Littérature scientifique sur le sujet « Fiabilité des systèmes mécaniques »

Cet article montre comment nous pouvons traiter efficacement les problèmes de supraclusion chez l'adulte à l'aide du « Système CT8® », système simplifié d'ancrage cortical sur microvis placées en fond de vestibule au-delà des apex. Après une rapide description du matériel et de la façon de le mettre en oeuvre, des cas cliniques représentatifs des différentes situations de supraclusion qui peuvent être rencontrées sont présentées puis analysés. Au-delà même de l'aide attendue par des ancrages fixés, la constatation d'un redressement spontané systématique de l'axe des incisives supérieures sans avoir eu besoin de réaliser une mécanique spécifique de torque bouscule beaucoup d'idées reçues considérées comme intangibles. La comparaison avec les autres ancrages osseux montre que le « Système CT8® » est réellement le système de choix pour ingresser les incisives chez l'adulte, tant au niveau de l'étendue de ses possibilités que de sa fiabilité.

Les « systèmes presque totalement sûrs » se veulent reposer sur une sûreté réglée visant à prévoir tout ce qui est possible, et une sûreté gérée prévue pour faire face à l’imprévu. Mais l’accumulation des règles ou leur mauvaise application peut fragiliser l’édifice. Identifier les limites de l’action managériale est nécessaire pour accroître la fiabilité de ces systèmes et en gérer la sophistication.

La caractérisation des propriétés mécaniques de micro et nano-systèmes devient cruciale pour le développement des (bio)MEMS/NEMS. Comme la microscopie à force atomique (AFM) est un instrument de choix pour mesurer les propriétés morphologiques et mécaniques à l’échelle submicronique, nous avons développé un TP AFM en mode Peak Force sur cette thématique. Les étudiants effectueront la cartographie 4D d’un échantillon de polymères dont les propriétés mécaniques sont bien différentes. À partir de ces cartographies AFM, les étudiants estimeront les modules de Young en sélectionnant le(s) modèle(s) les plus adéquats. Le savoir-faire ainsi acquis sera ensuite appliqué lors d’un second TP à une cellule de souris fixée pour estimer ses propriétés viscoélastiques.

Le pompage de l’eau pour les besoins domestiques et l’irrigation dans les régions désertiques isolées doit être considéré comme une priorité et une application significative. L’utilisation de l’énergie solaire photovoltaïque (PV) comme source d’alimentation pour pomper l’eau est l’un des domaines les plus prometteurs dans leur application. Mise à part le conditionneur d’énergie (inverseur) et l’unité moto-pompe, qui ont atteint de très bonne performance, la conception du système de pompage est basée sur deux éléments importants : le générateur photovoltaïque et le réservoir de stockage. En effet, une mauvaise conception du générateur PV et/ou le réservoir de stockage pourraient affecter la fiabilité du système et créer ainsi un déficit sur la demande quotidienne en eau par la population. Pour caractériser la conception du système, nous utilisons une méthode basée sur la détermination de la probabilité de perte d’alimentation (LPSP) basée sur un fonctionnement d’une année. Il est possible que le volume d’eau requis par la charge soit supérieur à celui délivré par la pompe. Dans ces conditions, le besoin en eau n’est pas satisfait, il y a un déficit hydrique et une privation pour la population. Dans ce cas, la LPSP est définie comme étant le rapport entre le volume de déficit en eau et le volume d’eau requis. Dans cet article, nous montrerons que la taille du réservoir de stockage a une influence sur la fiabilité et le dimensionnement du système doit être traité avec une attention particulière. Le coût sur la durée de vie (life cycle cost, LCC) est utilisé pour estimer le coût de la configuration optimale.

Les micro-organismes peuvent coloniser les surfaces environnantes et s’organiser en un film de plusieurs centaines de microns d’épaisseur, appelé « biofilm ». Ils sécrètent une matrice extracellulaire polymérique qui assure une véritable cohésion et protection physique de la colonie, avec des effets qui peuvent être aussi bien bénéfiques que mortels pour son environnement. Nous nous sommes intéressés aux forces mécaniques structurant cette matière vivante solide et contribuant à maintenir son intégrité. Nous avons travaillé sur des biofilms de bactéries flottant à la surface d’un liquide. Nous montrons que ces systèmes ont des propriétés mécaniques originales et remarquables, du fait de leur capacité à croître et proliférer.

