Tesi sul tema "Optimisation multi-Matériaux"

La thématique de recherche proposée se présente comme une étude préliminaire en vue de minimiser le cout des opérations de perçage de multi-matériaux CFRP/Al et CFRP/Ti. Cette minimisation passe par la compréhension des mécanismes d'usure des outils de coupe ainsi que par la compréhension des phénomènes engendrant les différents défauts pouvant amener à la non-conformité de la pièce. Dans ce sens, des essais de perçages ont été mis en place. Leur instrumentation nous permet d'accéder aux efforts et aux températures générées lors de la coupe.En parallèle de cela, les moyens d'analyse mis en place permettent l'accès à la qualité des trous. L'identification de mécanisme d'usures subis par l'outil est réalisée à l'aide de visualisations au microscope électronique à balayage. L'usure du foret est aussi quantifiée par l'utilisation d'un microscope numérique pouvant mesurer le profil de l'arête de coupe de l'outil.Les champs de température au voisinage de l'interface outil/copeau influent de façon importante sur la durée de vie de l'outil. Difficile d'accès par l'expérimentation, ces champs de température sont toutefois accessibles par la simulation numérique des sollicitations thermiques appliquées à la pièce. Le modèle développé dans ce projet permet, par méthode inverse, de déterminer la température appliqué sur la paroi du trou à partir des mesures expérimentales réalisé à 4mm de celle-ci. Celui-ci à permis de visualiser l'étendu des zones affectées thermiquement et de confirmer les tendances observées expérimentalement
The proposed research topic is a preliminary study to minimize costs of drilling operation in multi-materials stacks as CFRP/Al and CFRP/Ti. In order to minimize these costs, it is initially necessary to understand the cutting tools wear mechanisms and the phenomenon leading to the non-conformity of the drilled hole. In this way, drilling tests were carried out. The instrumentation of this tests allow to access to the cutting forces and to the temperature achieved during the cutting process.In association, analyses devices were used to monitored the holes quality. The cutting tools wear mechanisms were observed through scanning electron microscope. The access of the cutting edge profile, by the measures achieved on a numerical microscope, allows quantifying the tool wear.The temperature fields near the tool/chip interface influence significantly the tool life. They are difficult to reach by experimentation, but can be obtained using numerical simulation of the workpiece thermal solicitations. The model developed allow, by inverse method, to reach the hole wall temperature using the temperature reach at 4mm of it. The temperature field was obtained and the tendencies observed experimentally were confirmed by this model

