux aspects théoriques et le deuxième de nature expérimentale. En ce qui concerne les développements théoriques, nous nous sommes intéressés au cas des non-linéarités fortes conjuguées avec une richesse multi-fréquentielle des excitations. Dans ce cadre, nous avons étudié des modèles de roulements adaptés à la simulation en dynamique d'ensemble qui inclut les caractéristiques propres du contact ainsi que la présence des jeux. A l'aide de ces modèles, nous avons pu simuler les réponses vibratoires d'un système bi-rotor non-linéaire, notamment en contra-rotation. Afin de réaliser une étude pertinente de ce systËme nous avons développé un code qui généralise l'estimation des réponses au cas quasi-périodique et qui permet aussi de statuer sur la stabilité de ces régimes. Aussi, nous avons mis au point un banc d'essai bi-rotor représentatif du comportement dynamique d'un moteur réel. Après une phase de conception et de mise en \oe uvre du banc, différents types de tests de caractÈrisation ont été réalisés. Nous avons tout d'abord analysé les réponses vibratoires en co- et contra-rotation. Puis dans une deuxième phase, une configuration surcritique de l'arbre Basse Pression a été testée. L'ensemble de ces essais a permis de mettre en valeur les spécificités dynamiques des moteurs bi-rotor tant du point vue des régimes vibratoires (régimes périodiques, quasi-périodiques, modes directs et rétrogrades) que des effets non-linéaires (distorsion des pics, présence de surharmoniques d'ordre deux).

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Muzard, Philippe. "Etude du comportement dynamique linéaire et non-linéaire d'un rotor d'hélicoptère : Application au couplage rotor-fuselage." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1994. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1582_pmuzard.pdf.

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Abstract:

Le développement croissant des moyens de calculs et des méthodes d'optimisation mis a la disposition des ingénieurs conduit à mieux dimensionner les structures. La conséquence immédiate est l'apparition de phénomènes non-lineaires dans le comportement dynamique qui peuvent modifier considérablement la réponse linéaire. Le premier thème abordé dans cette étude concernera donc la prise en compte des non-linéarites dans la dynamique des rotors d'hélicoptères. Nous montrerons que les non-linéarites ne peuvent pas toujours être négligées et conduisent parfois à des comportements chaotiques voire instables. Une analyse spécifique de ces phénomènes nous conduira à appliquer des méthodes classiques - séries de Volterra, théorie de la forme normale - afin d'identifier les principaux paramètres non-linéaires. L'originalité de cette étude réside dans l'application de méthodes d'analyse non-lineaire à un système physique multi-dimensionnel proche de la réalité. Nous traiterons ensuite du couplage entre deux structures linéaires. Dans le cas de l'hélicoptere, la particularité tient au fait que le rotor présente un caractère gyroscopique marqué. La description modale du fuselage sera adoptée pour simplifier l'analyse. Deux approches seront abordées. Un modèle simplifié permet dans un premier temps d'identifier les degrés de liberté qui se couplent. Un second modèle, qui prend en compte de nombreux effets aérodynamiques, sera utilisé comme moyen de conception et de dimensionnement des hélicoptères. Enfin, nous étudierons un phénomène vibratoire de couplage instable entre le rotor et le fuselage par l'intermediaire d'ensembles mécaniques secondaires
The development of computing power and optimisation methods used by the engineers leads to a better design of structures. It has for first consequence the appearance of non linear phenomena affecting the dynamic behaviour which can modify in a large part the linear response. The first part of this work deals also with the insertion of non linearities in the modelling of helicopter rotor dynamics. We will show that non linearities can't be always neglected and leads sometimes to chaotic behaviour and even instability. A particular analysis of these phenomena is made using well-known methods - Volterra's series, normal form theory - in order to identify the main non linear parameters. The original aspect of this work lies in the application of non linear analysis to a multi-dimensional system which is close to reality. We will study afterwards the coupling between two linear structures. In the case of helicopter, the particularity is that the rotor is strongly gyroscopic. We will use a modal approach of the fuselage to simplify the analysis. Two directions will be explored. A simplified model permits us to identify the coupled degrees of freedom. A second modelling, taking into account numerous aerodynamic effects, will be used as a tool for conception and design of helicopters. At last, we will study an unstable coupling between rotor and fuselage through particular mechanical organs

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Voslion, Thibaut. "Instabilité de déchirement multiple et cisaillement fluide dans un plasma chaud magnétisé." Aix-Marseille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010AIX11121.

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Abstract:

Cette thèse traite des interactions multi-échelles entre instabilité de déchirement magnétique multiple et cisaillement ﬂuide dans les plasmas de Tokamak. Cette étude est réalisée pour montrer l'inﬂuence du cisaillement fluide sur la reconnexion globale, phénomène non linéaire lie au double mode de déchirement, et extrêmement néfaste pour le conﬁnement du plasma dans les Tokamaks. Une étude théorique et numérique du double mode de déchirement en présence d’un écoulement cisaille, pouvant déclencher l'instabilité de Kelvin-Helmholtz, est effectuée dans le cadre de la magnétohydrodynamique (MHD) réduite et résistive. L‘étude systématique des effets linéaires et non linéaires est effectuée ici en fonction des paramètres pertinents. Ainsi, un ensemble de dynamiques différentes est obtenue, turbulente ou non turbulente selon les différents paramètres. Nous trouvons que même en présence d'une forte turbulence, la dynamique mène de façon systématique à la reconnexion globale lorsque les surfaces résonnantes sont suffisamment proches l’une de l’autre. Cependant, la reconnexion globale peut—être fortement retardée par la présence du cisaillement fluide
This thesis process a multi-sacle interaction study about Double tearing mode and shear flow instability in Tokamak. The study is made to show the influence of a shear ﬂow on global reconnection, nonlinear phenomena linked to the double tearing mode, and harmful for plasma conﬁnement in tokamaks. Both theoretical and numerical studies on double tearing mode in presence of a shear ﬂow, which can trigger Kelvin-Helmholtz instability, is performed in the framework of reduced and resistive magnetohydrodynamics (MHD). The systematic study of linear and nonlinear effects is performed as a function of relevant parameters. Thus, different dynamics are obtained, with and without turbulence depending on parameters. We find that even in presence of a strong turbulence, the double tearing dynamics leads to the global reconnexion if resonnant surfaces are close enough. However, the global reconnexion may be signiﬁcantly delayed in presence of a shear ﬂow

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Leprovost, Nicolas. "Influence des petites échelles sur la dynamique à grande échelle en turbulence hydro et magnétohydrodynamique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007809.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation des petites échelles de la turbulence afin d'obtenir des équations fermées pour les grandeurs à grande échelle (ou moyennées). Nous nous basons sur des modèles de type stochastique ou statistique afin d'étudier les trois problèmes suivants : - Les grandeurs globales dans un écoulement fortement turbulent, en turbulence hydrodynamique. En adoptant une paramétrisation stochastique des petites échelles, nous prédisons la distribution statistique du couple reçu par la turbulence. - l'effet dynamo engendé par un écoulement turbulent. Une modélisation stochastique permet de dériver une équation pour la distribution de probabilité du champ magnétique et d'identifier un seuil d'effet dynamo en présence de turbulence. - les états d'équilibre de la turbulence axisymétrique aussi bien hydrodynamique que magnétohydrodynamique. Nous les étudions via une approche de mécanique statistique.

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Roy, Vincent. "Lasers à fibre à synchronisation modale passive par rotation non linéaire de la polarisation : dynamique en régime multi-impulsionnel." Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24719/24719.pdf.

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Abstract:

Les travaux présentés dans cet ouvrage concernent l’étude de la dynamique des lasers à fibre à synchronisation modale passive. Le mécanisme qui assure la formation des impulsions repose sur un principe d’interférométrie non linéaire (i.e. rotation non linéaire de la polarisation). Or, ce mécanisme possède la particularité de voir son action être renversée lorsque la puissance des impulsions dépasse un certain seuil, i.e. les ailes observent un gain plus élevé que le centre de l’impulsion. Le train d’impulsions devient alors instable, une situation généralement suivie de l’apparition d’une ou plusieurs impulsions additionnelles. Dans ce nouveau régime, il est courant d’observer la formation de groupes d’impulsions cohérentes. La nature de l’interaction en jeu diffère selon que la dispersion observée par les impulsions est plus ou moins élevée. Dans le cas où la dispersion résiduelle de la cavité permet la propagation d’impulsions solitoniques, il a été montré que ce phénomène est relié à l’interaction non linéaire entre les impulsions et les ondes dispersives résonantes émises suite aux perturbations périodiques encourues par les impulsions suivant leur propagation dans la cavité. Toutefois, dans le cas où des milieux de dispersion positive et négative sont disposés dans la cavité pour faire en sorte de réduire la dispersion résiduelle de celle-ci, les bandes latérales associées aux ondes dispersives résonantes s’en trouvent fortement atténuées en raison de la dérive de fréquence (importante) observée par les impulsions dans chaque portion de la cavité. En fait, on montre que la formation des groupes d’impulsions résulte plutôt de l’interaction directe entre les impulsions puisque celles-ci sont amenées à se superposer partiellement sur une portion significative de la cavité. Également, dans ce même régime, on rapporte l’observation de collisions qui se produisent entre des groupes d’impulsions voyageant avec des vitesses différentes. Divers scénarios sont observés suivant les modifications plus ou moins importantes entraînées par la collision. En effet, il n’est pas nécessaire que l’énergie et la quantité de mouvement soient conservées lors des collisions entre les impulsions dans le laser puisqu’il s’agit d’un système dissipatif. En outre, dans le cas où les collisions se répètent sur une base périodique, l’acquisition d’une séquence d’autocorrélations a permis de mettre en évidence la dynamique particulière qui caractérise le processus de collision.
The work presented herein is primarily concerned with the dynamics of passively mode-locked fiber lasers. The mechanism used for achieving pulse emission relies on nonlinear interferometry (i.e. nonlinear polarization rotation). However, the same mechanism acts as a limiter whenever the pulse power is increased above a given amount, i.e. the wings are subject to a higher gain than the peak of the pulse. The pulse train then becomes unstable and the creation of one or more additional pulses follows from this instability. In this new regime, it is not unusual to observe the formation of coherent states of bound pulses. The nature of the interaction responsible for this phenomenon depends on the amount of dispersion experienced by the pulses along the laser cavity. In the case of a cavity that sustains the formation of solitons, the occurrence of pulse bound states was shown to result from the nonlinear interaction between the pulses and the resonant dispersive waves emitted as a result of the periodic perturbations the solitons undergo on successive cavity round trips. In contrast, for the case of a cavity built from positive and negative dispersion fibers such as to reduce the net dispersion, the sidebands related to the resonant dispersive waves are greatly reduced because of the significant frequency chirp the pulses acquire along each fiber segment. Thus we show here that the formation of pulse bound states results instead from the direct interaction between the multiple pulses since the pulses interfere with one another on a significant part of the laser cavity. In addition, in the same regime, we report the observation of collisions occurring between pulse bound states traveling with different group velocities. This process may result in several outcomes, depending on the changes the bound states undergo during the collisions. In fact, energy and momentum need not be conserved in the process since the laser is a dissipative system. Finally, in the case of collisions that repeat periodically, the acquisition of a sequence of autocorrelations allowed us to verify the peculiar dynamics that characterizes the collision process.

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Sudre, J. "Circulation submésoéchelle et comportements des prédateurs marins supérieurs : Apport de l'analyse multi-échelles et multi-capteurs." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00929804.

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Abstract:

L'océan est le siège de mouvements complexes à toutes échelles spatiales et temporelles. Au sein d'une circulation moyenne et globale existe une circulation secondaire peuplée de fronts, de méandres, de jets étroits, de tourbillons, que l'on nomme circulation à mésoéchelle. L'observation spatiale permet une description et une évaluation synoptique de cette dynamique à mésoéchelle au moyen de l'altimétrie et la diffusiométrie. Cette évaluation a été le premier objectif de cette thèse et a permis de développer un produit distribué à la communauté scientifique internationale : le produit GEKCO. Cependant la description des processus submésoéchelle à plus fine résolution nécessite l'utilisation de données à super-résolution (couleur de l'eau, température de surface) qui ont la possibilité de représenter toute la complexité d'un océan en régime de turbulence pleinement développée. Une méthode à la croisée de l'océanographie physique et de la "science de la complexité" utilisant la formulation microcanonique de la cascade multiplicative, le produit GEKCO et des images de température de la mer, a fait l'objet de la seconde partie de ce manuscrit. La dynamique océanique étant la clef de voûte de tout le monde marin du vivant, la dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'impact de la circulation à mésoéchelle et à submésoéchelle sur la chaîne trophique marine en se focalisant sur ses deux extrémités. L'étude de la circulation à submésoéchelle a permis de montrer qu'elle joue un rôle prépondérant pour la biomasse marine ; un rôle d'activateur en océan ouvert et un rôle d'inhibiteur dans les systèmes d'upwelling de bord Est. Différentes études sur les trajets de prédateurs marins supérieurs ont démontré la nécessité de prendre en compte la dynamique océanique pour interpréter leur comportement de navigation.

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Laxalde, Denis. "Étude d'amortisseurs non-linéaires appliqués aux roues aubagées et aux systèmes multi-étages." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00344168.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude d'amortisseurs non-linéaires pour les roues aubagées de turbomachines. Les problèmes vibratoires sont de première importance pour les motoristes aéronautiques puisqu'ils sont à l'origine des phénomènes de fatigue et des risques de défaillance associés. L'usage de technologies d'amortissement est donc assez répandu et, parmi celles-ci, les dispositifs non-linéaires de type frottement tiennent une place importante. Ici, on s'intéresse à l'étude de frotteurs circulaires, appelés joncs, pour l'amortissement des structures monoblocs tournantes.

Des méthodologies numériques ont été développées dans cet objectif; il s'agit principalement de méthodes d'analyse non-linéaire dans le domaine fréquentiel adaptées aux structures à symétrie cyclique telles que celles qui nous intéressent. La modélisation des interfaces de contact et son influence sur ces méthodes sont aussi abordées. En outre, une approche modale, permettant l'étude des paramètres modaux (fréquence propre et taux d'amortissement) d'un système non-linéaire en fonction de son énergie (ou de son niveau vibratoire) est proposée. Cette méthode présente plusieurs avantages parmi lesquels la possibilité de quantifier, de façon directe, l'efficacité d'un dispositif d'amortissement non-linéaire ou encore la possibilité de traiter plusieurs types de problèmes (réponses libres ou forcées) de façon unifiée.

Ces méthodes sont ensuite appliquées à l'étude de deux types de dispositif d'amortissement. En premier lieu, l'amortissement par joncs de friction des structures monoblocs est étudié d'un point de vue numérique sur des structures industrielles. La phénoménologie du système non-linéaire est décrite en détails ce qui permet d'évaluer les performances de cette technologie ainsi que ses limites. Ensuite, l'étude d'une solution d'amortissement par pompage énergétique est proposée. Le principe du pompage énergétique consiste à utiliser un absorbeur de vibration de faible masse et de caractéristique fortement non-linéaire pour l'amortissement d'une structure principale (généralement linéaire). Ici, l'usage d'un absorbeur à caractéristique hystérétique est envisagé. Sur un système simple, les phénomènes de pompage énergétique - c'est à dire un transfert irréversible et unilatéral de l'énergie vibratoire du système principal vers l'absorbeur - sont étudiés à l'aide de méthodes numériques adaptées.

En parallèle des problématiques liées à l'amortissement, nous nous sommes intéressés à la modélisation et l'analyse dynamique des ensembles multi-étages de roues aubagées. Bien que récente, cette problématique est aujourd'hui majeure pour la conception des turbomachines et les méthodes existantes d'analyse en dynamique s'avèrent mal adaptées au problème. Une méthode innovante et efficace de modélisation en symétrie cyclique multi-étage est ici proposée; elle permet de modéliser un ensemble de structures cycliques par un secteur élémentaire de chaque étage et les analyses peuvent se faire par harmoniques spatiales. Une application non-linéaire de cette méthode est aussi proposée.

Enfin, les premiers résultats d'une étude expérimentale de caractérisation de l'amortissement par joncs de friction sont présentés. Le banc d'essais, sa conception et les choix technologiques sont présentés en détails. Suivent les premiers résultats expérimentaux obtenus lors de la phase de déverminage ainsi qu'une comparaison avec les prédictions de simulations numériques.