Le comportement dynamique des systèmes mécaniques est crucial dans l'industrie pour éviter l'instabilité et les vibrations, assurant ainsi la fiabilité et la durabilité des équipements. La complexité et les incertitudes inhérentes rendent la modélisation précise difficile, mais intégrer ces incertitudes est essentiel pour renforcer la robustesse des systèmes. Des approches comme la simulation de Monte Carlo sont utilisées pour tenir compte de ces incertitudes, notamment dans des domaines spécifiques comme les transmissions par engrenage, où les paramètres incertains peuvent avoir un impact significatif sur le comportement dynamique. En résumé, comprendre et gérer les incertitudes dans la conception des systèmes mécaniques contribue à améliorer leur performance et leur fiabilité dans des environnements opérationnels variés.En outre, une compréhension approfondie des dynamiques mécaniques permet d'anticiper les zones de fragilité et de minimiser les risques de défaillance, ce qui est essentiel pour garantir la sécurité et la performance des équipements industriels. Les ingénieurs doivent adopter une approche proactive pour relever les défis liés à la conception de systèmes mécaniques fiables, en tenant compte des incertitudes liées à des facteurs tels que les forces de frottement, les raideurs des engrenages et les conditions environnementales changeantes. La modélisation stochastique, telle que la simulation de Monte Carlo, offre des outils précieux pour évaluer et atténuer les risques associés à ces incertitudes, assurant ainsi une conception plus robuste et une meilleure performance des systèmes mécaniques dans diverses conditions d'exploitation
The dynamic behavior of mechanical systems is crucial in industry to avoid instability and vibrations, ensuring the reliability and durability of equipment. The inherent complexity and uncertainties make precise modeling challenging, but incorporating these uncertainties is essential to strengthen system robustness. Approaches such as Monte Carlo simulation are used to account for these uncertainties, particularly in specific areas like gear transmissions, where uncertain parameters can significantly impact dynamic behavior. In summary, understanding and managing uncertainties in the design of mechanical systems contributes to improving their performance and reliability in various operational environments.Furthermore, a thorough understanding of mechanical dynamics allows anticipating weak areas and minimizing failure risks, essential for ensuring the safety and performance of industrial equipment. Engineers must take a proactive approach to address challenges in designing reliable mechanical systems, considering uncertainties related to factors such as friction forces, gear stiffness, and changing environmental conditions. Stochastic modeling, such as Monte Carlo simulation, provides valuable tools to assess and mitigate risks associated with these uncertainties, thereby ensuring more robust design and better performance of mechanical systems in diverse operating conditions