De nos jours, l'industrie microélectronique utilise des fréquences de fonctionnement plus élevées dans les composants commercialisés. Ces fréquences entraînent des températures de fonctionnement plus élevées et limitent donc l'intégrité et la durée de vie des composants électroniques. Cependant, les besoins actuels nécessitent des dispositifs miniaturisés et de haute densité de puissance. De ce fait, la dissipation thermique dans les composants microélectroniques s’avère capitale. Ainsi, des drains thermiques sont utilisés pour évacuer la chaleur produite par le fonctionnement du composant. Les drains thermiques actuels sont composés de métaux, tels que le cuivre et l’aluminium, présentant des conductivités et des coefficients de dilatation thermiques élevés. Néanmoins, les coefficients de dilatation thermique des différents matériaux présents dans un circuit peuvent induire des contraintes thermo-mécaniques aux interfaces et engendrer une défaillance des composants après plusieurs cycles de fonctionnement. Dans ce contexte, nous proposons de remplacer ces drains métalliques par un système composite à matrice cuivre renforcée par du carbone, sur lequel est déposé un diffuseur thermique sous forme de diamant. Ces composites Cu/C présentent des propriétés thermo-mécaniques adaptatives pouvant palier aux contraintes induites durant l’utilisation des composants. Le transfert optimal des propriétés dans les MMC est souvent compromis par l'absence de liaison chimique interfaciale, en particulier dans les systèmes non réactifs telsque Cu/C. Cependant, pour un assemblage thermiquement efficace, l'interface devrait permettre un bon transfert de charges thermo-mécaniques entre les matériaux. L'objectif de cette étude est de combiner les propriétés exceptionnelles du diamant et les propriétés thermo-mécaniques adaptatives des MMC. Les composites à matrice de cuivre renforcés au carbone sont synthétisés à l'aide d'un processus dit semi-liquide pour obtenir des gradients de composition et des propriétés optimisées d'interface matrice - renfort. Par conséquent, des éléments d'alliage sont insérés dans le matériau pour former des interphases de carbure à l'interface Cu/C. Le film mince de diamant est obtenu par dépôt chimique en phase vapeur assisté par laser. Cette méthode de dépôt permet d’agir sur la qualité du film ainsi que sur l’adhésion avec le substrat composite. Finalement, une importance particulière est portée à l’influence des interfaces sur les propriétés thermiques tant au sein du matériau composite (interface matrice – renfort), qu’au sein de l’assemblage film diamant – MMC.Ces travaux ont été menés dans le cadre d’un accord franco-américain de cotutelle de thèse entre l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de l’Université de Bordeaux, en France, et le département d’Ingénierie Electrique de l’Université du Nebraska-Lincoln, aux Etats-Unis. Ils ont été financés, en France, par la Direction Générale de l’Armement (DGA), et par l’équivalent Américain aux Etats-Unis
Today, the microelectronics industry uses higher functioning frequencies in commercialized components. These frequencies result in higher functioning temperatures and, therefore, limit a component’s integrity and lifetime. Until now, heat-sink materials were composed of metals which exhibit high thermal conductivities (TC). However, these metals often induce large coefficient of thermal expansion (CTE) mismatches between the heat sink and the nonmetallic components of the device. Such differences in CTEs cause thermomechanical stresses at the interfaces and result in component failure after several on/off cycles.To overcome this issue, we suggest replacing the metallic heat sink materials with a heat-spreader (diamond film) deposited on metal matrix composites (MMCs), specifically, carbon-reinforced copper matrices (Cu/C) which exhibit optimized thermomechanical properties. However, proper transfer of properties in MMCs is often compromised by the absence of effective interfaces, especially in nonreactive systems such as Cu/C. Therefore, the creation of a chemical bond is ever more relevant. The goal of this research was to combine the exceptional properties of diamond by means of a thin film and the adaptive thermomechanical properties of MMCs. Carbon-reinforced copper matrix composites were synthesized using an innovative solid-liquid coexistent phase process to achieve designed composition gradients and optimized matrix/reinforcement interface properties. In addition, the lack of chemical affinitybetween Cu and C results in poor thermal efficiency of the composites. Therefore, alloying elements were inserted into the material to form carbide interphases at the Cu/C interface. Their addition enabled the composite’s integrity to be optimized in order to obtain thermally efficient assemblies. The diamond, in the form of a thin layer, was obtained by laser-assisted chemical vapor deposition. This process allowed action on the film’s phase purity and adhesion to the substrate material. Of particular importance was the influence of the interfaces on thermal properties both within the composite material (matrix-reinforcement interface) and within the diamond film-MMC assembly. This work was carried out within the framework of a Franco-American agreement between the Institute of Condensed Matter Chemistry of the University of Bordeaux in France and the Department of Electrical Engineering at the University of Nebraska-Lincoln, in the United States. Funding, in France, was provided by the Direction Générale de l’Armement (DGA), and by the American equivalent in the United States

L'allégement des structures aéronautiques conduit à associer par stratification les composites aux métaux : on parle alors de multi-matériaux. L'assemblage mécanique des empilages nécessite au préalable des opérations de perçage qui s'effectuent majoritairement sur Unité de Perçage Automatique (UPA). L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire est d'optimiser les opérationsde perçage effectuées sur UPA dans des multi-matériaux CFRP-7175-TA6V. Trois axes de recherche ont ainsi été étudiés. Le premier concerne l'optimisation de l'outil. L'utilisation d'une méthode de conception adaptée a conduit vers plusieurs pistes d'améliorations de la géométrie d'un foret. Le deuxième axe traite de la modélisation du perçage vibratoire. Cette méthode consiste à ajouter un mouvement de vibration axiale, au mouvement de coupe. Le dernier axe développe la technique du perçage auto-adaptatif. Une nouvelle méthode est proposée pour identifier les différents matériaux constituants l'empilage.