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Abed, Issam. "Modélisation et optimisation d'un récupérateur d'énergie vibratoire électromagnétique non-linéaire multimodale." Thesis, Besançon, 2016. http://www.theses.fr/2016BESA2003/document.

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Abstract:

Afin d’accomplir les promesses des récupérateurs d’énergie vibratoire (VEHs) qui s’imposent comme unealternative majeure pour garantir l’autonomie des capteurs pour la surveillance, leurs performances en termes debande passante et puissance récupérable doivent être améliorées. Dans cette thèse, à la différence des VEHs classiqueslinéaires et multimodales ou non-linéaires et mono-fréquence, on propose une approche de récupérationd’énergie basée sur des réseaux d’aimants couplés en lévitation ou élastiquement guidés combinant les avantagesdes non-linéarités et des interactions modales. Une étude bibliographique sur les récupérateurs d’énergie vibratoireest effectuée. En particulier, les inconvénients des récupérateurs linéaires et les techniques de réglage de fréquencesont présentées. De plus, les méthodes non-linéaires sont présentées pour définir une procédure de résolution permettantl’étude de la dynamique des récupérateurs non-linéaires. Les équations du mouvement qui contiennentla non-linéarité magnétique, la non-linéarité géométrique et l’amortissement électromagnétique sont résolus enutilisant la méthode de la balance harmonique couplée avec la méthode asymptotique numérique. Une méthodologied’optimisation multi-objectif basée sur l’algorithme Non Sorting Genetic Algorithm est appliquée afin decalculer les solutions optimales pour maximiser les performances du récupérateur d’énergie. Grâce au couplagenon-linéaire et aux interactions modales, pour le cas des trois aimants couplés, l’approche proposée permet la récupérationde l’énergie vibratoire dans la gamme fréquentielle 4;6 - 14;5 Hz, avec une bande passante d’environ190 % et une puissance normalisée de 20,2 mWcm-3g-2
In order to accomplish the promises of vibration energy harvesters (VEHs) as a major alternative to powersensors, their performances in terms of frequency bandwidth and harvested power have to be improved. In thisthesis, unlike classical VEHs either linear and multimodal or nonlinear and mono-frequency, we propose a vibrationenergy harvesting approach based on arrays of coupled levitated or elastically guided magnets combining thebenefits of nonlinearities and modal interactions.A review of VEHs is carried out. Particularly, the design issues of linear harvesters are addressed and frequencytuning techniques are presented. A review of nonlinear methods is also presented in order to define a solving procedureenabling the investigation of the dynamics of nonlinear VEHs. The equations of motion which include themagnetic nonlinearity, the geometric nonlinearity and the electromagnetic damping are solved using the harmonicbalance method coupled with the asymptotic numerical method. A multi-objective optimization procedure isintroduced and performed using a non-dominated sorting genetic algorithm for the cases of small magnet arraysin order to select the optimal solutions in term of performances by bringing the eigenmodes close to each other interms of frequencies and amplitudes. Thanks to the nonlinear coupling and the modal interactions even for onlythree coupled magnets, the proposed method enable harvesting the vibration energy in the operating frequencyrange of 4.6–14.5 Hz, with a bandwidth of 190 % and a normalized power of 20:2mWcm-3g-2

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Lucas, Iris. "Dynamique et contrôle d'un marché financier avec une approche système multi-agents." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMLH39/document.

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Abstract:

Cette thèse propose une réflexion autour de l'étude des marchés financiers sous le prisme des systèmes complexes.Tout d'abord une description mathématique est proposée pour représenter le processus de prises de décision des agents dès lors où celui-ci bien que représentant les intérêts individuels d'un agent, est également influencé par l'émergence d'un comportement collectif. La méthode est particulièrement applicable lorsque le système étudié est caractérisé par une dynamique non-linéaire. Une application du modèle est proposée au travers de l'implémentation d'un marché artificiel boursier avec une approche système multi-agents. Dans cette application la dynamique du marché est décrite à la fois aux niveaux microscopiques (comportement des agents) et macroscopique (formation du prix). Le processus de décision des agents est défini à partir d'un ensemble de règles comportementales reposant sur des principes de logique floue. La dynamique de la formation du prix repose sur une description déterministe à partir des règles d'appariement d'un carnet d'ordres central tel que sur NYSE-Euronext-Paris. Il est montré que le marché artificiel boursier tel qu'implémenté est capable de répliquer plusieurs faits stylisés des marchés financiers : queue de distribution des rendements plus épaisse que celle d'une loi normale et existence de grappes de volatilité (ou volatility clustering).Par la suite, à partir de simulations numériques il est proposé d'étudier trois grandes propriétés du système : sa capacité d'auto-organisation, de résilience et sa robustesse. Dans un premier temps une méthode est introduite pour qualifier le niveau d'auto-organisation du marché. Nous verrons que la capacité d'auto-organisation du système est maximisée quand les comportements des agents sont diversifiés. Ensuite, il est proposé d'étudier la réponse du système quand celui-ci est stressé via la simulation de chocs de marché. Dans les deux analyses, afin de mettre en évidence comment la dynamique globale du système émerge à partir des interactions et des comportements des agents des résultats numériques sont systématiquement apportés puis discutés.Nos résultats montrent notamment qu'un comportement collectif grégaire apparait à la suite d'un choc, et, entraîne une incapacité temporaire du système à s'auto-organiser. Finalement, au travers des simulations numériques il peut être également remarqué que le marché artificiel boursier implémenté est plus sensible à de faibles répétitions répétées qu'à un choc plus important mais unique
This thesis suggests reflection in studying financial markets through complex systems prism.First, an original mathematic description for describing agents' decision-making process in case of problems affecting by both individual and collective behavior is introduced. The proposed method is particularly applicable when studied system is characterized by non-linear, path dependent and self-organizing interactions. An application to financial markets is proposed by designing a multi¬agent system based on the proposed formalization.In this application, we propose to implement a computational agent-based financial market in which the system is described in both a microscopie and macroscopic levels are proposed. The agents' decision-making process is based on fuzzy logic rules and the price dynamic is purely deten-ninistic according to the basis matching rules of a central order book as in NYSE-Euronext-Paris. We show that, while putting most parameters under evolutionary control, the computational agent- based system is able to replicate several stylized facts of financial time series (distributions of stocks returns showing a heavy tau l with positive excess kurtosis and volatility clustering phenomenon).Thereafter, with numerical simulations we propose to study three system's properties: self-organization, resilience and robustness. First a method is introduced to quantify the degree of selforganization which ernerges in the system and shows that the capacity of self-organization is maximized when the agents' behaviors are heterogeneous. Secondly, we propose to study the system's response when market shock is simulated. in both cases, numerical results are presentedI and analyzed, showing how the global market behavior emerges from specific individual behavior interactions.Our results notably show that the emergence of collective herding behavior when market shock occurs leads to a temporary disruption on the system self-organization. Finaily, numerical simulations highlight that our artificial financial market can be able to absorb strong mono-shock but be lead to the rupture by low but repeated perturbations

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Duarte, Max. "Méthodes numériques adaptatives pour la simulation de la dynamique de fronts de réaction multi-échelles en temps et en espace." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00667857.

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Abstract:

Nous abordons le développement d'une nouvelle génération de méthodes numériques pour la résolution des EDP évolutives qui modélisent des phénomènes multi-échelles en temps et en espace issus de divers domaines applicatifs. La raideur associée à ce type de problème, que ce soit via le terme source chimique qui présente un large spectre d'échelles de temps caractéristiques ou encore via la présence de fort gradients très localisés associés aux fronts de réaction, implique en général de sévères difficultés numériques. En conséquence, il s'agit de développer des méthodes qui garantissent la précision des résultats en présence de forte raideur en s'appuyant sur des outils théoriques solides, tout en permettant une implémentation aussi efficace. Même si nous étendons ces idées à des systèmes plus généraux par la suite, ce travail se focalise sur les systèmes de réaction-diffusion raides. La base de la stratégie numérique s'appuie sur une décomposition d'opérateur spécifique, dont le pas de temps est choisi de manière à respecter un niveau de précision donné par la physique du problème, et pour laquelle chaque sous-pas utilise un intégrateur temporel d'ordre élevé dédié. Ce schéma numérique est ensuite couplé à une approche de multirésolution spatiale adaptative permettant une représentation de la solution sur un maillage dynamique adapté. L'ensemble de cette stratégie a conduit au développement du code de simulation générique 1D/2D/3D académique MBARETE de manière à évaluer les développements théoriques et numériques dans le contexte de configurations pratiques raides issue de plusieurs domaines d'application. L'efficacité algorithmique de la méthode est démontrée par la simulation d'ondes de réaction raides dans le domaine de la dynamique chimique non-linéaire et dans celui de l'ingénierie biomédicale pour la simulation des accidents vasculaires cérébraux caractérisée par un terme source "chimique complexe''. Pour étendre l'approche à des applications plus complexes et plus fortement instationnaires, nous introduisons pour la première fois une technique de séparation d'opérateur avec pas de temps adaptatif qui permet d'atteindre une précision donnée garantie malgré la raideur des EDP. La méthode de résolution adaptative en temps et en espace qui en résulte, étendue au cas convectif, permet une description consistante de problèmes impliquant une très large palette d'échelles de temps et d'espace et des scénarios physiques très différents, que ce soit la propagation des décharges répétitives pulsées nanoseconde dans le domaine des plasmas ou bien l'allumage et la propagation de flammes dans celui de la combustion. L'objectif de la thèse est l'obtention d'un solveur numérique qui permet la résolution des EDP raides avec contrôle de la précision du calcul en se basant sur des outils d'analyse numérique rigoureux, et en utilisant des moyens de calculs standard. Quelques études complémentaires sont aussi présentées comme la parallélisation temporelle, des techniques de parallélisation à mémoire partagée et des outils de caractérisation mathématique des schémas de type séparation d'opérateur.

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Castillo, Zamora José de Jesús. "Conception, Modélisation et Contrôle d'un Système Multi-Drones pour la Manipulation Aérienne." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2021. http://www.theses.fr/2021UPASG051.

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Abstract:

Un sujet passionnant dans le domaine des véhicules aériens autonomes est l'interaction avec l'environnement par la manipulation en vol, y compris la récupération, le transport et le déploiement, qui dévoile un énorme potentiel vis-à-vis des applications industrielles et de service. À cet égard, cette thèse doctoral se concentre sur la conception et l'étude dynamique basé sur l'énergie d'un système aérien sans pilote à liaisons multiples capable d'effectuer des tâches de manipulation. L'étude de ce système aérien comprend le contrôle du véhicule volant à liaisons multiples par la théorie du contrôle en mode glissant, la conception de contrôleurs basés sur le principe de Lyapunov et, parallèlement, à l'application de filtres de Kalman pour l'estimation de l'état et des perturbations. La dernière partie de la thèse est consacrée à l'examen des effets des retards sur les drones. Des résultats de simulation sont fournis pour prouver l'efficacité de la proposition globale de la thèse
A recent and exciting topic within the field of autonomous aerial vehicles is the interaction with the surrounding environment via in-flight manipulation, including retrieving, transport and deployment, which unveils an enormous potential vis-a-vis industrial and service applications. In this regard, the actual thesis focuses on the conception and energy-based dynamical study of a multi-link unmanned aerial system able to perform manipulation tasks. The study of the aforementioned robotic aerial system includes the control of the flying multi-link vehicle by the sliding mode control theory and the conception of Lyapunov-based controllers alongside the application of Kalman Filters for state and disturbances estimation. The last part of the thesis is devoted to the examination of time-delays effects on unmanned aerial systems. Detailed simulation results are provided to prove the effectiveness of the overall thesis proposal

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Grenat, Clément. "Nonlinear Normal Modes and multi-parametric continuation of bifurcations : Application to vibration absorbers and architectured MEMS sensors for mass detection." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI078/document.

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Abstract:

Un des buts de cette thèse est d’approfondir la compréhension de la dynamique non-linéaire, notamment celle des MEMS, en proposant de nouvelles méthodes d’analyse paramétrique et de calcul de modes normaux non-linéaires. Dans une première partie, les méthodes de détection, de localisation et de suivi de points de bifurcation selon un unique paramètre sont rappelées. Ensuite, une nouvelle méthode d’analyse multiparamétrique basée sur la continuation récursive d’extremums est présentée. Cette méthode est ensuite appliquée à un absorbeur de vibration non-linéaire afin de repousser l’apparition de solutions isolées. Deuxièmement, une méthode de calcul de modes normaux non-linéaires est présentée. Une condition de phase optimale et une régularisation de l’équation de mouvement sont proposées afin d’obtenir une méthode de continuation plus robuste au niveau des interactions modales. Ensuite, un problème quadratique aux valeurs propres modifié pour le calcul de stabilité et de points de bifurcation est présenté. Finalement, le calcul de modes normaux non-linéaires a été étendu aux systèmes non-conservatifs permettant la continuation des résonances d’énergie en déplacement et des résonances de phase. Troisièmement, la dynamique non-linéaire de réseaux de MEMS basé sur plusieurs micro-poutres résonantes est analysée à l’aide des méthodes proposées. Tout d'abord, un phénomène de synchronisation de points de bifurcations dû au couplage électrostatique dans les réseaux de MEMS est expliqué. Puis, la dynamique non-linéaire d'un réseau dissymétrisé par l'ajout d'une petite masse sur une micro-poutre est analysée. Enfin, des mécanismes de détection de masse exploitant ces phénomènes non-linéaires sont présentés
One of the goals of this thesis is to enhance the comprehension of nonlinear dynamics, especially MEMS nonlinear dynamics, by proposing new methods for parametric analysis and for nonlinear normal modes computation. In a first part, methods for the detection, the localization and the tracking of bifurcation points with respect to a single parameter are recalled. Then, a new method for parametric analysis, based on recursive continuation of extremum, is presented. This method is then applied to a Nonlinear Tuned Vibration Absorber in order to push isolated solutions at higher amplitude of forcing. Secondly, a method is presented for the computation of nonlinear normal modes. An optimal phase condition and a relaxation of the equation of motion are proposed to obtain a continuation method able to handle modal interactions. Then, a quadratic eigenvalue problem is shifted to compute the stability and bifurcation points. Finally, nonlinear normal modes are extended to non-conservatives systems permitting the continuation of phase and energy resonances. Thirdly, the nonlinear dynamics of MEMS array, based on multiple resonant micro-beams, is analyzed with the help of the proposed methods. A frequency synchronization of bifurcation points due to the electrostatic coupling is discovered. Then, the nonlinear dynamics of a MEMS array after symmetry breaking event induced by the addition of a small mass onto one of the beam of the array is analyzed. Finally, mass detection mechanisms exploiting the discovered phenomena are presented

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Falvo, Cyril. "DYNAMIQUE VIBRATIONNELLE MULTI-QUANTA DANS LES RÉSEAUX QUANTIQUES NON LINÉAIRES: Polarons et bi-polarons dans les bio-polymères et les nanostructures moléculaires." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00128559.

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Abstract:

Dans ce travail théorique, nous présentons une étude de la dynamique vibrationnelle multi-quanta des réseaux quantiques non linéaires. Ces réseaux présentent une distribution périodique de modes de vibration haute fréquence dont la dynamique est le fruit de la compétition entre les phénomènes suivants:
Les couplages dipolaires favorisent la délocalisation des vibrations donnant naissance à la propagation d'excitons vibrationnels : les vibrons.
L'anharmonicité intramoléculaire favorise une interaction attractive entre les vibrons et entraîne l'apparition d'états liés. Caractérisés par une localisation de l'interdistance vibronique, les états liés sont l'équivalent quantique d'objets non linéaires tels que les solitons.
L'interaction vibron-phonon modifie la nature des états à travers le mécanisme d'habillage qui traduit la création de polarons qui sont des vibrons habillés par une déformation du réseau. Ce mécanisme diminue la capacité de délocalisation des polarons et correspond à une seconde source de non linéarité.

Notre formalisme, appliqué aux hélices-alpha et aux nanostructures moléculaires, révèle les points suivants:
A température biologique, une hélice-alpha, bien représentée par un modèle 1D, est le siège de deux états liés dont la présence a été observée expérimentalement. A basse température, la nature des états polaroniques reflète le caractère 3D des hélices.
Dans un nanofil de taille finie, la singularité du mécanisme d'habillage entraîne l'apparition d'états localisés.
Les non linéarités locale et non locale permettent un transport énergétique cohérent véhiculé par des états liés liés spécifiques.