Cette thèse est consacrée à l'étude de sûreté de fonctionnement des systèmes mécaniques dynamiques actifs, en analysant leur comportement suite à des variations paramétriques liées à leurs incertitudes, et suite à des pannes d'actionneurs et de capteurs. Le chapitre 1 de cette thèse rappelle les principes d'évaluation de la fiabilité et des outils nécessaires pour le traitement des incertitudes par des approches probabilistes. Le chapitre 2 décrit le principe du contrôle actif, ainsi que les méthodes (LQG, LQR, LQE) utilisées pour la conception du régulateur et de l'observateur retenu. Ce contrôleur implémente un modèle réduit modal de la structure et ses caractéristiques de gain et de filtre resteront inchangées quelle que soit la variation des paramètres nominaux. Il est conçu pour le contrôle des vibrations d'une structure dont le nombre de modes de vibration est supérieur à celui considéré dans le contrôleur. La théorie correspondante est détaillée dans le chapitre 3. Dans le chapitre 4 et 5, on applique ces théories à un panneau en aluminium. L'importance de l'utilisation de la métode des plans d'expérience y est montrée. L'utilisation de la méthode permet également de définir un domaine d'étude ou le système reste stable quelle que soit la variation des paramètres. Cette méthode se présente comme une étape nécessaire pour le traitement des incertitudes paramétriques par des approches probabilistes (FORM/SORM) dans le cas des systèmes mécaniques adaptatifs. Le chapitre 6 est consacré à l'étude de l'influence des pannes de capteurs et d'actionneurs sur la performance et la stabilité du système contrôle. Ces travaux ont permis de faire la jonction entre les méthodes de conception des systèmes mécaniques actifs et l'approche probabiliste dans le cas des structures continues
This thesis concerns the dependability of active dynamical mechanical systems, analyses the behaviour of these systems after parametric variations due to their uncertainties and after actuator and sensor breakdowns. Chapter 1 addresses the principles of evaluation of reliability, and the tools needed for the treatment of parametric uncertainties by probabilistic approaches. Chapter 2 describes the principle of active control, as well as the methods (LQG, LQR, LQE) implemented in the regulator and observer design process. This controller implements a reduced modal of the structure and its gain and filter characteristics will remain unchanged while nominal parameters change. It is designed to control the vibrations of a structure, which number of vibration modes is higher than that considered within the controller. The corresponding theory is detailed in chapter 3. In the chapter 4 and 5, we apply those theories to an aluminium panel. The importance of using the design of experiments method was shown. Implementing this method also makes it possible to define a study field where the system will remain stable within the variation range of the parameters. This method proved to be a necessary step for the treatment of parametric uncertainties by probabilistic approaches (FORM/SORM) in the case of active mechanical systems. Chapter 6 addresses the study of the influence of sensor and actuator breakdowns on the performance and the stability of the controlled system. This work has permitted to connect design methods of active mechanical systems and probabilistic approaches in the case of continuous structures

Une démarche globale pour l'estimation et l'élaboration de la fiabilité de systèmes mécaniques aux différentes étapes de leur processus de conception est proposée. Elle repose sur une approche multidisciplinaire exploitant une représentation système, physique et probabiliste des scénarios de défaillance. Combinant leurs interprétations système sans physique et physique sans système, elle assure la construction de modèles de fiabilité à la fois physiques et systèmes. Plusieurs stratégies d'évaluation sont alors déployées. Utilisant les outils du couplage mécano-fiabiliste (e. G. Chaos polynomial, FORM/SORM), elles fournissent des mesures de fiabilité traditionnelles et permettent également la définition de chaînes de mesures d'importance originales. Celles-ci détaillent le poids et l'influence de chaque scénario et de chacun de leurs paramètres sur la réalisation des défaillances. L'optimisation de la conception est alors en partie assurée par l'analyse de fiabilité elle-même

Les projets d'Ingénierie Structurale doivent s’adapter aux critères de performance, de sécurité, de fonctionnalité, de durabilité et autres, établis dans la phase d’avant-projet. Traditionnellement, les projets utilisent des informations de nature déterministe comme les dimensions, les propriétés des matériaux et les charges externes. Toutefois, la modélisation des systèmes structuraux complexes implique le traitement des différents types et niveaux d'incertitudes. Dans ce sens, la prévision du comportement doit être préférablement faite en termes de probabilités puisque l'estimation de la probabilité de succès d'un certain critère est une nécessité primaire dans l’Ingénierie Structurale. Ainsi, la fiabilité est la probabilité rapportée à la parfaite opération d'un système structural donné durant un certain temps en des conditions normales d'opération pour trouver le meilleur compromis entre coût et sécurité pour l’élaboration des projets. Visant à pallier les désavantagés des méthodes traditionnelles FORM et SORM (First and Second Order Reliability Method), cette thèse propose une méthode d’analyse de fiabilité basée sur des techniques d’optimisation heuristiques (HBRM, Heuristic-based Reliability Method). Les méthodes heuristiques d’optimisation utilisées par cette méthode sont : Algorithmes Génétiques (Genetic Algorithms), Optimisation par Essaims Particulaires (Particle Swarm Optimisation) et Optimisation par Colonie de Fourmis (Ant Colony Optimization). La méthode HBRM ne requiert aucune estimation initiale de la solution et opère selon le principe de la recherche multi-directionnelle, sans besoin de calculer les dérivées partielles de la fonction d’état limite par rapport aux variables aléatoires. L’évaluation des fonctions d’état limite est réalisée en utilisant modèles analytiques, semi analytiques et numériques. Dans ce but, la mise en oeuvre de la méthode de Ritz (via MATLAB®), la méthode des éléments finis (via MATLAB® et ANSYS®) et la méthode sans maillage de Galerkin (Element-free Galerkin sous MATLAB®) a été nécessaire. La combinaison d’analyse de fiabilité, des méthodes d’optimisation et méthodes de modélisation, ci-dessus mentionnées, configure la méthodologie de conception fiabiliste proposée dans ce mémoire. L’utilisation de différentes méthodes de modélisation et d’optimisation a eu pour objectif de mettre en évidence leurs avantages et désavantages pour des applications spécifiques, ainsi pour démontrer l’applicabilité et la robustesse de la méthodologie de conception fiabiliste en utilisant ces techniques numériques. Ce qui a été possible grâce aux bons résultats trouvés dans la plupart des applications. Dans ce sens, des applications uni, bi et tridimensionnelles en statique, stabilité et dynamique des structures explorent l’évaluation explicite et implicite des fonctions d’état limite de plusieurs variables aléatoires. Procédures de validation déterministe et analyses stochastiques, et la méthode de perturbation de Muscolino, donnent les bases de l’analyse de fiabilité des applications en problèmes d’interaction fluide-structure bi et tridimensionnelles. La méthodologie est particulièrement appliquée à une structure industrielle. Résultats de applications uni et bidimensionnelles aux matériaux composites stratifiés, modélisés par la méthode EFG sont comparés avec les obtenus par éléments finis. A la fin de la thèse, une extension de la méthodologie à l’optimisation fiabiliste est proposée à travers la méthode des facteurs optimaux de sûreté. Pour cela, sont présentes des applications pour la minimisation du poids, en exigent un indice de fiabilité cible, aux systèmes modélisés par la méthode de EF et par la méthode EFG
Structural Engineering designs must be adapted to satisfy performance criteria such as safety, functionality, durability and so on, generally established in pre-design phase. Traditionally, engineering designs use deterministic information about dimensions, material properties and external loads. However, the structural behaviour of the complex models needs to take into account different kinds and levels of uncertainties. In this sense, this analysis has to be made preferably in terms of probabilities since the estimate the probability of failure is crucial in Structural Engineering. Hence, reliability is the probability related to the perfect operation of a structural system throughout its functional lifetime; considering normal operation conditions. A major interest of reliability analysis is to find the best compromise between cost and safety. Aiming to eliminate main difficulties of traditional reliability methods such as First and Second Order Reliability Method (FORM and SORM, respectively) this work proposes the so-called Heuristic-based Reliability Method (HBRM). The heuristic optimization techniques used in this method are: Genetic Algorithms, Particle Swarm Optimization and Ant Colony Optimization. The HBRM does not require initial guess of design solution because it’s based on multidirectional research. Moreover, HBRM doesn’t need to compute the partial derivatives of the limit state function with respect to the random variables. The evaluation of these functions is carried out using analytical, semi analytical and numerical models. To this purpose were carried out the following approaches: Ritz method (using MATLAB®), finite element method (through MATLAB® and ANSYS®) and Element-free Galerkin method (via MATLAB®). The combination of these reliability analyses, optimization procedures and modelling methods configures the design based reliability methodology proposed in this work. The previously cited numerical tools were used to evaluate its advantages and disadvantages for specific applications and to demonstrate the applicability and robustness of this alternative approach. Good agreement was observed between the results of bi and three-dimensional applications in statics, stability and dynamics. These numerical examples explore explicit and implicit multi limit state functions for several random variables. Deterministic validation and stochastic analyses lied to Muscolino perturbation method give the bases for reliability analysis in 2-D and 3-D fluidstructure interaction problems. This methodology is applied to an industrial structure lied to a modal synthesis. The results of laminated composite plates modelled by the EFG method are compared with their counterparts obtained by finite elements. Finally, an extension in reliability based design optimization is proposed using the optimal safety factors method. Therefore, numerical applications that perform weight minimization while taking into account a target reliability index using mesh-based and meshless models are proposed
Os projectos de Engenharia Estrutural devem se adaptar a critérios de desempenho, segurança, funcionalidade, durabilidade e outros, estabelecidos na fase de anteprojeto. Tradicionalmente, os projectos utilizam informações de natureza deterministica nas dimensões, propriedades dos materiais e carregamentos externos. No entanto, a modelagem de sistemas complexos implica o tratamento de diferentes tipos e níveis de incertezas. Neste sentido, a previsão do comportamento deve preferivelmente ser realizada em termos de probabilidades dado que a estimativa da probabilidade de sucesso de um critério é uma necessidade primária na Engenharia Estrutural. Assim, a confiabilidade é a probabilidade relacionada à perfeita operação de um sistema estrutural durante um determinado tempo em condições normais de operação. O principal objetivo desta análise é encontrar o melhor compromisso entre custo e segurança. Visando a paliar as principais desvantagens dos métodos tradicionais FORM e SORM (First and Second Order Reliability Method), esta tese propõe um método de análise de confiabilidade baseado em técnicas de optimização heurísticas denominado HBRM (Heuristic-based Reliability Method). Os métodos heurísticos de otimização utilizados por este método são: Algoritmos Genéticos (Genetic Algorithms), Optimização por Bandos Particulares (Particle Swarm Optimisation) e Optimização por Colónia de Formigas (Ant Colony Optimization). O método HBRM não requer de uma estimativa inicial da solução e opera de acordo com o princípio de busca multidirecional, sem efetuar o cálculo de derivadas parciais da função de estado limite em relação às variáveis aleatórias. A avaliação das funções de estado limite é realizada utilizando modelos analíticos, semi analíticos e numéricos. Com este fim, a implementação do método de Ritz (via MATLAB®), o método dos elementos terminados (via MATLAB® e ANSYS®) e o método sem malha de Galerkin (Element-free Galerkin via MATLAB®) foi necessária. A combinação da análise de confiabilidade, os métodos de optimização e métodos de modelagem, acima mencionados, configura a metodologia de projeto proposta nesta tese. A utilização de diferentes métodos de modelagem e de otimização teve por objetivo destacar as suas vantagens e desvantagens em aplicações específicas, assim como demonstrar a aplicabilidade e a robustez da metodologia de análise de confiabilidade utilizando estas técnicas numéricas. Isto foi possível graças aos bons resultados encontrados na maior parte das aplicações. As aplicações foram uni, bi e tridimensionais em estática, estabilidade e dinâmica de estruturas, as quais exploram a avaliação explícita e implícita de funções de estado limite de várias variáveis aleatórias. Procedimentos de validação déterministica e de análises estocásticas, aplicando o método de perturbação de Muscolino, fornecem as bases da análise de confiabilidade nas aplicações de problemas de iteração fluído-estrutura bi e tridimensionais. A metodologia é testada com uma estrutura industrial. Resultados de aplicações bidimensionais em estratificados compostos, modelados pelo método EFG são comparados com os obtidos por elementos finitos. No fim da tese, uma extensão da metodologia à optimização baseada em confiabilidade é proposta aplicando o método dos factores óptimos de segurança. Finalmente são apresentadas as aplicações para a minimização do peso em sistemas modelados pelo método de EF e o método EFG que exigem um índice de confiabilidade alvo