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Andrade, João Rodrigo. "Spectral analysis of the turbulent energy cascade and the development of a novel nonlinear subgrid-scale model for large eddy simulation." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I006/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est d’analyser et d’acquérir de nouvelles connaissances sur le comportement de la dynamique de petites échelles des écoulements turbulents et de proposer un nouveau modèle sous-maille non linéaire pour la simulation des grandes échelles de la turbulence. De cette façon, la présente thèse est subdivisée en trois parties principales. Le premier sujet concerne l’analyse des incertitudes statistiques associées aux données de simulation numérique directe pour des écoulements turbulents en canal plan, fournissant une nouvelle quantification physique de ces erreurs. Dans cette analyse, l’erreur de vitesse moyenne est estimée en prenant en compte le tenseur de contrainte de Reynolds et en utilisant l’équation de forces moyennes. Cette analyse est effectuée afin de vérifier la qualité des données statistiques provenant de la simulation numérique directe appliquée dans le présent travail. Deuxièmement, pour comprendre la physique contenue dans l’ensemble du spectre de nombre d’ondes des écoulements turbulents, une analyse du bilan d’énergie cinétique turbulente dans un écoulement de canal plan turbulent complètement développé est réalisée. L’analyse est centrée sur l’influence du nombre de Reynolds sur la cascade spectrale d’énergie et la cascade d’énergie correspondante dans l’espace physique en présence d’inhomogénéité et d’anisotropie. Finalement, nous présentons un nouveau modèle sous-maille non linéaire, conçu pour la simulation des grandes échelles de la turbulence, basé sur un ensemble de tenseurs objectifs. Dans le modèle de fermeture proposé, le tenseur de contrainte à l’échelle sous-maille est fonction du tenseur de la vitesse de déformation et du tenseur de non-persistance de contraintes, où les deux sont des entités cinématiques locales et objectives. Le tenseur non-persistance de contraintes représente la capacité locale du fluide à ne pas être constamment étiré. Pour vérifier la cohérence du modèle proposé, de tests a priori et a posteriori sont effectués en simulant différents écoulements turbulents délimités par de parois. Des comparaisons avec le tenseur de contrainte exact à l’échelle de sous-maille et de données expérimentales ont révélé que l’inclusion de termes non linéaires dans le modèle sous-maille peut conduire à de meilleurs résultats, montrant le potentiel important de la base tensorielle proposée
The purpose of the present work is to analyze and to provide an enhancement of the knowledge about the subgrid-scale behavior and to propose novel nonlinear subgrid-scale models for large eddy simulations of turbulent fluid flows. In this way, the present thesis is subdivided into three main parts. The first topic is an analysis of the statistical uncertainties associated with direct numerical simulation data for turbulent channel flow, showing a novel physicallybased quantification of these errors. In this analysis, the mean velocity error is estimated by considering the Reynolds stress tensor, and using the balance of mean force equation. This analysis is performed in order to verify the quality of the statistical data coming from the direct numerical simulation applied in the present work. Secondly, seeking to understand the contained physics in the whole wavenumber spectrum of turbulent flows, an analysis of the spectral turbulent kinetic energy budget in fully developed turbulent plane channel flow is performed. The analysis is focused on the influence of the Reynolds number on the spectral cascade of energy and the corresponding energy cascade in physical space in the presence of inhomogeneity and anisotropy. Finally, a novel nonlinear subgrid-scale model for large eddy simulation based on a set of objective tensors is presented. In the proposed closure model, the modeled subgrid-scale stress tensor is a function of the resolved rate-of-strain tensor and the resolved non-persistence-of-straining tensor, where both are local and objective kinematic entities. The non-persistence-of-straining tensor represents the local ability of the fluid to avoid being persistently stretched. To check the consistency of the proposed model, a priori and a posteriori tests are performed by simulating different wall-bounded turbulent flows. Comparisons with the exact subgrid-scale stress tensor and experimental data revealed that the inclusion of nonlinear terms on the subgrid-scale model can significantly increase the accuracy of the results, showing the great potential of the proposed tensorial base

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Krupiński, Szymon. "Suivi des structures offshore par commande référencée vision et multi-capteurs." Thesis, Nice, 2014. http://www.theses.fr/2014NICE4051.

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Abstract:

Cette thèse vise à rendre possible l’utilisation des véhicules sous-marins autonomes (AUVs) dans l’inspection visuelle des structures offshore. Deux tâches sont identifiées: le suivi des structures rectilignes et la stabilisation devant les cibles planaires. Les AUVs complétement actionnés et équipés d'une centrale inertielle, un DVL, un altimètre et une caméra vidéo sont visés. La dynamique en 6 d.d.l. d'un AUV est rappelée. L'architecture de contrôle reflétant la structure en cascade de la dynamique est choisie. Une boucle interne asservie la vitesse du véhicule à la consigne et une boucle externe calcule la vitesse de référence à partir des informations visuelles. Le suivi de pipe est assuré par l'asservissement visuel 2D qui calcule la vitesse de référence à partir des bords du pipeline détectés dans l’image. La convergence globale asymptotique et localement exponentielle de la position, de l’orientation et de la vitesse sont obtenues. Le contrôleur de stabilisation utilise la matrice d’homographie. Seule la connaissance imprécise de l’orientation de la cible est nécessaire. L’information cartésienne de la profondeur de la cible est estimée à l’aide d’un observateur. La convergence quasi-globale et localement exponentielle de ce contrôleur est démontrée. Afin de tester ces méthodes un simulateur a été développé. Des images de synthèse de haute-fidélité sont générées à partir de simulateur Morse. Elles sont traitées en temps réel à l’aide de la bibliothèque OpenCV. Un modèle Simulink calcule la dynamique complète des 6 d.d.l. du véhicule simulé. Des résultats détaillés sont présentés et mettent en avant les résultats théoriques obtenus
This thesis deals with a control system for a underwater autonomous vehicle given a two consequent tasks: following a linear object and stabilisation with respect to a planar target using an on-board camera. The proposed solution of this control problem takes advantage of a cascading nature of the system and divides it into a velocity pilot control and two visual servoing schemes. The serving controllers generate the reference velocity on the basis of visual information; line following is based on binormalized Pluecker coordinates of parallel lines corresponding to the pipe contours detected in the image, while the stabilisation relies on the planar homography matrix of observed object features, w.r.t. the image of the same object observed at the desired pose. The pilot, constructed on the full 6 d.o.f. nonlinear model of the AUV, assures that the vehicle’s linear and angular velocities converge to their respective setpoints. Both image servoing schemes are based on minimal assumptions and knowledge of the environment. Validation is provided by a high-fidelity 6 d.o.f. dynamics simulation coupled with a challenging 3D visual environment, which generates images for automatic processing and visual servoing. A custom simulator is built that consist of a Simulink model for dynamics simulation and the MORSE robot and sensor simulator, bound together by ROS message passing libraries. The OpenCV library is used for real-time image processing. Methods of visual data filtering are described. Thus generated experimental data is provided that confirms the desired properties of the control scheme presented earlier

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Khodor, Nadine. "Analyse de la dynamique des séries temporelles multi-variées pour la prédiction d’une syncope lors d’un test d’inclinaison." Thesis, Rennes 1, 2014. http://www.theses.fr/2014REN1S123/document.

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Abstract:

La syncope est une perte brusque de conscience. Bien qu'elle ne soit pas généralement mortelle, elle présente un impact économique sur le système de soins et sur la vie personnelle de personnes en souffrant. L'objet de la présente étude est de réduire la durée du test clinique (environ 1 heure) et d'éviter aux patients de développer une syncope en la prédisant. L'ensemble de travail s'inscrit dans une démarche de datamining associant l'extraction de paramètres, la sélection des variables et la classification. Trois approches complémentaires sont proposées, la première exploite des méthodes d'analyse non-linéaires de séries temporelles extraites de signaux acquises pendant le test, la seconde s'intéresse aux relations cardiovasculaires en proposant des indices dans le plan temps-fréquence et la troisième, plus originale, prendre en compte leurs dynamiques temporelles
Syncope is a sudden loss of consciousness. Although it is not usually fatal, it has an economic impact on the health care system and the personal lives of people suffering. The purpose of this study is to reduce the duration of the clinical test (approximately 1 hour) and to avoid patients to develop syncope by early predicting the occurrence of syncope. The entire work fits into a data mining approach involving the feature extraction, feature selection and classification. 3 complementary approaches are proposed, the first one exploits nonlinear analysis methods of time series extracted from signals acquired during the test, the second one focuses on time- frequency (TF) relation between signals and suggests new indexes and the third one, the most original, takes into account their temporal dynamics

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Gatt, Antoine. "Instabilité des freins aéronautiques : Approche transitoire et multi-physique." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEC024.

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Abstract:

Les freins aéronautiques sont soumis à des instabilités vibratoires induites par le frottement. Il en résulte des vibrations qui présentent un risque pour la structure du frein et de l’atterrisseur et posent des problèmes d’intégration. Safran Landing Systems doit donc répondre à des spécifications avionneurs strictes sur les niveaux des vibrations générées par son équipement. Le respect de ces spécifications est actuellement contrôlé par la réalisation d’essais de freinage longs et coûteux. L’objectif de ces travaux de recherche est de reproduire numériquement ces phénomènes vibratoires via des outils intégrables au processus de conception d’un frein. Le crissement de frein, bien qu’il soit l’objet de recherches depuis le début du XXe siècle, demeure un phénomène assez mal compris, notamment dans l’aéronautique. Des vibrations instables apparaissent régulièrement sur l’ensemble de la plage fréquentielle 0-2 kHz. Au cours de la dernière décennie, une instabilité vibratoire vers 200 Hz dénommée whirl 2 s’est manifestée de manière récurrente et souvent critique sur la plupart des nouveaux freins développés. On cherche donc à mettre en place une méthode permettant de simuler l’apparition et les amplitudes des instabilités vibratoires, notamment du mode de whirl 2. Dans une première partie, on présente des analyses d’essais vibratoires réalisés en conditions opérationnelles et expérimentales. On décrit ensuite la modélisation par la méthode des éléments finis du frein instable au sens de Lyapunov. La stabilité du système linéarisé est étudiée et on montre une corrélation en fréquence et déformée entre le modèle et les essais. Ce modèle éléments finis est trop volumineux en l’état pour permettre la simulation d’amplitudes de vibrations non linéaires. On propose donc dans une seconde partie deux méthodes de réduction adaptées à l’architecture complexe d’un système de freinage aéronautique et permettant la prise en compte du frottement. La première est une méthode semi-analytique qui se révèle très performante jusqu’à 500 Hz. La seconde méthode de réduction mise en oeuvre est la double synthèse modale. Elle est implémentée dans sa version classique, puis une amélioration est proposée avec succès : la double synthèse modale complexe. La troisième partie est consacrée à l’étude de la dynamique non linéaire du whirl 2 par la réalisation d’intégrations temporelles. La simulation des amplitudes de vibration nécessite la prise en compte réaliste du comportement non linéaire du frein. Or, on fait d’abord le constat que, contrairement à une hypothèse communément admise, les non-linéarités de contact situées aux interfaces frottantes ne suffisent pas à expliquer à elles seules la saturation des amplitudes vibratoires constatée expérimentalement. La recherche des phénomènes physiques non linéaires influents nous amène a considérer l’interaction de la structure vibrante avec le circuit hydraulique de commande du frein. La modélisation du couplage hydrodynamique fournit alors des éléments de compréhension inédits et permet de formuler des règles de conception. Enfin on étudie l’impact du frottement sec dans les contacts périphériques des disques de freinage avec la structure. Ce phénomène, jusque là négligé, apparaît largement prépondérant. Des études d’influences, présentant une bonne corrélation avec les essais, permettent de mettre en évidence de manière robuste l’influence du design et des scénarios de freinage sur les amplitudes vibratoires
These vibrations are a threat for the brake and landing-gear structural integrity and represent an issue in terms of integration. Thus Safran Landing Systems has to comply with aircraft manufacturers’ strict requirements on the vibration amplitude its product is likely to generate. Compliance to these requirements is assessed by long and costly braking test campaigns. The objective of the research presented here is to reproduce by simulation the brake dynamic instabilities with numerical tools that could be integrated in the design process. Brake squeal has been a research topic since the early XXth century. However it remains a rather ill-understood phenomenon, especially in aeronautics. Unstable vibrations regularly appear on the whole 0-2kHz frequency spectrum. In the last decade, an instability located around 200 Hz called whirl 2 persistently appeared on the newly developed wheel and brake assemblies, sometimes exhibiting critical vibration amplitudes. Consequently, Safran Landing Systems wishes to develop numerical tools able to simulate both the occurrence and the amplitudes associated with friction-induced instabilities, especially with the whirl 2 mode. In the first part of this report, an experimental analysis of the brake is conducted, on both laboratory and in operational set-ups. The modelling of the wheel and brake assembly using the finite element method is then described. The system stability in a Lyapunov’s sense is studied and shows good correlation in both frequencies and mode shapes with the experiments. This finite element model is too big to be used to perform the transient simulation of the nonlinear amplitudes. In the second part, two reduction methods, tailored to the complex aircraft brakes architectures, are thus presented. The first method is a semi-analytical. It shows excellent performances up to 500 Hz. The second reduction method is the double modal synthesis, implemented under its classical version. It is then successfully improved and called "complex double modal synthesis". The third part is dedicated to the study of the nonlinear dynamics of the whirl 2 through transient analyses. The nonlinear amplitudes simulation requires taking into account the relevant nonlinear brake behavior. However, it is first observed that, contrary to a commonly accepted hypothesis, the contact nonlinearities located at the friction interfaces cannot single-handedly account for the vibration amplitudes saturation observed in the tests. The need to identify the relevant physical phenomena leads then to consider the interaction between the squealing brake structure and its hydraulic command circuit. The modelling of the hydro-mechanical coupling provides an unprecedented insight and allows to prescribe design rules. Finally, we study the impact of dry friction in the peripheral contacts between the braking discs and the structure. This phenomenon, neglected until now, appears to have a major influence. Sensitivity studies exhibit a good correlation with tests, allowing to highlight, in a robust manner, the impact of brake design and braking scenarii on the nonlinear vibration amplitudes

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Andral, Ugo. "Algorithme d'évolution pour laser à fibre optique en régime d'impulsions courtes." Thesis, Dijon, 2016. http://www.theses.fr/2016DIJOS050/document.