Ces dernières années, de nouveaux composants micro-ondes sont apparus : les micro­ commutateurs RF MEMS. Bien que ces composants soient encore absents des systèmes spatiaux, l'intérêt que leur porte l'industrie spatiale est grandissant car ils apparaissent comme une solution adéquate pour réduire le coût des missions et améliorer les performances tout en conservant l'intégrité de celles-ci (volume, masse, consommation). Cependant une problématique majeure de la technologie MEMS concerne leur fiabilité. Les travaux développés dans ce manuscrit visent à mettre en place des méthodes de caractérisation pour évaluer la fiabilité des microsystèmes, plus particulièrement des commutateurs MEMS. Le premier chapitre présente un état de l'art des mécanismes de défaillance identifiés dans les commutateurs à ce jour. Le deuxième chapitre expose les moyens expérimentaux et les techniques pour déterminer les propriétés des matériaux. On y étudie plus en détail la caractérisation par nanoindentation et les méthodes pour estimer les contraintes résiduelles. Le troisième chapitre est consacré à la conception, réalisation et caractérisation d'un commutateur. Le but est de saisir les enjeux technologiques de la chaîne de développement d'un composant MEMS pour obtenir un procédé fiable. Dans le quatrième chapitre, nous effectuerons l'étude de cas d'un commutateur dont le procédé de fabrication est déjà fiabilisé. Cette étude se fait à travers une approche combinant l'utilisation des outils de modélisation et d'expérimentation. - Nous évaluerons la fiabilité liée à l'utilisation du MEMS et à son environnement afin de l'améliorer en jouant sur l'étape de conception.

Le groupe Microsystèmes Silicium de l'Institut d'Électronique, de Microélectronique du Nord (IEMN - maintenant N=Nanotechnologie) a axé sa recherche sur les micro-actionneurs et leur environnement. Cela nous permet d'étudier des problématiques amont liées au micro-actionnement, à son interaction technologique, ainsi que des voies applicatives telles que les microsystèmes pour les télécommunications, la microrobotique, entre autres...
Dans la suite de cette introduction, quelques précisions sont données sur la terminologie de notre domaine de recherche, puis un bref historique retrace le développement de la recherche sur les microsystèmes dans le monde et en France.
Outre cette introduction, ce rapport se compose principalement de trois chapitres. Le premier, consacré aux micro-actionneurs, présente une partie des travaux effectués sur des études conceptuelles exploitant le potentiel de différents modes d'actionnement : transition de phase; électrostatique et thermique.
Le second chapitre décrit les activités de recherche effectuées dans le thème applicatif des microsystèmes pour les télécommunications. Il s'agit de travaux soutenus par de nombreux contrats de recherche nationaux ou européens. Deux composants en particulier ont été étudiés par trois doctorants. Emmanuel Quévy a étudié des résonateurs électromécaniques destinés à une application de filtrage dans la gamme intermédiaire de fréquence de la téléphonie mobile. Vincent Agache a étudié des résonateurs dont les fréquences propres se situent au voisinage du GHz. Les premières recherches effectuées à l'IEMN sur des microcommutateurs pour les signaux hyperfréquences sont également présentées
Le troisième chapitre est dédié aux résultats obtenus par Olivier Millet sur l'évolution de la raideur de microstructures soumises à un chargement cyclique. Il s'agit d'une partie de l'étude transversale des mécanismes de défaillance des microsystèmes destinée à la modélisation du phénomène de fatigue dans les microstructures.
Enfin, quelques perspectives de recherche impliquant les micro-actionneurs dans les microsystèmes seront présentées, suivies d'une conclusion