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Abstract:

Le sujet de cette thèse se rapporte à la génération d’impulsions ultracourtes dans une cavité laser fibrée à travers l’optimisation automatique de ses paramètres par un algorithme d’évolution. L’intérêt pour cette problématique provient de la difficulté à explorer les dynamiques impulsionnelles de manière systématique dans un large domaine de paramètres expérimentaux. Nous avons montré que l’implémentation d’un algorithme d’évolution sur une cavité laser fibrée de ce type peut être réalisée, en prenant les précautions adéquates pour que cette association soit la plus efficace possible. Nous avons démontré expérimentalement pour la première fois le verrouillage de modes depuis la seule optimisation des contrôleurs de polarisation utilisant une procédure automatique d’auto-apprentissage. Nous avons démontré que la sélection du blocage de modes depuis son spectre radio-fréquence permet de sélectionner le taux de répétition desimpulsions à l’intérieur de la cavité. Ces résultats préliminaires démontrent les potentialités de notre méthode employée dans des situations de dynamique non linéaire ultrarapide de grande complexité, particulièrement sensibles aux paramètres
This thesis deals with the generation of ultrashort pulses within a fiber laser cavity through the automatic optimization of its parameters by an evolutionary algorithm. The interest of this subject comes from the difficulty to systematically explore dynamics in a large domain of experimental parameters. We have shown that it is possible to implement an evolutionary algorithm on fiber laser cavity with appropriate precautions. We have experimentally demonstrated for the first time the mode locking of a laser cavity only using the optimization of polarization controllers through an automatic and self-learning procedure. We also have demonstrated that selecting the mode locking from it radio-frequency spectrum allow to select the pulses repetition rate within the cavity. These preliminary results show the promising aspect of our method used in situations of non linear ultrafast dynamics with high complexity which are particularly sensitive to parameters

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Nuel, Gavaldà Xavier. "Application d’algorithmes génétiques multi-objectifs et études expérimentales de la durée de vie du faisceau de l’anneau de stockage du synchrotron SOLEIL." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS205/document.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l’optimisation des sources de lumière synchrotron. La dynamique de faisceau non linéaire de l'anneau de stockage du synchrotron SOLEIL est optimisée à l’aide d’algorithmes génétiques multiobjectifs (MOGA-ELEGANT). Le code ELEGANT est d’abord comparé avec le code étalon de SOLEIL, TRACY3. Le code MOGA est ensuite utilisé pour obtenir les meilleures configurations possible en termes d’ouvertures dynamiques et d’acceptances en énergie, qui sont fortement en rapport avec la durée de vie Touschek et l'efficacité d'injection respecti-vement. Après 1 mois de calcul sur le cluster de calcul de haute performance de SOLEIL en utilisant 200 CPU, un ensemble de solutions est trouvé. Elles sont testées expérimentalement dans la salle de contrôle du SOLEIL. L'amélioration de la durée de vie Touschek obtenue est confirmée par les mesures : la durée de vie du faisceau de l'anneau de stockage de SOLEIL est accrue de 50 à 60%. La deuxième partie de ce travail de thèse présente une étude expérimentale de la durée de vie du faisceau de l'anneau de stockage de SOLEIL. En particulier les contributions de la durée de vie Touschek et la durée de vie de gaz sont étudiées. La durée de vie du faisceau est mesurée en fonction de paramètres importants tels que le couplage, racleurs horizontaux et verticaux, et le courant. Les résultats expérimentaux sont comparés avec les durées de vie Touschek calculées par la formule Piwinski mise en œuvre dans le code TRACY3 et la durée de vie du gaz calculée analytiquement. Cette étude permet de montrer que la composition du gaz résiduel et la pression locale varient de manière importante le long de toute la machine: l’effet des ondulateurs sous-vide est dominant. Des nombres atomiques effectifs sont obtenus. La forme des courbes expérimentales est proche des courbes simulées et est compatible avec un nombre atomique effectif proche de 7
This thesis is dedicated to the optimization of the nonlinear beam dynamics of synchrotron radiation light sources using Multi-objective Genetic Algorithms (MOGA-ELEGANT). In the first part the ELEGANT code is benchmarked against TRACY3; then MOGA is tuned and used to find the best settings of quadrupole and sextupole magnets in order to maximize the dynamic and momentum apertures, strongly related with the Touschek lifetime and the injection efficiency respectively. Solutions obtained after one month of computation in the high level computational cluster of SOLEIL using 200 CPUs are analyzed. The improvement of the Touschek lifetime obtained with MOGA is confirmed by the beam-based experiments. The beam lifetime of the SOLEIL storage ring is increased 50-60 % .The second part this PhD work is devoted to study experimentally the beam lifetime of the SOLEIL storage ring to improve the understanding of the beam lifetime and its contributions: the Touschek and gas lifetimes. The beam lifetime is measured in function of important parameters as coupling, horizontal and vertical scrapers, and bunch current. The experimental results are compared with the simulated ones. The Piwinski formula is implemented in the tracking code TRACY3 to replace Bruck approximation. The gas lifetimes were computed using analytical models. This study allows understanding that the composition of the residual gas and the local pressure along all the machine vary significantly between the arcs and the in-vacuum insertion devices: new effective atomic number are obtained. This type of measurement remains difficult to analyze without a large error margin; in-vacuum insertions have a dominant contribution. The shape of the experimental curves is closed to the expected ones and compatible with an effective atomic number of about 7

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Gloria, Antoine. "Modélisation et méthodes numériques multi-échelles en élasticité non linéaire." Marne-la-vallée, ENPC, 2007. http://www.theses.fr/2007ENPC0710.

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Abstract:

Ce travail porte principalement sur l’étude mathématique de méthodes numériques pour l’homogeneisation de fonctionnelles intégrales utilisées en élasticité non linéaire. Ces méthodes couplent, au niveau mésoscopique, un matériau hyperélastique hétérogène ou un réseau de liens en interaction, avec, au niveau macroscopique, un modèle d’élasticité non linéaire. La loi de constitution macroscopique est obtenue par la résolution de problèmes mésoscopiques, continus ou discrets. Aux chapitres 1, 2 et 3 on introduit les modèles mécaniques et les outils mathématiques et numériques utilisés par la suite. Aux chapitres 5, 6 et 7, on présente une méthode directe de résolution numérique du comportement homogénéisé d’un matériau composite périodique en grandes déformations et un cadre général pour l’analyse des méthodes d'homogénéisation numérique. On démontre notamment la convergence de méthodes numériques classiques sous des hypothèses générales ainsi qu’un résultat de correcteur numérique. On étend enfin les résultats au couplage avec des méthodes de sur-échantillonnage. Aux chapitres 8, 9 et 10, nous considérons une modélisation mesoscopique par un système discret. Nous étudions d’abord un problème de G-fermeture pour un réseau de résistances. Au chapitre suivant nous démontrons un résultat de représentation intégrale pour l’énergie d’un système de spins en interaction. Enfin, nous dérivons un modèle hyperélastique continu à partir d’un réseau stochastique de points en interaction, et l’appliquons pour démontrer la convergence de modèles discrets développés en mécanique. Dans une dernière partie, chapitre 11, nous présentons une nouvelle méthode numérique pour résoudre des problèmes d’interaction fluide structure, ou la structure est décrite par une coque tridimensionnelle.

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Pineau, Pierre. "Etude numérique de la production et de la propagation d'ondes non linéaires dans les jets supersoniques." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEC034/document.

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Abstract:

Dans ce travail de thèse, les mécanismes à l'origine de la formation des chocs associés à la perception de crackle proche de jets supersoniques axisymétriques sont étudiés à l'aide de simulations numériques. Dans ces simulations, les équations de Navier-Stokes instationnaires et compressibles sont résolues en coordonnées cylindriques à l'aide de différences finies d'ordre élevé peu dissipatives et peu dispersives. Quatre jets temporels à des nombres de Mach de 2 et~3 et à des nombres de Reynolds compris entre 3125 et 50000 sont simulés dans un premier temps. Des ondes acoustiques de forte amplitude présentant d'importants gradients de pression sont mises en évidence à proximité des jets. Elles se forment par un mécanisme de raidissement à la source qui est étudié par le calcul de moyennes conditionnelles synchronisées autour des pics de pression en champ proche. Ces moyennes montrent un lien direct entre ces ondes non linéaires et la convection de structures cohérentes à desvitesses supersoniques dans les couches de~mélange. L'influence de la température sur la formation de ces ondes est examinée dans un second temps par le calcul de cinq jets temporels à des rapports de température de 1, 2 et 4, et à des nombres de Mach acoustique compris entre 2 et 4. À vitesse d'éjection constante, les niveaux de bruit produits par les jets chauds sont moins élevés que ceux du jet isotherme, mais les ondes non linéaires qu'ils rayonnent sont peu affectées par une hausse de température. À nombre de Mach constant, les niveaux augmentent avec la température, de même que l'asymétrie des fluctuations de pression, traduisant un renforcement du caractère non linéaire des ondes rayonnées. Ces variations pourraient être dues à celles de la vitesse de convection des structures cohérentes, qui augmente de façon significative avec la température lorsque le nombre de Mach est constant, mais diminue légèrement à vitesse~constante. Finalement, trois simulations de jets spatiaux isothermes et chauds à un nombre de Mach acoustique de 2 et à des nombres de Reynolds de 12500 et 50000 sont mises en \oe uvre. Des ondes de Mach présentant d'importants gradients de pression sont visibles au voisinage direct des jets. La formation de ces ondes est liée, comme dans le cas des jets temporels, à la convection supersonique de structures cohérentes dans les couches de mélange. Le champ lointain acoustique est enfin déterminé par des méthodes d'extrapolation linéaire et non linéaire. Lorsque la propagation est non linéaire, un raidissement additionnel des fronts d'onde est constaté en champ lointain
Numerical simulations are carried out with the aim of investigating the formation of nonlinear steepened waves at the origin of crackle in the near acoustic field of supersonic jets. In these simulations, the compressible Navier-Stokes equations are solved in cylindrical coordinates using high-order low-dissipative and low-dispersive finite difference schemes.Four temporally-developing isothermal round jets are first simulated at Mach numbers of~2 and~3 and at Reynolds numbers ranging from 3,125 to 50,000. Strong acoustic waves containing sharp pressure variations are observed in the vicinity of the jets. Their formation process is described by the computation of conditional averages which are triggered by the detection of strong pressure peaks in the near field. Such steepened waves are then shown to be produced by the supersonic motion of coherent structures inside the jet shear layers.Temperature effects are then investigated by considering five temporal round jets at temperature ratios of 1, 2 and~4 and at acoustic Mach numbers of 2, 2.8 and 4. For a given jet speed, the sound levels produced by the hot jets are lower than those of the isothermal one. However, the properties of the steepened waves they generate are not significantly affected by a rise of temperature. On the contrary, when the Mach number is held constant, pressure levels are higher at high temperature. The skewness and kurtosis factors of pressure fluctuations are also increased, which indicates a strengthening of the asymmetry and the intermittency of the pressure fluctuations. It is likely that the influence of temperature on these waves results from the variations of the convection speed, which is found to significantly increase with temperature at constant Mach number, but to slightly decrease at constant jet speed.Finally, three simulations of spatially-developing axisymmetric, isothermal and hot jets at a Mach number of~2 and at Reynolds numbers of 12500 and 50000 are performed. Strong Mach waves possessing the distinctive features of crackle are visible in the near vicinity of the jets. As observed for temporal simulations, their formations are associated with the supersonic motion of large-scale coherent structures inside the jet shear layers. The far acoustic field is determined using linear as well as nonlinear extrapolation methods. When nonlinear propagation effects are taken into account, a further steepening of the wavefronts is observed with increasing propagation distance

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Khanagha, Vahid. "Nouvelles méthodes multi-échelles pour l'analyse non-linéaire de la parole." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00821896.

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Abstract:

Cette thèse présente une recherche exploratoire sur l'application du Formalisme Microcanonique Multiéchelles (FMM) à l'analyse de la parole. Dérivé de principes issus en physique statistique, le FMM permet une analyse géométrique précise de la dynamique non linéaire des signaux complexes. Il est fondé sur l'estimation des paramètres géométriques locaux (les exposants de singularité) qui quantifient le degré de prédictibilité à chaque point du signal. Si correctement définis est estimés, ils fournissent des informations précieuses sur la dynamique locale de signaux complexes. Nous démontrons le potentiel du FMM dans l'analyse de la parole en développant: un algorithme performant pour la segmentation phonétique, un nouveau codeur, un algorithme robuste pour la détection précise des instants de fermeture glottale, un algorithme rapide pour l'analyse par prédiction linéaire parcimonieuse et une solution efficace pour l'approximation multipulse du signal source d'excitation.

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Colon, Célian. "Modeling economic resilience." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX098.

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Abstract:

De grandes transformations écologiques et climatiques sont aujourd'hui à l’œuvre. Elles sont sources d’instabilité environnementale, à l’image d’évènements climatiques extrêmes devenus plus fréquents, plus intenses, et touchant de nouvelles régions du globe. A défaut de pouvoir empêcher ces changements, comment les sociétés humaines pourraient-elles s'y adapter ? Pour beaucoup de chercheurs et de décideurs, c’est par la résilience qu’elles y parviendront. Ce concept semble renfermer des solutions nouvelles, adaptées à un monde turbulent et incertain. Par définition, les systèmes résilients sont capables de rebondir face à des chocs inattendus, d’apprendre rapidement et de s'adapter à des conditions inédites. Malgré l’intérêt suscité par cette notion, les processus qui permettent à une société d’être résiliente restent encore mal connus. Cette thèse développe un cadre conceptuel nouveau permettant, via la modélisation mathématique, d'explorer les liens théoriques entre mécanismes économiques et résilience. Ce cadre repose sur une analyse critique de la résilience en écologie — domaine d’origine du concept — et en économie — notre champ d’application. Nous l’appliquons aux systèmes de production économique, modélisés comme des réseaux de firmes et analysés à travers la théorie des systèmes dynamiques. Cette thèse évalue l’aptitude de tels modèles, dits multi-agents, à générer des profils de bifurcations, étape incontournable de l’analyse mathématique de la résilience. Nous étudions pour cela une dynamique proie–prédateur très générale en écologie et en économie. Ensuite, cette thèse s'attaque à un facteur majeur qui entrave la résilience : les fortes interdépendances entre activités économiques, par lesquelles les retards et interruptions de production se propagent d’une entreprise à l’autre. En utilisant des réseaux de production réalistes, nous montrons comment les délais d'approvisionnement, lorsque intégrés dans des topologies particulières, démultiplient ces phénomènes de propagation. Ensuite, grâce à un modèle évolutionnaire, nous mettons en lumière l’existence d’un risque systémique : les cascades d’incidents ont lieu alors même que tous les agents possèdent des inventaires adaptés au niveau de risque. Ce phénomène s’amplifie lorsque les chaînes d'approvisionnement se spécialisent et se fragmentent. Ces résultats théoriques ont une valeur générale, et pourront servir à orienter de futures recherches empiriques. Cette thèse fait en outre avancer les connaissances sur des méthodes et objets mathématiques très récents, comme les équations booléennes à retard formant un réseau complexe, et les dynamiques évolutionnaires sur les graphes. Les modèles et le cadre conceptuel proposés ouvrent de nouvelles perspectives de recherche sur la résilience, en particulier sur l’impact des rétroactions environnementales sur l'évolution structurelle des réseaux de production
A wide range of climatic and ecological changes are unfolding around us. These changes notably manifest themselves through an increased environmental variability, such as shifts in the frequency, intensity, and spatial distribution of weather-related extreme events. If human societies cannot mitigate these transformations, to which conditions should they adapt? To many researchers and stakeholders, the answer is resilience. This concept seems to subsume a variety of solutions for dealing with a turbulent and uncertain world. Resilient systems bounce back after unexpected events, learn novel conditions and adapt to them. Theoretical models, however, to explore the links between socioeconomic mechanisms and resilience are still in their infancy. To advance such models, the present dissertation proposes a novel conceptual framework. This framework relies on an interdisciplinary and critical review of ecological and economic studies, and it is based on the theory of dynamical systems and on the paradigm of complex adaptive systems. We identify agent-based models as crucial for socioeconomic modeling. To assess their applicability to the study of resilience, we test at first whether such models can reproduce the bifurcation patterns of predator–prey interactions, which are a very important factor in both ecological and economic systems. The dissertation then tackles one of the main challenges for the design of resilient economic system: the large interconnectedness of production processes, whereby disruption may propagate and amplify. We next investigate the role of delays in production and supply on realistic economic networks, and show that the interplay between time delays and topology may greatly affect a network’s resilience. Finally, we investigate a model that encompasses adaptive responses of agents to shocks, and describes how disruptions propagate even though all firms do their best to mitigate risks. In particular, systemic amplification gets more pronounced when supply chains are fragmented. These theoretical findings are fairly general in character and may thus help the design of novel empirical studies. Through the application of several recent ideas and methods, this dissertation advances knowledge on innovative mathematical objects, such as Boolean delay equations on complex networks and evolutionary dynamics on graphs. Finally, the conceptual models herein open wide perspectives for further theoretical research on economic resilience, especially the study of environmental feedbacks and their impacts on the structural evolution of production networks

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Hauret, Patrice. "Méthodes numériques pour la dynamique des structures non-linéaires incompressibles à deux échelles." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000961.

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Abstract:

Le travail exposé dans ce mémoire consiste en une étude mathématique et numérique d'outils permettant la simulation de la dynamique de structures complexes non-linéaires, quasi-incompressibles, et présentant deux échelles de longueurs caractéristiques. Pour être plus précis concernant ce dernier point, les structures considérées sont supposées comporter des détails géométriques fins sur leur bord. Cette étude, réalisée en partenariat avec la Manufacture Française des Pneumatiques Michelin, est largement motivée par l'importance de calculs dynamiques en roulage du pneumatique afin de prédire la valeur de différentes grandeurs physiques : contraintes dans les matériaux, pressions de contact au sol ou encore rayonnement acoustique. Dans ce cadre, les difficultés d'obtention de simulations complètes et réalistes pour des coûts de calcul raisonnables sont liées à la complexité de la géométrie, au comportement des matériaux, au mode de sollicitation par contact, ou encore à l'intervention de différentes échelles de longueur, de temps ou de rigidité caractéristiques de la structure. Après une description de l'anatomie du pneumatique, nous mentionnons quelques uns des enjeux de la simulation numérique lors de la phase de conception. Nous soulignons ensuite les propriétés intrinsèques de la structure qui rendent ces études délicates. Enfin, nous délimitons les problèmes qui occupent le reste de ce mémoire, et esquissons la démarche adoptée. Référence est faite au contenu des chapitres et aux contributions apportées.