L'analyse des tolérances des mécanismes a pour but d'évaluer la qualité du produit lors de sa phase de conception. La technique consiste à déterminer si, dans une production de grandes séries, le taux de rebuts des mécanismes défaillants est acceptable. Deux conditions doivent être vérifiées: une condition d'assemblage et une condition fonctionnelle. La méthode existante se base sur le couplage de la simulation de Monte Carlo avec un algorithme d'optimisation qui est très couteuse en temps de calcul. L'objectif des travaux de thèse est de développer des méthodes plus efficaces basées sur des approches probabilistes. Dans un premier temps, il est proposé une linéarisation des équations non linéaires du modèle de comportement afin de simplifier l'étape faisant appel à l'algorithme d'optimisation. Une étude de l'impact de cette opération sur la qualité de la probabilité est menée. Afin de minimiser l'erreur d'approximation, deux procédures itératives pour traiter le problème d'assemblage sont proposées. Ils permettent de calculer la probabilité de défaillance d'assemblage de façon précise en un temps de calcul réduit. En outre, les travaux de thèse ont permis le développement d'une nouvelle méthode de résolution basée sur la méthode de fiabilité système FORM (First Order Reliability Method) système. Cette méthode permet de traiter uniquement le problème fonctionnel. Elle a nécessité la mise au point d'une nouvelle formulation du problème d'analyse des tolérances sous forme système. La formulation décompose le mécanisme hyperstatique en plusieurs configurations isostatiques, le but étant de considérer les configurations dominantes menant à une situation de défaillance. La méthode proposée permet un gain de temps considérable en permettant d'obtenir un résultat en quelques minutes, y compris pour atteindre des faibles probabilités
Tolerance analysis of mechanism aims at evaluating product quality during its design stage. Technique consists in computing a defect probability of mechanisms in large series production. An assembly condition and a functional condition are checked. Current method mixes a Monte Carlo simulation and an optimization algorithm which is too much time consuming. The objective of this thesis is to develop new efficient method based on probabilistic approach to deal with the tolerance analysis of overconstrained mechanism. First, a linearization procedure is proposed to simplify the optimization algorithm step. The impact of such a procedure on the probability accuracy is studied. To overcome this issue, iterative procedures are proposed to deal with the assembly problem. They enable to compute accurate defect probabilities in a reduced computing time. Besides, a new resolution method based on the system reliability method FORM (First Order Reliability Method) for systems was developed for the functional problem. In order to apply this method, a new system formulation of the tolerance analysis problem is elaborated. Formulation splits up the overconstrained mechanism into several isoconstrained configurations. The goal is to consider only the main configurations which lead to a failure situation. The proposed method greatly reduces the computing time allowing getting result within minutes. Low probabilities can also be reached and the order of magnitude does not influence the computing time

Les systemes de tensegrite sont des systemes innovants dans le domaine du genie civil. Leur esthetique est une source d'inspiration nouvelle pour les architectes. Ce sont des systemes reticules, spatiaux et en etat d'autocontrainte. La premiere partie du manuscrit consiste en une presentation des differentes phases de leur conception. La recherche de forme, notamment, definit les geometries particulieres permettant l'instauration d'un etat de sollicitation interne qui va rigidifier le systeme. La deuxieme partie est l'occasion d'exposer des methodes qui, pour une geometrie autocontrainte donnee, permettent de rechercher tous les etats d'autocontrainte qui respectent la rigidite unilaterale des cables. Ces etats conformes sont utilises pour mettre en etat d'autocontrainte l'ensemble de la structure. Leur influence sur le comportement est evaluee pour realiser un dimensionnement suivant les eurocodes. La troisieme partie est consacree a une etude de la sensibilite de ces systemes aux imprecisions de fabrication des elements. Elle est un prealable a l'etude plus precise de fiabilite qui amenera a completer les eurocodes pour des systemes innovants qui n'ont pas ete pris en compte dans les reglements. Enfin, une etude de la mise en autocontrainte des systemes est proposee. Elle permet de montrer que l'assemblage des systemes de tensegrite peut se faire dans une geometrie non-autocontrainte, avec seulement quelques cables actifs assurant la mise en tension.

Pour garantir la tenue en conditions clientèles, l’estimation de fiabilité est indispensable dans toutes les phases de développement des produits. Cette tâche peut s’avérer lente et coûteuse en l’absence d’une démarche optimisée, surtout dans un contexte où les produits sont divers. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans une démarche d’optimisation de la procédure d’estimation et de qualification de fiabilité lors des phases de développement de sous-ensembles mécaniques développés par la société FAURECIA. Pour disposer d’une estimation réaliste dès la phase de conception, la méthodologie proposée intègre le retour d’expérience (RETEX) existant sur des produits de référence dans l’estimation prévisionnelle de fiabilité de nouvelles conceptions, cette dernière étant traditionnellement réalisée via méthodes numériques mécano-fiabilistes. L’intégration du RETEX est réalisée par deux approches proposées. L’une utilisant un facteur de similitude entre fiabilité expérimentale et numérique, et l’autre utilisant une fonction de transfert temporel entre fiabilité expérimentale et numérique. La méthodologie proposée permet de construire une meilleure loi de fiabilité prévisionnelle, pour une nouvelle conception au plus tôt dans le processus de développement, avant même la phase de fabrication de prototypes. Ceci permet d’anticiper sur la performance du nouveau produit afin d’opérer des modifications si nécessaires, ou encore de construire ainsi une information a priori, qui sera ensuite importante dans une démarche d’optimisation de plan de qualification Bayésienne de la fiabilité du nouveau produit
In order to guarantee performance under customer conditions, reliability estimation is essential in all phases of product development. This task can be long and costly in the absence of an optimized approach, especially in a context where products are various. The work of this thesis is part of an optimization of the procedure of estimation and qualification of reliability during the development phases of mechanical subassemblies developed by FAURECIA company. To obtain a realistic estimate at the design phase, the proposed methodology incorporates the existing data (RETEX) on reference products in the predictive reliability estimation of new designs, the latter being traditionally carried out using numerical structural reliability methods. The integration of RETEX is performed by two proposed approaches. One using a similarity factor between experimental and numerical reliability, and the other using a time transfer function between experimental and numerical reliability. The proposed methodology allows building a better predictive reliability function, for a new design at the earliest stage of the development process, even before the prototype manufacturing phase. This makes it possible to anticipate the performance of the new product in order to make modifications if necessary, or to build prior information that will be important in a Bayesian reliability qualification plan optimization for the new product