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Gasso, Gilles. "Identification des systèmes dynamiques non-linéaires : approche multi-modèle." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://www.theses.fr/2000INPL136N.

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Abstract:

Le mémoire traite de l'identification de systèmes dynamiques non-linéaires par l'approche multi-modèle. Cette approche consiste à représenter le système par un ensemble de modèles simples (modèles affines ou linéaires) valables dans certaines zones de fonctionnement du système. Le modèle global du système est une interpolation des modèles locaux par l'intermédiaire de fonctions de validité associées à ces modèles. La problématique soulevée par cette approche comprend : la caractérisation de l'espace de fonctionnement du système, le découpage de cet espace en zones de fonctionnement, le choix de la structure des modèles locaux, l'estimation des paramètres et la validation du multi-modèle. Le travail porte essentiellement sur l'optimisation paramétrique et structurelle d'un multi-modèle. Des algorithmes d'optimisation paramétrique sont proposés. Ce sont des méthodes à deux niveaux qui alternent entre l'estimation des paramètres des modèles locaux, ceux des fonctions de validité étant fixés et l'estimation des paramètres des fonctions de validité pour ceux des modèles locaux fixés. Au titre de l'identification structurelle, des techniques de simplification de la structure des modèles locaux ont été développées. Elles permettent de supprimer les paramètres superflus des modèles locaux. Des méthodes de réduction du nombre de modèles locaux sont présentées : elles consistent en l'élimination de modèles locaux peu explicatifs et/ou la fusion de modèles voisins redondants. Ces développements théoriques ont été appliqués à un problème de modélisation des variations du taux d'ozone en milieu urbain à différents pas de temps. Un modèle de prévision des niveaux maxima quotidiens d'ozone a été identifié. L'autre aspect de l'application a porté sur la détermination de modèle descriptif des variations horaires de la concentration d'ozone.

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Salles, Loïc. "Etude de l'usure par fretting sous chargements dynamiques dans les interfaces frottantes : application aux pieds d'aubes de turbomachines." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00600613.

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Abstract:

Les parties tournantes des turbomachines aéronautiques sont composées d'une succession de roues aubagées qui permettent le transfert de l'énergie entre l'air et le rotor. Ces roues aubagées constituent des pièces particulièrement sensibles car elles doivent répondre en termes de dimensionnement à des impératifs de performances aérodynamiques, d'aéroacoustique et de tenue mécanique à la rotation,à la température et à la charge aérodynamique. Le contact avec frottement existant au niveau des attaches aube-disque joue un rôle important sur les niveaux vibratoires.Ce travail porte sur l'étude de l'usure par fretting sous chargements dynamiques dans les interfaces frottantes. En effet, les vibrations de l'aube peuvent produire des micro-glissements en pied d'aubequi peuvent entraîner un phénomène d'usure par fretting. Les connaissances sur le comportement de l'usure sous sollicitations dynamiques sont faibles. Seuls existent des outils numériques pour modéliser l'usure dans le cas de sollicitations quasi-statiques. Nous proposons dans cette thèse des méthodes pour calculer l'évolution de l'usure au cours des cycles de chargement dynamique basées sur une approche multi-échelle en temps. La réponse vibratoire de la structure est liée à une échelle de temps rapide qui est calculée par une méthode d'équilibrage harmonique, dans laquelle les déplacements et les efforts sont projetés sur la base de Fourier. Différentes approches temps-fréquence de calcul des coefficients de Fourier des forces de contact sont présentées. La cinétique d'usure est liée à une échelle lente et différentes méthodes sont proposées pour l'intégrer. La prise en compte des géométries usées dans le modèle éléments finis se fait par l'ajout d'un vecteur des profondeurs d'usure dans le terme de pénalité des lagrangiens dynamiques. Des exemples académiques valident et illustrent les méthodes proposées. Ces méthodes sont ensuite appliquées à l'étude de l'usure par fretting en pied d'aube de soufflante. L'étude numérique met en lumière le couplage entre vibration et usure par fretting aux interfaces de contact. La modification du comportement dynamique global de la roue aubagée est aussi observée.

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Hu, Wei. "Identification de paramètre basée sur l'optimisation de l'intelligence artificielle et le contrôle de suivi distribué des systèmes multi-agents d'ordre fractionnaire." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2019. http://www.theses.fr/2019ECLI0008/document.

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Abstract:

Cette thèse traite de l'identification des paramètres du point de vue de l'optimisation et du contrôle de suivi distribué des systèmes multi-agents d'ordre fractionnaire (FOMASs) en tenant compte des retards, des perturbations externes, de la non-linéarité inhérente, des incertitudes des paramètres et de l'hétérogénéité dans le cadre d'une topologie de communication fixe non dirigée / dirigée. Plusieurs contrôleurs efficaces sont conçus pour réaliser avec succès le contrôle de suivi distribué des FOMASs dans différentes conditions. Plusieurs types d'algorithmes d'optimisation de l'intelligence artificielle et leurs versions modifiées sont appliquées pour identifier les paramètres inconnus des FOMASs avec une grande précision, une convergence rapide et une grande robustesse. Il est à noter que cette thèse fournit un lien prometteur entre la technique d'intelligence artificielle et le contrôle distribué
This thesis deals with the parameter identification from the viewpoint of optimization and distributed tracking control of fractional-order multi-agent systems (FOMASs) considering time delays, external disturbances, inherent nonlinearity, parameters uncertainties, and heterogeneity under fixed undirected/directed communication topology. Several efficient controllers are designed to achieve the distributed tracking control of FOMASs successfully under different conditions. Several kinds of artificial intelligence optimization algorithms andtheir modified versions are applied to identify the unknown parameters of the FOMASs with high accuracy, fast convergence and strong robustness. It should be noted that this thesis provides a promising link between the artificial intelligence technique and distributed control

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Vallet, Anais. "Etude de la balance Excitatiοn/Ιnhibitiοn de régiοns cérébrales impliquées dans une tâche de cοntrôle inhibiteur : mοdélisatiοn de dοnnées οbtenues en Ιmagerie par Résοnance Μagnétique fοnctiοnnelle et inversiοn." Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2024. http://www.theses.fr/2024NORMC014.

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Abstract:

En psychologie, le contrôle inhibiteur est un mécanisme cognitif qui permet de stopper une ré-ponse motrice, émotionnelle ou cognitive non adaptée pour la réalisation d’un but désiré. Au niveaucérébral, le contrôle inhibiteur est associé au fonctionnement en réseau de régions cérébrales, quipeut être mesuré à partir du signal BOLD en IRMf. Des régions de contrôle préfrontales abaissentl’activité BOLD de régions cibles. L’IRMf permet de mesurer de manière indirecte l’activité desneurones. Comment peut-on alors inférer à partir de données d’IRMf des propriétés excitatriceset inhibitrices (E/I) neurales au sein de régions cérébrales impliquées dans une tâche de contrôleinhibiteur ?Nous partons d’un modèle biophysique non linéaire, hiérarchique qui décrit les évolutions tempo-relles des activités neurales excitatrice et inhibitrice par région (Naskar et al., 2021). Ces varia-tions d’activité produisent des changements BOLD dans chaque région cérébrale. L’analyse de cemodèle nous permet de : 1) identifier des paramètres neuraux de la balance E/I ; 2) montrer quel’augmentation d’activité BOLD d’une région de contrôle ne permet pas d’abaisser l’activité BOLDd’une région cible parce que les régions sont connectées par leurs neurones excitateurs uniquement ;3) proposer une nouvelle architecture de connectivité pour le permettre ; 4) étudier comment labaisse d’activité de la région cible dépend de la balance E/I dans la cible. Nous proposons alorsune nouvelle procédure d’inversion. Nous en vérifions la fiabilité avec des simulations, avant deprésenter une preuve de concept sur les données d’un sujet pendant une tâche de Think/NoThink,un paradigme d’étude du contrôle inhibiteur des intrusions mnésiques (Mary et al., 2020)
In psychology, inhibitory control is a cognitive mechanism that stops a motor, emotional orcognitive response from achieving a desired goal. At cerebral level, inhibitory control is associatedwith a network of brain regions, whose function may be measured using BOLD signals from fMRI.Prefrontal control regions lower the BOLD activity of target regions. fMRI provides an indirectmeasure of the activity of neurons. How can we then infer from fMRI data, neural excitatory andinhibitory (E/I) properties of brain regions involved in an inhibitory control task ?We start with a non-linear biophysical model that describes by region the temporal evolutionof neural excitatory and inhibitory activities (Naskar et al., 2021). These variations in activityproduce BOLD changes in each brain region. Analysis of this model enables us to : 1) identifyneural parameters of the E/I balance ; 2) show that increasing the BOLD activity of a controlregion does not lower the BOLD activity of a target region, since these regions are connected bytheir excitatory neurons only ; 3) propose a new connectivity architecture to enable this ; 4) studyhow the lowering of activity in the target region depends on the E/I balance in the target region.We then propose a new inversion procedure. We check its reliability through simulations, beforepresenting a proof-of-concept using real data from a subject during a Think/No-Think task, aparadigm used for studying the inhibitory control of memory intrusions (Mary et al., 2020)

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Huang, Xingrong. "Optimization of dynamic behavior of assembled structures based on generalized modal synthesis." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEC038/document.

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Abstract:

Dans le processus de conception des véhicules, la vibration et le bruit sont des sujets d’étude très importants. En eﬀet, les vibrations sont susceptibles d’aﬀecter le comportement dynamique des structures et le bruit dégrade le confort acoustique des passagers. L’objectif principal de la thèse est de proposer un ensemble de méthodes pour l’optimisation du comportement dynamique des systèmes complexes aﬁn de réduire les vibrations des structures et le bruit dans l’habitacle. À cet eﬀet, on s’intéresse à des stratégies de contrôle des interfaces, comme le collage de couches viscoélastiques sur les zones les plus déformées, ou l’introduction de dispositifs frottants calibrés pour ajouter de l’amortissement à certaines fréquences de résonance. Les structures assemblées résultantes sont étudiées numériquement par une méthode de synthèse modale généralisée. La méthode de synthèse modale proposée contient plusieurs niveaux de condensation. Le premier concerne les degrés de libertés (DDL) internes de chaque sous-structure. La deuxième condensation s’eﬀectue sur les modes de branches, de sorte à réduire le nombre de DDL aux interfaces entre les sous-structures. Pour les systèmes couplés ﬂuide/structure, une troisième condensation portant sur les DDL du ﬂuide est proposée. Suite à ces condensations, la dimension du système est fortement réduite. Cette méthode permet alors d’obtenir aussi bien la réponse forcée de la structure que les ﬂuctuations du champ de pression dans le ﬂuide. Les chemins de transmission acoustiques et vibratoires peuvent également être déduits des contributions modales intermédiaires. On montre que ces paramètres modaux peuvent être utilisés comme fonctions objectif pour une démarche d’optimisation des interfaces. Le front de Pareto des conceptions optimales est obtenu avec un algorithme génétique multi-objectif élitiste, appliqué à une approximation par krigeage de la fonction objectif. Cette approche modale est étendue à l’étude de systèmes non-linéaires. L’hypothèse fondamentale est que les modes non-linéaires sont faiblement couplés. Les paramètres modaux non-linéaires (fréquences propres, amortissements...), dépendent des amplitudes modales. L’idée est alors de calculer des modes normaux non-linéaires en fonction de leur amplitude et de superposer leurs réponses pour obtenir celle de la structure. La méthode est appliquée à des systèmes incorporant des non-linéarités de type Duﬃng et de frottement sec. Le cas particulier du frottement sec est considéré à travers un modèle de Masing généralisé. Deux approches modales sont développées : l’une basée sur les modes complexes, et l’autre basée sur les modes réels. L’utilisation de modes complexes ou réels dans la synthèse modale conduit à des termes d’amortissement par frottement diﬀérents. On montre que la synthèse modale non-linéaire combinée au modèle de Masing généralisé aboutit à une méthode numérique simple, rapide et eﬃcace pour décrire le comportement non-linéaire de structures soumise à du frottement sec
Noise and vibration are important topics in the automotive industry for several reasons, including passenger comfort and structural integrity. The main objective of this thesis is to propose a series of appropriate methods to optimize structural system characteristics, so that the vibration and noise can be reduced. To achieve this goal, interface control strategies are employed, including bonding viscoelastic layers onto the most heavily deformed zones and introducing frictional damping devices calibrated on certain resonance frequencies. Such built-up structural systems are numerically investigated via a generalized modal synthesis approach that incorporates several groups of modes. The employed modal synthesis approach consists of several levels of condensation. The ﬁrst one is on the internal degrees of freedoms (DOFs) of each substructure, and the second condensation is on the branch modes so as to reduce the boundary DOFs among substructures. For coupled ﬂuid-structural systems, a third condensation on the ﬂuid DOFs is suggested. With these condensation techniques, the system dimension can be signiﬁcantly reduced. The method allows us to obtain the forced response of the structures as well as the pressure variation of the ﬂuids. Additionally, modal parameters characterizing vibration and noise transmission paths can be deduced as mid-stage results. We show that these modal parameters can be used as optimization objective during the interface conﬁguration design. The Pareto front of the optimal design is achieved by employing Kriging approximations followed with an elitist multi-objective genetic algorithm. Another advantage of the modal approach is that a modal overview on the system characteristics is provided by analyzing the natural frequencies, modal damping ratios and the aforementioned modal parameters. The modal synthesis approach is further extended to study nonlinear systems. The basic assumption is that the nonlinear modes are weakly coupled. Nonlinear modal parameters, such as modal frequency and modal damping ratio, contain the essential nonlinear information and depend on modal amplitude. The main idea is to compute nonlinear normal modes according to their modal amplitude and superimpose the response of several nonlinear modes to obtain the overall forced response. The method is applied to systems involving Duﬃng and dry friction nonlinearities. In the case of dry friction, a generalized Masing model is considered to capture the dry friction nature. Both complex modes and real modes are used in the modal synthesis, leading to diﬀerent frictional damping terms. We show that the nonlinear modal synthesis combined with the generalized Masing model yields a simple, fast and eﬃcient numerical method to describe nonlinear performance of structures with dry friction

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Zhang, Qindan. "Écoulements polyphasiques et phénomènes interfaciaux à multi échelles." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0110.