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le projet NANOCOM. Le premier axe du projet NANOCOM est de développer une nouvelle approche pour la génération future de systèmes intelligents, en introduisant de diélectriques nano structurés dans les MEMS capacitifs pour améliorer la fiabilité par un ordre de grandeur. Le second axe est d'améliorer les performances thermiques du dispositif et d’augmenter la tenue en puissance. Le premier chapitre présente l’état de l’art sur les commutateurs MEMS RF fiables de puissance. L’intérêt des différentes configurations de commutateurs est exposé ainsi que la fiabilité des commutateurs est abordée. Le second chapitre présente une méthode de modélisation 3D multi-physique de MEMS RF pour simuler les performances mécaniques et hyperfréquences. Dans le troisième chapitre, toutes les étapes pour concevoir une nouvelle architecture de MEMS de puissance fiable sont décrites. Nous utilisons les logiciels de simulations 3D pour comparer les performances de différentes architectures proposées pour terminer par la simulation complète, la fabrication et à la mesure de l’architecture finale retenue
This thesis is part of the NANOCOM project. The first axis of project NANOCOM is to develop a new approach for the future generation of intelligent systems, by introducing a nanostructured dielectric into the capacitive MEMS to improve reliability by an order of magnitude. The second axis is to improve the thermal performances of the device and to increase the power handling. The first chapter presents the state of the art of reliable power RF MEMS switches. The purpose of the various configurations of switches is exposed as well as the reliability of the switches. The second chapter presents a 3D multi-physics modeling method for RF MEMS switches to simulate the mechanical performances and high frequencies behavior. In the third chapter, all the stages to conceive a new architecture of reliable power switches are described. We use the 3D simulations software to compare performances of various architectures, ending by a complete simulation, manufacturing and measurements of the final selected architecture

Ce chapitre aborde l’estimation de probabilités faibles utiles pour l’analyse de la fiabilité de systèmes à fortes exigences de sûreté. La présentation inclut les méthodes FORM et SORM connues en fiabilité structurale, mais également les méthodes basées sur un échantillonnage naïf (Monte-Carlo) ou préférentiel (tirage d’importance, subset simulation). La sensibilité de la probabilité de défaillance calculée est également introduite.

Quantifier l’influence globale de variables d’entrée sur l’estimation de la fiabilité d’un système relève d’un intérêt majeur pour garantir la robustesse de cette mesure et la sécurité du système. Pour ce faire, cette étude décline une formulation des indices de Sobol sur la fonction indicatrice et une stratégie d’estimation à moindre coût dans le contexte où les distributions des variables aléatoires d’entrée sont entachées d’incertitudes épistémiques.

Ce chapitre présente SESAM, une plate-forme complète pour le prototypage de systèmes cyberphysiques modernes. SESAM accélère et facilite le prototypage par l’adoption d’une approche hybride, composée de sous-systèmes provenant de divers domaines et niveaux d’abstraction. Il introduit également un ensemble d’outils de vérification aidant à l’évaluation de la fiabilité et la consommation d’énergie des systèmes.