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Abstract:

Les écoulements polyphasiques couplés aux phénomènes interfaciaux sont largement impliqués dans la nature, notre vie quotidienne et de nombreux procédés industriels. A l’aide des trois techniques différentes, dont une caméra à grande vitesse, un appareil électrique à courant continu ultra-rapide et une micro-vélocimétrie par image des particules à grande vitesse, les écoulements polyphasiques et les phénomènes interfaciaux à différentes échelles ont été étudiés expérimentalement par des approches passives et actives. Les écoulements diphasiques comprenant une phase viscoélastique dans les dispositifs microfluidiques ont été étudiés. Au cours de la formation des gouttelettes, l’écoulement sous forme d’un fil de perles est observé. L’effet de l'élasticité du fluide sur la largeur minimale du col, la longueur maximale du filament et la taille des gouttelettes a été quantifié. Les corrélations prédictives de la taille des gouttelettes ont été optimisées en introduisant les nombres adimensionnels pour caractériser l'élasticité du fluide. Pour l'étirement et la rupture des gouttelettes élastiques, l’influence de l'élasticité sur la transition de l'étirement des gouttelettes à la rupture, la dynamique de l'étirement et de la rupture des gouttelettes ainsi que le rapport de taille des gouttelettes filles a également été étudiée. Une loi de puissance a été proposée pour décrire la longueur maximale d'étirement. Par la suite, la coalescence initiale d'une goutte pendante à une surface liquide de la même nature et l'étalement initial sur une surface solide ont été étudiés. L'appareil électrique ultra-rapide à courant continu avec une vitesse d'échantillonnage de 1,25 × 106 Hz permet de suivre la dynamique de coalescence et d'étalement sur une période aussi courte que 10 µs. La largeur de coalescence croit linéairement avec le temps dans le régime visqueux à inertie limitée et suit une loi de puissance dans le régime inertiel. Les évolutions des champs de vitesse ont été mesurées et calculées par le micro-PIV à grande vitesse avec une cadence jusqu'à 5000 champs de vitesse par seconde, révélant la transformation de l'énergie de surface en énergie cinématique. Par ailleurs, des pics électriques consécutifs avec un intervalle régulier de 20 ms ont été observés lors de l'amincissement et la rupture des filaments des liquides polymères. Enfin, la manipulation active de la goutte de ferrofluide a été réalisée en introduisant un champ magnétique. Des déformations évidentes de la goutte pendante de ferrofluide et de la surface initialement plate du même ferrofluide ont été observées avant le contact, même en l'absence de champ magnétique. Les lois exponentielles ont été proposées pour prédire l'augmentation de la largeur de coalescence avec le temps et la diminution de la largeur de coalescence maximale avec le champ magnétique. Le micro-PIV à grande vitesse a été utilisé avec un fluide modèle transparent pour révéler les champs d'écoulement pendant la coalescence des gouttes de ferrofluide. Les cycles de rupture et de coalescence auto-entretenus des gouttes de ferrofluide ont été observés pour la première fois. Un modèle exponentiel a été proposé pour prédire l'augmentation de la fréquence périodique avec le champ magnétique
Multiphase flows and interfacial phenomena are widely involved in the natural world, our daily life, and numerous industrial processes. By employing three different techniques including a high-speed camera, an ultra-high-speed Direct Current (DC) electrical device, and a high-speed micro-Particle Image Velocimetry (micro-PIV), the multiphase flows and interfacial phenomena at multiscale were investigated experimentally by both passive and active methods. The flow behaviors of the elastic non-Newtonian two-phase flow in both T-junction and flow-focusing devices were investigated. The fluid elasticity affected the dynamics of droplet formation, stretching and breakup. During the droplet formation, the peculiar beads-on-string flow was observed. The influences of the fluid elasticity on the minimum neck width, the maximum length of the dispersed thread and the droplet size were studied. The predicting models for the droplet size were optimized by introducing the dimensionless parameters to characterize the fluid elasticity. For the stretching and breakup of elastic droplets, the influences of elasticity on the transition from droplet stretching to breakup, the dynamics of droplet stretching and breakup as well as the size ratio of the daughter droplets were also investigated. The power-law models were proposed to predict the maximum stretching length. Subsequently, the initial coalescence of a pendant drop at a liquid surface and the initial spreading on a solid surface were investigated. The ultra-high-speed DC electrical device with the sampling speed of 1.25×106 Hz allows to monitoring the dynamics of coalescence and spreading within 10 µs. The coalescing width expands linearly with time in the inertially limited viscous regime and follows a power law in the inertial regime. The evolutions of the velocity fields during the initial coalescence and spreading were measured and computed by the high-speed micro-PIV with a capturing rate up to 5000 velocity fields per second, revealing the transformation of surface energy to kinetic energy. Besides, the consecutive electrical peaks with a regular interval of 20 ms were observed during the filament thinning of the polymer liquid neck. In addition, the active manipulation of the ferrofluid drop was realized by introducing an external magnetic field. Evident deformations of both the pendant ferrofluid drop and the bulk surface were observed prior to the contact even in the absence of a magnetic field. The exponential laws were proposed to predict the increasing coalescing width with time and the decreasing maximum coalescing width with the magnetic field. A high-speed micro-PIV technique was employed with a transparent model fluid to reveal the flow fields during the ferrofluid drop coalescence. The self-sustained coalescence-breakup cycles of ferrofluid drops were observed for the first time. The exponential model was proposed to predict the increasing periodic frequency with the applied magnetic field

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Collell, Julien. "Analyse multi-échelles du transport d'hydrocarbures au sein d'un schiste non-saturé." Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3011/document.

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Abstract:

La production d'hydrocarbures de schistes (shales) connait un regain d'intérêt à la fois scientifique et industriel depuis une quinzaine d’années. Cela représente de par le monde d’énormes ressources et risque de modifier durablement le marché énergétique, comme c'est le cas actuellement aux États Unis. Cependant, la récupération des hydrocarbures reste un enjeu majeur impactant au premier ordre la rentabilité de ces ressources. La majorité des hydrocarbures de shales est contenue dans des nodules micrométriques de matière organique : le kérogène, qui est à la fois la roche mère et le réservoir des fluides pétroliers. L’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement du kérogène et de ses hydrocarbures grâce à la simulation moléculaire. Pour cela, nous avons effectué des simulations de Dynamique Moléculaire et de Monte Carlo à l’aide de logiciels existants et de développements internes. La première partie de ce travail a consisté à construire des modèles moléculaires visant à reproduire la matière organique contenue dans les shales (le kérogène et ses fluides). À partir de ces modèles, des structures 3D ont été générées en conditions de réservoirs. La représentativité de ces structures a été validée par des mesures expérimentales sur les propriétés volumiques, mécaniques, de stockage et de transport. Puis, nous avons mené une étude approfondie sur l’adsorption et la diffusion d’hydrocarbures dans la matrice kérogène. Les simulations moléculaires ont été effectuées en vue de fournir des données pseudo-expérimentales ainsi que des données de références pour la modélisation. Concernant les propriétés de stockage, un modèle théorique pour l’adsorption de mélanges de fluides sous-critiques (type gaz à condensats ou huiles légères) et super-critique (type gaz sec) a été proposé et validé sur les données de simulation moléculaires. Concernant les propriétés de transport, les mécanismes régissant les transferts de masses ont été identifiés et un modèle a été proposé pour prédire l’évolution des coefficients de diffusion des hydrocarbures avec la température, la pression et la composition des hydrocarbures
Hydrocarbons production from shales has been of growing industrial and scientific interest for the last fifteen years. The different kinds of shale resources represent huge quantities around the world and may durably change the energy market, as for example in the US. However, the recovery process remains critical and may drastically impact the profitability of these resources. In shales, the majority of the fluids are contained in micrometered nodules of organic matter : the kerogen, which acts as source rock and as reservoir for the oil and gas. The aim of the PhD thesis is to study the kerogen and the petroleum fluids contained in shales, by molecular simulations. For this purpose, Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations with existing molecular simulation softwares and in-house codes have been used. The first part of the work has been dedicated to the construction of molecular models mimicking shales organic matter (kerogen and embedded fluids), based on analytical data. From these models, 3D structures have been generated under typical reservoir conditions. Agreements with available experimental results have been found on volumetric, storage, transport and mechanical properties. Then, we have focused our efforts on the adsorption and diffusion of hydrocarbon mixtures in such materials. Molecular simulations have been performed to provide both pseudo-experimental and reference data. On storage properties, a theoretical model which accounts for multicomponent adsorption of super-critical (dry gas) and sub-critical (condensate gas, light oil) mixtures has been developed and validated. On transport properties, the mechanisms governing hydrocarbon mass transfer have been identified and a model has been proposed which describes the dependence of mixture diffusion coefficients with thermodynamic conditions (composition, pressure and temperature)

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Rebufa, Jocelyn. "Vibrations de ligne d'arbre sur paliers hydrodynamiques : influence de l'état de surface." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEC044/document.

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Abstract:

Le palier hydrodynamique est une solution de guidage en rotation particulièrement appréciée pour ses caractéristiques d’amortissement à hautes vitesses de rotation. Cependant les performances des machines tournantes lubrifiées par un film fluide sont impactées par des effets non linéaires difficiles à analyser. La prédiction du comportement du système par la simulation nécessite une modélisation avancée de l’écoulement de lubrifiant dans le palier hydrodynamique. Enfin, l’état de surface semble avoir un impact important sur l’écoulement du fluide lubrifiant, lui-même agissant sur les caractéristiques statiques et dynamiques des parties tournantes. Cette étude vise à améliorer les modèles numériques liés à l’impact de l’état de surface des paliers hydrodynamiques sur la dynamique de ligne d’arbre. La méthode d’homogénéisation multi-échelles a été utilisée à cet effet dans un algorithme multi-physiques pour décrire l’interaction entre la structure flexible en rotation et les films fluides des supports de lubrification. Différents modèles ont été utilisés pour prendre en compte la présence de zone de rupture de film lubrifiant. Des méthodologies non-linéaires fréquentielles ont été mises en place afin de permettre l’étude paramétrique des solutions périodiques d’un tel système et de leur stabilité. Afin de confronter ce modèle complexe à la réalité, un banc d’essai miniature a également été conçu. Différents échantillons présentant des états de surface modifiés par ablation à l’aide de LASER femto-seconde ont été testés. L’étude expérimentale a permis de vérifier certaines tendances prévues par la simulation. Des améliorations des performances des paliers hydrodynamiques par rapport aux vibrations auto-entretenues du système ont été démontrées pour certaines textures. En revanche toutes les améliorations ne sont pas prédites par les algorithmes d’homogénéisation multi-échelles. La présence de recirculation dans les aspérités du motif a été mise en évidence à partir de la résolution locale des équations de Navier-Stokes. Ce résultat participe à la remise en question des hypothèses classiques utilisées en texturation, et peut justifier les améliorations obtenues expérimentalement avec les paliers texturés
The hydrodynamic bearing provides good damping properties in rotating machineries. However, the performances of rotor-bearings systems are highly impacted by nonlinear effects that are difficult to analyze. The rotordynamics prediction requires advanced models for the flow in the bearings. The surface of the bearings seems to have a strong impact on the lubricant flow, acting on the static and dynamic properties of the rotating parts. This study aims to enhance the simulation of the bearings’ surface state effect on the motion of the rotating shaft. The flexible shaft interacts with textured hydrodynamic bearings. Multi-scales homogenization is used in a multi-physics algorithm in order to describe the fluid-structure interaction. Different models are used to account for the cavitation phenomenon in the bearings. Nonlinear harmonic methods allow efficient parametric studies of periodic solutions as well as their stability. Moreover, a test rig has been designed to compare predictions to real measurements. Several textured shaft samples modified with femto-seconds LASER surface texturing are tested. In most cases the experimental study showed similar results than the simulation. Enhancements of the vibration behaviors of the rotor-bearing system have been revealed for certain texturing patterns. The self-excited vibration, also known as "oil whirl" phenomenon, is stabilized on a wide rotating frequency range. However, the simulation tool does not predict well the enhancements that are observed. Vortices in surface texturing patterns have been revealed numerically with Navier-Stokes equation resolution. These results are opposed to the classical lubrication hypothesis. It is also a possible explanation of the enhancements that are experimentally measured with textured bearings

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Loverini, Corinne. "Identification de systèmes dynamiques non-linéaires à l'aide de représentations multi-modèles." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1999. http://www.theses.fr/1999INPL041N.

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La modélisation de systèmes est un problème classique en automatique. Elle a pour objectif de représenter, avec une précision satisfaisante, le comportement d'un processus. Généralement, les processus réels sont non-linéaires, multi-variables et variant dans le temps. Il est donc difficile d'obtenir une représentation globale de tels systèmes qui soit valide pour l'ensemble de ses points de fonctionnement. L'approche multi-modèles repose sur l'établissement de plusieurs modèles simples, encore appelés modèles locaux. Chaque modèle local est valable autour d'un point de fonctionnement, dont la zone d'influence est définie au moyen d'une fonction poids. Ces modèles locaux sont ensuite agrégés au moyen d'une expression barycentrique, afin de fournir une forme algébrique permettant de lier les entrées du processus à ses sorties et d'obtenir ainsi une représentation globale. Différentes architectures multi-modèles sont envisageables en vue de représenter le comportement réel de processus complexes. Néanmoins, le problème commun à l'ensemble de ces structures est lié au nombre important de paramètres qu'il est nécessaire d'identifier. C'est pourquoi, nous avons développé une structure multi-modèles de type« Hammerstein généralisé», qui permet d'obtenir une représentation plus « parcimonieuse » du système considéré. Les paramètres caractéristiques d'une structure multi-modèles interviennent de manière non linéaire. Nous avons donc proposé différents algorithmes permettant d'obtenir une estimation de ces paramètres. En particulier, nous avons développé une méthode itérative globale basée sur le calcul de fonctions de sensibilité, qui permet d'estimer l'ensemble des paramètres caractéristiques du modèle, c'est-à-dire les paramètres des fonctions poids. Ces modèles locaux et de la partie dynamique. Nous avons comparé les performances et la robustesse de ces algorithmes d'identification sur un exemple de simulation. Nous nous sommes également intéressés à la recherche de la structure optimale multi-modèles. Pour cela, nous avons cherché à déterminer les entrées les plus représentatives du comportement du système, le nombre de modèles locaux, ainsi que l'ordre de la partie dynamique du modèle, en étendant les outils statistiques disponibles en linéaire
The problem of system modelling is classical for process control. The aim is to present, with an optimal accuracy, the system behaviour. In general, real processes are non linear, multi-variables and time-varying parameters. It is therefore quite difficult to geta global system representation so that it is valid for any operating regime. The multi-models approach is based on the design of several quite simple models, called local models. Each local model is valid for a given operating point and around this point in a region of the operating domain defined within a weight function. These local models are further integrated using a weight expression in order to get an algebraic expression. This expression links the process inputs and outputs so that a global description is obtained. Many multi-model structures can be defined in order to describe the actual behaviour of more complex processes but, whatever the strategy is, the main problem relies on the increasing number of parameters to be identified. That is why, we develop a multi-model structure called "Hammerstein generalisé" (generalized Hammerstein) that allows us to get a smaller (in the number of parameters sense) representation of a given process. Such a multi-models structure depends , m parameter within non linear functions and we propose accordingly algorithms in order to estimate such parameters. In particular, we develop an iterative global method based upon sensitivity functions so that ail the model parameters are obtained: the parameters of the weight functions, of the local models and of the dynamic part. The previous global estimation method is applied on a multi-variables activated sludge process. We then compare the performances and the robustness of the developed identification algorithm on a simulated example. Finally, an esearch of the optimal multi-model structure of the process is performed with the search of the more significant inputs of the process behaviour, the optimal number of local models but also of the order of the dynamic model based on an extension of statistical tools already available for linear models

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Lopez, Cédric. "Méthodes d'optimisation des trains d'atterrissage d'hélicoptère." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003600.

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De récentes études expérimentales sur des situations d'atterrissage d'hélicoptères à grande vitesse dit dur (vitesse supérieure à 2 m/s), ont révélé que de par l'effort structural transmis par les trains d'atterrissage couplés mécaniquement au fuselage, la poutre de queue d'un appareil dont le premier mode de flexion se situe dans les basses fréquences pouvait être excitée. Les oscillations de celle-ci génèrent des contraintes mécaniques au niveau de la liaison entre la cabine et la poutre de queue qui portent atteinte à la pérennité de la structure. Afin de lutter contre ce phénomène problématique, une solution passive consiste à rigidifier la liaison entre la cabine et la poutre de queue. Coûteuse en masse et interférente avec le bon fonctionnement des dispositifs anti-vibratoires dimensionnés en fonction des fréquences propres initiales de l'appareil, celle-ci peut être évitée par une optimisation de l'effort transmis par les trains d'atterrissage en agissant sur le comportement dynamique de ceux-ci. Fort de ce constat, les travaux de recherche présentés dans ce mémoire, concernent l'étude et le développement de méthodes d'optimisation passive et active des trains d'atterrissage en vue de minimiser les efforts supportés par la poutre de queue et induits par l'impact de l'appareil sur le sol. Basé sur une constante synergie entre les aspects théoriques et les aspects expérimentaux appuyés par le développement d'un démonstrateur, cette étude formalise tout d'abord la problématique lié aux atterrissages des aéronefs et se propose d'analyser la physique du phénomène des atterrissages via des outils de modélisation utilisant des approches analytique et multi-corps. Ensuite après une analyse et une identification des paramètres d'optimisation de la dynamique des trains d'atterrissage, des méthodes d'optimisation passive et semi-active sont développées et validées expérimentalement sur un démonstrateur mécaniquement équivalent à l'hélicoptère considéré pour cette étude.

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Laxalde, Denis. "Etude d'amortisseurs non-linéaires appliqués aux roues aubagées et aux systèmes multi-étages." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2007. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/dlaxalde.pdf.

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Abstract:

Ce travail porte sur l’étude d’amortisseurs non-linéaires pour les roues aubagées de turbomachines. Les problèmes vibratoires sont de première importance pour les motoristes aéronautiques puisqu’ils sont à l’origine des phénomènes de fatigue et des risques de défaillance associés. L’usage de technologies d’amortissement est donc assez répandu et, parmi celles-ci, les dispositifs non-linéaires de type frottement tiennent une place importante. Ici, on s’intéresse à l’étude de frotteurs circulaires, appelés joncs, pour l’amortissement des structures monoblocs tournantes. Des méthodologies numériques ont été développées dans cet objectif ; il s’agit principalement de méthodes d’analyse non-linéaire dans le domaine fréquentiel adaptées aux structures à symétrie cyclique telles que celles qui nous intéressent. La modélisation des interfaces de contact et son influence sur ces méthodes sont aussi abordées. En outre, une approche modale, permettant l’étude des paramètres modaux (fréquence propre et taux d’amortissement) d’un système non-linéaire en fonction de son énergie (ou de son niveau vibratoire) est proposée. Cette méthode présente plusieurs avantages parmi lesquels la possibilité de quantifier, de façon directe, l’efficacité d’un dispositif d’amortissement non-linéaire ou encore la possibilité de traiter plusieurs types de problèmes (réponses libres ou forcées) de façon unifiée. Ces méthodes sont ensuite appliquées à l’étude de deux types de dispositif d’amortissement. En premier lieu, l’amortissement par joncs de friction des structures monoblocs est étudié d’un point de vue numérique sur des structures industrielles. La phénoménologie du système non-linéaire est décrite en détails ce qui permet d’évaluer les performances de cette technologie ainsi que ses limites. Ensuite, l’étude d’une solution d’amortissement par pompage énergétique est proposée. Le principe du pompage énergétique consiste à utiliser un absorbeur de vibration de faible masse et de caractéristique fortement non-linéaire pour l’amortissement d’une structure principale (généralement linéaire). Ici, l’usage d’un absorbeur à caractéristique hystérétique est envisagé. Sur un système simple, les phénomènes de pompage énergétique – c’est à dire un transfert irréversible et unilatéral de l’énergie vibratoire du système principal vers l’absorbeur – sont étudiés à l’aide de méthodes numériques adaptées. En parallèle des problématiques liées à l’amortissement, nous nous sommes intéressés à la modélisation et l’analyse dynamique des ensembles multi-étages de roues aubagées. Bien que récente, cette problématique est aujourd’hui majeure pour la conception des turbomachines et les méthodes existantes d’analyse en dynamique s’avèrent mal adaptées au problème. Une méthode innovante et efficace de modélisation en symétrie cyclique multi-étage est ici proposée ; elle permet de modéliser un ensemble de structures cycliques par un secteur élémentaire de chaque étage et les analyses peuvent se faire par harmoniques spatiales. Une application non-linéaire de cette méthode est aussi proposée. Enfin, les premiers résultats d’une étude expérimentale de caractérisation de l’amortissement par joncs de friction sont présentés. Le banc d’essais, sa conception et les choix technologiques sont présentés en détails. Suivent les premiers résultats expérimentaux obtenus lors de la phase de déverminage ainsi qu’une comparaison avec les prédictions de simulations numériques
This study dealswith non-linear damping solutions for turbomachinery bladed disks. Structural dynamics is a major issue in the aircraft engine industry since vibratory phenomena are responsible for fatigue and failure risks. The use of damping technologies is quite common and among these, the friction devices are probably the most popular. Here, we are interested in circular friction dampers, called rings, for single piece structures. Numerical methods have been developed in this view; these are mainly non-linear frequency domain methods adapted to cyclic structures such as the ones we are interested in. The modelling of contact interfaces and its influence on these methods are also addressed. Furthermore, a modal approach to deal with non-linear system is proposed. It makes it possible to calculate the modal parameters (eigenfrequency and modal damping ratio) of a non-linear systemas a function of its energy (or vibratory amplitude). This method has several advantages among which the capabilities to evaluate directly the performances of a damping device and to address several types of dynamical responses (forced or free) in a unified manner. These methods are then applied to study two types of damping devices. First, the damping of friction rings for single piece structures is investigated numerically on industrial case studies. The phenomenological aspects are described in details which allows the performances and limits of this technology to be estimated. Second, a study of energy pumping is proposed. Energy pumping consists in using a small, strongly non-linear, vibration absorber for the damping of a main (generally linear) structure. Here, the use of an absorber with hysteretic behaviour is investigated. Illustrated on a simple phenomenological system, the energy pumping phenomena– that is to say, an irreversible one-way energy transfer from the main system to the absorber – are studied by means of dedicated umerical methods. Apart from the damping issues, we were also interested in the modelling and analysis of multi-stage bladed disks systems. This issue is quite new but tends to become a major one for the design of turbomachinery. In particular, existing methods to analyse the dynamics of such systems are currently of limited use. An original and efficient modelling approach ofmulti-stage cyclic symmetry is here proposed; a multi-stage assembly of cyclic structures can be modelled using one elementary sector of each stage and analysis can be performed on separated spatial harmonics. A non-linear application of this method is also proposed. Finally, the first results of an experimental study of damping using friction rings are presented. The test rig, its design and associated technological features are presented in details. Following some experimental results obtained during the preliminary studies, a comparison with predictions fromnumerical simulations is proposed

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Rasoulzadeh, Mojdeh. "Modèles non locaux des écoulements en milieux poreux et fracturés multi-échelles." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2011. http://www.theses.fr/2011INPL025N/document.

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Abstract:

La thèse concerne les modèles de l'écoulement dans les milieux fracturés multiéchelles qui prouvent l'effet de mémoire à chaque échelle. Les processus analysés dans ces milieux est auto-similaire. Nous avons analysé l'équation de diffusion à toutes les échelles et appliqué la méthode d'homogénéisation asymptotique avec l'objectif de construire le modèle macroscopique moyenne sur toutes les échelles d'hétérogénéité. Un système fermé des équations récursives pour les noyaux d’échange effectif est obtenu. La solution analytico-numérique de ce système est développé. Nous avons montré une convergence des résultats obtenus pour le nombre des différentes échelles d'un comportement limite stable. Le problème limite pour les noyaux est obtenus pour un nombre relativement élevé d'échelles. En plus, nous avons analysé l'écoulement dans une immergée dans le réservoir poreux à différents nombres de Reynolds. Les équations de Navier-Stokes sont résolu par la méthode asymptotique à deux échelles avec l'objectif d'obtenir l'équation de la moyenne sur l'ouverture de fracture en présence d'afflux à travers les limites et pour la géométrie irrégulière des murs
The thesis concerns the models of flow in multiscale fractured media which prove the memory effect at each scale. The analyzed process in these media is self-similar. The necessary and sufficient condition of self-similarity has been proposed so that it is possible to analyze the behavior of media for any number of scales. We analyzed the diffusion equation at each scale and applied the asymptotic homogenization method with the objective to construct the macroscopic model averaged over all scales of heterogeneity. A system of closed recurrent equations for the effective exchange kernels was obtained. The procedure of analytico-numerical solution of this system was developed. We showed a convergence of the results obtained for various numbers of scales to a stable limit behavior. The limit problem for the effective kernels from the recurrent equations obtained for a relatively large number of scales. In addition we analyzed the flow in a single fracture and circular channel immersed in porous reservoir at various Reynolds numbers. The Navier-Stokes equations was solved by the method of two-scale asymptotic method with the objective to obtain the flow equation averaged over the fracture aperture in the presence of inflow through the limits and irregular geometry of walls

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Veys, Stéphane. "Un Framework de calcul pour la méthode des bases réduites : applications à des problèmes non-linéaire multi-physiques." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENM069/document.

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Abstract:

Aujourd'hui, dans de nombreux champs d'applications, de plus en plus de problèmes d'ingénierie demandent d'avoir une évaluation précise et efficace de quantités d'intérêt.Très souvent, ces quantités dépendent de la solution d'une équation aux dérivées partielles (EDP) paramétrée où les paramètres -- physiques ou géométriques -- sont les entrées du modèle et les quantités d'intérêt -- valeurs moyennes -- en sont les sorties.Les techniques de réduction d'ordre, notamment la méthode des bases réduites qui est la méthode utilisée tout au long de ces travaux,permettent de répondre à ces demandes.Dans cette thèse nous nous intéressons à la mise en place d'un framework en C++, supportant le calcul parallèle, permettant d'appliquer la méthode des bases réduites à des problèmes multi-physiques non-linéaires tels queles problèmes de convection naturelle (couplage fluide-thermique), ou encore la modélisation d'aimants de type résistifs à hauts champs (nous nous limitons au couplage thermo-electrique) aboutissant à une étude sur la quantification d'incertitude.La méthode des bases réduites s'appuie naturellement sur une approximation obtenue via la discrétisation élément fini du problème à traiter. Pour cela nous utilisons la librairie de calcul Feel++, spécialisée dans la résolution d'EDPs.Nous nous intéressons également aux problèmes de type multi-échelles.La particularité de ces problèmes est de manipuler un ensemble de phénomènes mettant en jeu des échelles différentes, comme c'est le cas par exemple lorsque nous considérons un écoulement en milieu poreux.La méthode des éléments finis multi-échelles permet d'avoir le comportement "global", associé aux grandes échelles, de la solution du problème sans devoir le résoudre sur les petites échelles.Nous proposons une nouvelle construction des fonctions de base élément fini multi-échelles basée sur la méthode des bases réduites
Today, in many fields of applications, more and more engineering problems require to have an accurate and efficient evaluation of quantities of interest.Often, these quantities depend on a partial differential equation (PDE) parameterized solution -- physical or geometrical -- are the model inputs and the quantities of interest -- average values -- are the outputs.The order reduction techniques, including reduced basis method which is the method used throughout this work, can meet these demands.In this thesis, we focus on the establishment of a framework in C ++ supporting parallel computing, which applies the reduced basis method to nonlinear multiphysics problems such as problems with natural convection (fluid-thermal coupling) or the high field resistive magnet modeling (we limit ourselves to thermo-electric coupling) leading to a study on the uncertainty quantification.The reduced basis method naturally relies on an approximation obtained using the finite element discretization of the problem being treated. For this, we use the Feel ++ computation library specialized in PDE resolution.We are also interested by multiscale problems.The particularity of these problems is to manipulate a set of phenomena involving different scales, as this is the case for example when we consider a flow in porous media.The multiscale finite element method allows having a "global" behavior, linked with large scales, of the problem solution without solving it on small scales.We propose a new construction of multiscale finite element basis functions based on the reduced basis method

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Boutilier, Miranda. "Décomposition de domaine et méthodes numériques multi-échelles pour la modélisation des crues urbaines." Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur, 2024. http://www.theses.fr/2024COAZ5042.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse sont consacrés à la simulation et à l'analyse numérique des problèmes d'inondations urbaines. Les inondations urbaines provoquées par des précipitations exceptionnelles sont particulièrement dévastatrices en termes de dégâts économiques et humains. La modélisation numérique peut être utilisée pour prédire, anticiper et contrôler de tels événements. Du point de vue numérique, le défi majeur réside dans le grand contraste entre la taille typique du domaine de simulation (10-100km) et la taille des caractéristiques structurelles pertinentes, qui doivent être représentées à des échelles métriques ou infra-métriques. Cette thèse aborde le caractère multi-échelle des inondations urbaines en mobilisant la décomposition de domaine (DD) et les méthodes numériques multi-échelles (Ms). La première partie de la thèse se concentre sur un problème de diffusion linéaire posé dans des domaines contenant un grand nombre de perforations polygonales représentant des structures réalistes dans les zones urbaines. Nous proposons un espace d'approximation grossier de faible dimension basé sur un partitionnement polygonal grossier du domaine. Comme dans la méthode d'éléments finis multi-échelles, cet espace est constitué des fonctions de base discrètes localement harmoniques. La principale contribution théorique de cette section est une estimation de l'erreur concernant la projection H¹ de la solution sur l'espace grossier. L'analyse d'erreur est indépendante de la régularité globale de la solution, ce qui est un atout majeur compte tenu des singularités géométriques du domaine. En combinant la méthode de Schwarz avec recouvrement et la correction de l'espace grossier à la base de la méthode multi-échelle proposée, on parvient à un solveur itératif et un préconditionneur efficaces, dont les performances sont étudiées numériquement.La deuxième partie de la thèse étend notre méthodologie numérique aux modèles d'écoulement non linéaires. En particulier, nous nous intéressons à l'équation de l'onde diffusive, obtenue à partir des équations de Saint-Venant en négligeant les termes d'inertie. Nous montrons que le préconditionneur à deux niveaux que nous avons conçu pour les problèmes de diffusion linéaire se prête également au problème de l'onde diffusive linéarisé qu'on obtient à chaque itération de la méthode de Newton. En outre, nous présentons des techniques de préconditionnement non linéaires, y compris la méthode RASPEN à un et deux niveaux, ce qui permet de réduire considérablement le nombre d'itérations par rapport à la méthode de Newton traditionnelle. Les exemples numériques illustrant les performances des méthodes proposées comprennent un cas test basé sur des données topographiques de la ville de Nice.Dans la dernière partie, pour les EDP elliptiques non linéaires, nous étudions une méthode multi-échelle qui combine des outils de la méthode d'éléments finis multi-échelles classique avec ceux de l'apprentissage automatique. Notre approche repose sur la formulation sous-structurée approchée dans laquelle les traces de la fonction inconnue sont recherchées dans un espace d'éléments finis grossier. Le problème sous-structuré est résolu par la méthode de Newton, faisant appel à des opérateurs Dirichlet-to-Neumann (DtN) locaux à chaque itération. Dans le but de réduire le coût de calcul associé à l'évaluation des opérateurs DtN, ces derniers sont remplacés par des modèles approchés construits sur la base des réseaux de neurones artificiels. Les expériences numériques concernant les problèmes non linéaires de p-Laplace et de diffusion dégénérée en 1D et 2D aboutissent à des résultats prometteurs. Avec seulement quelques points d'entraînement par dimension du domaine des opérateurs DtN, le modèle approché atteint une précision de quelques pour cent. Une amélioration supplémentaire peut être obtenue en utilisant la solution approché comme le point initial de la méthode de Newton appliquée à la formulation originale
The work of this thesis is dedicated to the simulation and numerical analysis of urban flood problems.While urban flooding caused by exceptional rainfall is particularly devastating in terms of economic and human damage, numerical modeling can be used to predict, anticipate and control such events.From the numerical perspective, the major challenge comes from a large contrast between a typical size of the simulation domain (10-100km) and the size of the relevant structural features, which have to be represented at metric or infra-metric scales. This thesis addresses the multi-scale character of the urban flows by means of Domain Decomposition (DD) and Multi-scale (Ms) numerical methods.The first part of the thesis focuses on linear diffusion problems posed in domains containing a large number of polygonal perforations representing realistic structures in urban areas. We propose a low-dimensional coarse approximation space based on a coarse polygonal partitioning of the domain. Similarly to other multiscale numerical methods, this coarse space is spanned by locally discrete harmonic basis functions. The main theoretical contribution of this part is an error estimate regarding the H¹-projection over the coarse space; this error estimate is independent of the global regularity of the solution, which is expected to be low due to multiple corner singularities.Additionally, this part numerically explores the combination of the coarse space with overlapping Schwarz domain decomposition methods. This combination leads to an efficient two-level iterative linear solver and preconditioner for a Krylov method.The second part of the thesis extends our methodology to nonlinear urban flow models. That is, we design DD and Ms methods to numerically solve the Diffusive Wave equation, which is obtained from Shallow Water systems by neglecting inertia terms. We show that the two-level preconditioner previously designed for linear diffusion problems performs well on the linearized Diffusive Wave model which arises at each iteration of Newton's method. Furthermore, we present nonlinear preconditioning techniques, including one and two-level RASPEN, which significantly reduce iteration counts when compared to Newton's method. These nonlinear preconditioning techniques use the coarse space to form robust two-level methods. Numerical experiments are conducted, with the main example being the numerical solution of the Diffusive Wave equation on a large urban area of Nice, France.In the last part of the thesis, for nonlinear elliptic PDEs, we investigate a multi-scale method that combines tools from the classical Multi-scale Finite Element Method and Machine Learning. Our approach is based on the approximate substructured formulation in which the traces of the unknown function belong to a coarse finite element space. The substructured problem is solved by Newton's method, using local Dirichlet-to-Neumann (DtN) operators at each iteration. In order to reduce the computational cost associated with the evaluation of DtN operators, the latter are replaced by approximate models built on the basis of artificial neural networks.Numerical experiments on nonlinear p-Laplace and degenerate scattering problems in 1D and 2D show promising results. With only a few training points per dimension of the DtN operator domain, the approximate model achieves an accuracy of a few percent

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Lougou, Komla Gaboutou. "Méthodes multi-échelles pour la modélisation des vibrations de structures à matériaux composites viscoélastiques." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0044/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, des techniques d’homogénéisation multi-échelles sont proposées pour l’analyse des vibrations des matériaux composites viscoélastiques. Dans la première partie, la Méthode Asymptotique à Deux Echelles (MADE) est proposée pour la modélisation des vibrations des longues structures sandwichs viscoélastiques répétitives. Pour ce type de structures les pulsations amorties correspondant aux modes propres de vibration sont regroupées en paquets bien distincts. La MADE décompose le problème initial de grande taille en deux problèmes de petites tailles. Le premier est défini sur quelques cellules de base et le second est une équation différentielle d’amplitude à coefficients complexes. La résolution de ces problèmes permet de déterminer les propriétés amortissantes correspondant aux modes de début et de fin de paquet de la structure tout en évitant la discrétisation de toute la structure. Pour les structures dont les coeurs ont un module d’Young dépendant de la fréquence, le problème non linéaire formulé sur les cellules de bases est résolu par l’approche diamant. Les modèles ADF et à dérivées fractionnaires ont été considérés dans les tests numériques. En utilisant la MADE, on évite la discrétisation de toute la structure, ce qui permet donc de réduire considérablement le temps de calcul ainsi que l’espace mémoire CPU nécessaires. L’approche proposée a été validée en comparant les résultats à ceux de la simulation éléments finis basée sur la discrétisation de toute la structure, et utilisant l’approche diamant. Dans la seconde partie de cette thèse, la méthode des éléments finis multi-échelles (EF2) a été développée pour le calcul des propriétés modales des structures à matériaux hétérogènes viscoélastiques en terme de fréquences amorties et amortissements modaux. Dans le principe de l’approche EF2, le problème de vibration est formulé à deux échelles : l’échelle de la structure globale (échelle macroscopique) et l’échelle d’un VER minutieusement choisi (échelle microscopique). Le problème à résoudre à l’échelle microscopique est un problème non linéaire alors que le problème à résoudre à l’échelle macroscopique est un problème linéaire. La non linéarité à l’échelle microscopique est introduite par la dépendance en fréquence du module d’Young des matériaux des phases viscoélastiques. Le problème non linéaire ainsi généré à l’échelle microscopique est résolu grâce à la MAN et ses outils de différentiation automatique réalisés sous Matlab, Fortran et C++. Un outil numérique, générique, robuste, peu coûteux en temps de calcul et espace mémoire CPU, de résolution des problèmes de vibrations non amorties des structures composites viscoélastique est ainsi mis en place. Le modèle viscoélastique à module constant ainsi que des modèles à modules dépendant de la fréquence notamment le modèle ADF et le modèle à dérivées fractionnaires ont été considérés pour les tests numériques de validation. Les comparaisons avec les résultats ABAQUS ont confirmé l’efficacité du code propos é. Le modèle est ensuite utilisé pour le calcul des propriétés amortissantes des structures sandwichs viscoélastiques à coeur composite. Les capacités de la nouvelle approche à concevoir des structures sandwichs viscoélastiques à coeur composite et à haut pouvoir amortissant ont été testées avec succès à travers l’étude de l’influence des différents paramètres des inclusions sur les propriétés amortissantes d’une structure sandwich viscoélastique à coeur composite
In this thesis, multiscale homogenization techniques are proposed for vibration analysis of structures with viscoelastic composite materials. In the first part, the Double Scale Asymptotic Method is proposed for vibration modeling of large repetitive viscoelastic sandwich structures. For this kind of structures, la eigenfrequencies are closely located in well separated packets. The DSAM splits the initial problem of large size into two problems of relatively small sizes. The first problem is posed on few basic cells, and the second one is an amplitude equation with complex coefficients. The resolution of these equations permits to compute the damping properties that correspond to the beginning and the end of every packets of eigenmodes. In case of structure with frequency dependent Young modulus in the core, the diamant approach is used to solve the nonlinear problem posed on basic cells. The ADF and fractional derivative models are considered in numerical tests. By using the DSAM, one avoid the discretization of the whole structure, and the computation time and needed CPU memory are thus reduced. The proposed method is validated by comparing its results with those of the direct finite element method using the diamant approach. In the second part of this thesis, the multiscale finite element method (FE2) is proposed for computation of modal properties (resonant frequency and modal loss factors) of structures with composite materials. In the principle of the (FE2) method, the vibration problem is formulated at two scales: the scale of the whole structure (macroscopic scale) and the scale of a Representative Volume Element (RVE) considered as the microscopic scale. The microscopic problem is a nonlinear one and the macroscopic problem is linear. The nonlinearity at the microscopic scale is introduced by the frequency dependence of the Young modulus of the viscoelastic phases. This nonlinear problem is solved by the Asymptotic Numerical Method and its automatic differentiation tools realizable in Matlab, Fortran or C++. From this approach, numerical tool that is generic, flexible, robust and inexpensive in term of CPU time and memory is proposed for vibration analysis of viscoelastic structures. The constant Young modulus and frequency dependent Young modulus are considered in validation tests. The results of numerical simulation with ABAQUS are used are reference. The model is then used to compute the modal properties of sandwich structure with viscoelastic composite core. To test the capacities of the proposed approach to design sandwich viscoelastic structure with high damping properties, the influence of parameters of the inclusions are studied

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Del, Masto Alessandra. "Transition d’échelle entre fibre végétale et composite UD : propagation de la variabilité et des non-linéarités." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCD022/document.

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Abstract:

Bien que les matériaux composites renforcés par fibres végétales (PFCs) représentent une solution attractive pour la conception de structures légères, performantes et à faible coût environnemental, leur développement nécessite des études approfondies concernant les mécanismes à la base du comportement non-linéaire en traction exprimé, ainsi que de la variabilité des propriétés mécaniques. Compte tenu de leur caractère multi-échelle, ces travaux de thèse visent à contribuer, via une approche numérique, à l’étude de la propagation de comportement à travers les échelles des PFCs. Dans un premier temps, l’étude se focalise sur l’échelle fibre : un modèle 3D de comportement de la paroi est d’abord implémenté dans un calcul EF, afin d’établir l’influence de la morphologie de la fibre sur le comportement exprimé. Une fois l’impact non négligeable de la morphologie déterminé, une étude des liens entre morphologie, matériau et ultrastructure et comportement en traction est menée via une analyse de sensibilité dans le cas du lin et du chanvre. La deuxième partie du travail es dédiée à l’échelle du pli de composite. Une nouvelle approche multi-échelle stochastique est développée et implémentée. Elle est basée sur la définition d’un volume élémentaire (VE) à microstructure aléatoire pour décrire le comportement du pli. L’approche est ensuite utilisée pour étudier la sensibilité du comportement du VE aux paramètres nano, micro et mésoscopiques. L’analyse de sensibilité, menée via le développement de la réponse sur la base du chaos polynomial, nous permet ainsi de construire un métamodèle du comportement du pli
Although plant-fiber reinforced composites (PFCs) represent an attractive solution for the design of lightweight, high performance and low environmental cost structures, their development requires in-depth studies of the mechanisms underlying their nonlinear tensile behavior, as well as variability of mechanical properties. Given their multi-scale nature, this thesis aims to contribute, using a numerical approach, to the study of the propagation of behavior across the scales of PFCs. Firstly, the study focuses on the fiber scale: a 3D model of the behavior of the wall is first implemented in an EF calculation, in order to establish the influence of fiber morphology on the tensile behavior. Once the non-negligible impact of the morphology has been determined, a study of the links between morphology, material and ultrastructure and tensile behavior is conducted via a sensitivity analysis in the case of flax and hemp. The second part of the work is dedicated to the composite ply scale. A new stochastic multi-scale approach is developed and implemented. It is based on the definition of an elementary volume (VE) with random microstructure to describe the behavior of the ply. The approach is then used to study the sensitivity of VE behavior to nano, micro and mesoscopic parameters. Sensitivity analysis, conducted via the development of the response on the basis of polynomial chaos, allows us to construct a metamodel of the tensile behavior of the ply

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Adama, Maiga Mahamadou. "Modèles multi-bulles pour la cavitation : Équation d'évolution pour la pression." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10092/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur la modélisation de la cavitation, phénomène par lequel se forment des bulles quasi vide dans un liquide en dépression. L'étude de la cavitation a donné lieu dans la littérature à plusieurs modèles. La quasi totalité de ces modèles font abstraction des interactions entre les bulles et de l'augmentation de la pression qui en résulte dans certaines phases d'évolution de la cavitation, comme l'ont observé expérimentalement Franc et al. (1995) et de Ohl (2002). Dans notre travail nous proposons un nouveau modèle d'évolution de la taille des bulles, dans lequel deux bulles non identiques sont localisées dans un volume en expansion contrôlée. La présence de deux bulles introduit une instabilité dans laquelle l'échange de vide apparaît comme un degré de liberté supplémentaire. Notre modèle inclut la possibilité pour de nombreuses petites bulles de disparaître ou non selon que leur rayon est inférieur ou pas au rayon critique. Selon ce modèle il peut y avoir de nombreux collapses de petites bulles dès l'apparition de la cavitation, ce qui est conforme à l'observation expérimentale d'un bruit dans la zone d'apparition de la cavitation Buogo et al. (2002). Le modèle révèle la pression comme une inconnue du problème pour laquelle nous avons pu mettre en évidence une équation d'évolution indépendante de celle de la masse volumique. La comparaison de la taille des bulles et de la pression en fonction du temps obtenue avec le modèle est en bon accord avec les mesures effectuées en 2002 par Ohl
This thesis work concems the modelling of cavitation, a phenomenon by which almost empty bubbles are formed in a liquid in depression. The study of cavitation gave several models in literature almost all of these models disregard the interactions between the bubbles and the rise of pressure which results in certain phases of the evolution of the cavitation, as observed in experiments by Franc et al. (1995) and Ohl (2002). ln our work, we propose a new evolution model in the size of the bubbles, in which two non-identical bubbles are localized in a controlled expansion volume. The presence of two bubbles introduces an instability in which the exchange of void seems to be an additional degree of autonomy. Our model includes the possibility for many small bubbles to disappear or not depending on whether there is lower or not than the critical radius. According to the model, there can be many collapses of small bubbles as soon as the phenomenon of cavitation appears which is in accordance with the experimental observation of a noise in the appearance zone of Buogo et al (2002). The model reveals the pressure as an unknown factor of the problem for which we have highlighted an independent evolution equation of that density. The comparison of the size of the bubbles and the pressure depending on the time obtained with the model is in accordance with the measurements carried out in 2002

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Patiño, Diego. "Pilotage des cycles limites dans les systèmes dynamiques hybrides : application aux alimentations électriques statiques." Electronic Thesis or Diss., Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL013N.

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Abstract:

Cette thèse s'intéresse au pilotage des cycles limites pour une classe particulière de systèmes hybrides (SDH): les systèmes commutés cycliques. La thématique des SDH est née du constat d'insuffisance des modèles dynamiques classiques pour décrire les comportements lorsque des aspects évènementiels interviennent. Une classe particulièrement importante de SDH est formée par celle qui présente un régime permanent cyclique. Ces systèmes ont des points de fonctionnement non auto-maintenables: il n'existe pas de commande qui maintienne le système sur ce point. Le maintien n'est assuré qu'en valeur moyenne, en effectuant un cycle dans un voisinage du point par commutation des sous systèmes. L'établissement d'une loi de commutation pour cette classe de systèmes doit répondre aux objectifs de stabilité et de performance dynamique, mais doit également garantir la satisfaction de critères liés à la forme d'onde. A l'heure actuelle, peu de méthodes de commande prennent en compte le caractère cyclique du système. Les travaux de cette thèse ont pour objectif de développer des méthodes génériques et robustes pour piloter cette classe de systèmes. Les algorithmes proposés doivent également pouvoir être implémenté en temps réels. On modélise le système comme un système non - linéaire affine en la commande dont la loi de commande apparait dans le modèle. Ce type de modélisation permet d'envisager deux types de synthèse: l'une à base de commande prédictive et l'autre à base de commande optimale. Ce travail est validé par une partie applicative sur des manipulations dans le CRAN et dans des laboratoires du réseau d'excellence européenne HYCON dans le cadre duquel s'est déroulé cette étude
This work deals with limit cycle control for one particular class of hybrid dynamical systems (HDS): The cyclic switched systems. The HDS were born because the traditional dynamical models were not able to describe complex behaviors and most of all, behaviors with discontinuities. From an application point of view, one important class of HDS depicts a cyclic behavior in steady state. The main characteristic of these systems is that the operation point cannot be maintained: It does not exist a control that maintains the system on a desired operation point. However, this point can be obtained in average by turning into its neighborhood. Thus, a cycle is produced by switching among the system modes. A switched control law must satisfy stability and dynamic performance. Moreover, criteria related to the waveform must be verified. Nowadays, few methods take into account the cyclic behavior of the system. In this research, some generic methods are studied. They show good performance for controlling the cyclic switched systems. The proposed algorithms can be implemented in real-time. The approaches are based on an affine non-linear model of the system whose control explicitly appears. Two control methods are considered: i) A predictive control, ii) An optimal control. Since the predictive control is a good choice for tracking, it will be able to maintain the system in a cycle. The optimal control yields solutions that can be applied to the transients. Some experiments with both control methods applied to the power converters are shown. These tests were carried out not only in our laboratory (CRAN), but also in other laboratories as part of the HYCON excellence network

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Monteiro, Eric. "Contributions aux méthodes numériques pour traiter les non linéarités et les discontinuités dans les matériaux hétérogènes." Phd thesis, Université Paris-Est, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00601050.

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Motivé par l'étude de tissus biologiques, ce travail contribue aux développements d'outils numériques permettant de prédire la réponse mécanique de matériaux hétérogènes non linéaires dans lesquels les énergies d'interfaces deviennent prépondérantes. Ainsi, une méthode d'homogénéisation multi échelle combinée à une technique de réduction de modèle basée sur la décomposition orthogonale aux valeurs propres est proposée dans un cadre thermique et hyperélastique. Les énergies d'interfaces entre les différentes phases des composites sont décrites par un modèle d'interface cohérent et prises en compte numériquement par une approche liant la méthode des éléments finis étendus et la méthode level-set. Une étude de l'étalement d'une cellule vivante entre deux lamelles fixes est ensuite réalisée. Les deux modèles utilisés pour les simulations montrent que l'assemblage cortex d'actine-membrane plasmique ne joue qu'un rôle minime dans la réponse mécanique cellulaire

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Billon, Laure. "Génération et adaptation de maillage volume-couche limite dynamique pour les écoulements turbulents autour de géométries complexes." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM077/document.

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Abstract:

La simulation numérique des écoulements turbulents en aérodynamique est très complexe. Elle consiste en l'étude de l'interaction entre un fluide et un profilimmergé. On observe à la surface du profil une zone de vitesse ralentie, nommée couche limite. L'étude fine de la couche limite est primordiale pour la résolution précise de l'écoulement. Elle nécessite de ce fait un maillage particulièrement fin et structuré. Nous proposons une procédure automatique permettant de générer un maillage adapté pour la résolution précise de la couche limite en accord avec la théorie et les caractéristiques physiques de l'écoulement. De plus, afin de décrire l'écoulement turbulent dans toute sa complexité à moindres coûts, nous proposons de combiner le maillage couche limite à une méthode d’adaptation de maillage dynamique.A cet effet, nous avons utilisé une version avancée de l'adaptation de maillagesur l'erreur a posteriori basée sur les arêtes et développé une méthode permettant à la fois de conserver la structure et le raffinement dans la couche limite mais également de décrire précisément les recirculations et le sillage. La nouvelle méthode d'adaptation volume-couche limite a été validée sur des cas2D et 3D à géométries complexes. Les résultats mettent en relief le potentiel decette approche et ouvre des perspectives intéressantes pour l'adaptation de maillage en mécanique des fluides
Numerical simulation of turbulent aerodynamics flows remains challenging. Such fluid-structure interaction problem involves generally a thin layer close to the wall where the fluid is slow down, called boundary layer. This latter requires a carefull study of the boundary layer since it is crucial regarding the accuracyof the complete flow computation. Therefore, a fine and structured mesh is needed close to the wall. In this work, we propose a novel automatic procedure to build a correct boundary layer mesh according to the theory and the flow parameters. Moreover, in order to describe exactly the behaviour of the flow on the whole domain, the boundary layer mesh is combined with a dynamic mesh adaptation method.It follows an advanced version of the edge based mesh adaptation method. Combined together, they ensure a fine and structured mesh in the boundarylayer while all the flow vortices are accurately resolved. This new method, called boundary-volume mesh adaptation, has been validated on several 2D and 3Dtest cases with complex geometries. Results emphasises the capacity ofthe approach and offer opportunities of improvement for numerical fluid mechanics mesh adaptation

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Dissertations / Theses on the topic 'Dynamique non linéaire multi-Échelles'

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