La conception de nouveaux matériaux toujours plus performants est un enjeu de taille de la science des matériaux moderne. On trouve plusieurs exemples de ces matériaux innovants, tels les matériaux composites, les mousses, ou encore, les matériaux micro-architecturés (matériaux qui présentent certaines propriétés de périodicité à une échelle petite par rapport aux dimensions de la structure). Un critère fréquent que l'on retrouve chez ces matériaux est leur rapport entre masse et rigidité. L'optimisation topologique est particulièrement adaptée à la conception de ce genre de matériaux car le critère que l'on cherche à améliorer est directement intégré à la formulation du problème de minimisation. Nous proposons donc, dans un premier temps, des méthodes de conception de matériaux micro-architecturés par optimisation topologique pour différents critères. Dans un second temps l'utilité de ces matériaux est illustrée via des simulations multi-échelle dans la théorie du premier gradient et l'hypothèse de séparabilité des échelles pour l'homogénéisation. Une méthode d'optimisation couplée des échelles macro/micro est proposée où l'objectif est d'optimiser simultanément ces deux échelles malgré leur interdépendance. Le développement d'un démonstrateur numérique à permis d'illustrer ces différentes méthodes ainsi que de tester différents critères d'optimisation, différents modèles mécaniques, etc. Afin de réduire les coûts de calculs qui peuvent croître rapidement notamment pour les problèmes multi-échelle en raison de l'augmentation du nombre de variables de design, une approche "base de donnée" est proposée. Une large gamme de matériaux micro-architecturés est stockée (puis enrichie) pour différents critères (masse, rigidité, comportement originaux). Cette base est ensuite consultée au cours de l'optimisation couplée
The design on innovative micro-architectured materials is a key issue of modern material science. One can find many examples of this kind of materials such as composites materials, foams, and even micro-architectured materials (materials which come along with some periodicity properties at the small scale). A common criterion for these materials is their ratio between weight and stiffness. Topology optimization is well suited for the design of this kind of material since the criterion that is subject to improvement is directly integrated in the formulation of the minimization problem. In this context, we propose some methods for the design of micro-architectured materials using topology optimization and for several criteria. We afterwards illustrate the benefits of these materials thought multi-scale simulations based on the theory of the first gradient and the scale separability assumption in the homogenization framework.A coupled macro/micro optimization method is presented for the concurrent optimization of the these two interdependent scales. The development of a numerical demonstrator has allowed to illustrated those various methods and to test several optimization criteria, mechanical models etcetera. In order to reduce the computational costs that might become exorbitant especially for multi-scale problems since the number of design variables increases significantly, a database approach is proposed. A broad range of micro-architectured materials is stored (and enhanced) for several criteria (weight, stiffness, original behaviour). This database is then consulted throughout the coupled optimization

L'étude présentée dans ce mémoire traite du perçage orbital de l'alliage de titane Ti6Al4V et du composite à fibres de carbone CFRP sur des structures épaisses. Ce cas d'étude est extrait d'une problématique industrielle, provenant de la société Airbus qui souhaite intégrer à la structure primaire du mât de réacteur des pièces en CFRP afin de diminuer sa masse. Mais l'association de ces deux matériaux aux propriétés antagonistes pose de nombreux problèmes en matière de perçage. C'est la raison pour laquelle de nouvelles alternatives au perçage classique ont été recherchées. Parmi ces alternatives possibles, le perçage orbital avec micro-lubrification a montré des perspectives intéressantes. C'est pourquoi il a été choisi dans cette application industrielle. Mais ce procédé reste encore assez peu étudié et il existe donc peu de retours d'expériences et beaucoup de développements à réaliser. Le procédé de perçage orbital est très différent du perçage axial conventionnel. L'alésage est réalisé avec un outil de diamètre inférieur au trou, qui décrit une trajectoire hélicoïdale dans le matériau. L'ensemble des travaux présentés se focalisent sur la caractérisation en vue de l'optimisation du procédé de perçage orbital. Pour réaliser ceci, plusieurs aspects ont été abordés. Tout d'abord, une modélisation géométrique et cinématique de l'opération a été développée. La prise en compte de la géométrie exacte de l'outil et des conditions de coupe a permis de définir la géométrie du copeau à chaque instant. Cette connaissance est très importante pour la compréhension du mécanisme d'enlèvement de matière réalisé, elle permet d'estimer le chargement de l'outil et les conditions dans lesquelles s'effectue l'usinage. À partir de cette première modélisation géométrique, une modélisation des efforts de coupe a été mise en place. Pour cela, un modèle d'effort de type mécanistique a été utilisé. Son application a été adaptée au perçage orbital, afin de représenter au mieux l'opération. Les efforts ainsi modélisés ont été comparés à ceux observés expérimentalement afin de valider la modélisation proposée. Cela a permis d'envisager l'utilisation de cette modélisation pour une meilleure compréhension du processus d'enlèvement de matière présent. L'influence des entrées du modèle, à savoir les conditions de coupe et la géométrie de l'outil a été étudiée. L'autre apport de ces travaux réside dans la caractérisation du perçage orbital d'empilages CFRP/Ti6Al4V. En effet, de nombreux essais ont été mis en place pour caractériser le procédé de perçage orbital. Des procédures expérimentales ont donc été mises en place. Tout d'abord, le moyen d'essai instrumenté a dû être caractérisé afin qu'il corresponde au mieux aux moyens utilisés par l'industriel et surtout qu'il permette de réaliser des essais fiables et répétitifs. Les plans d'expériences mis en place par la suite ont permis de définir l'influence des paramètres de coupe sur les efforts et sur les diamètres réalisés. Dans cette phase de caractérisation, les défauts présents en perçage ont également été étudiés. Ainsi, des tendances ont pu être observées. Les résultats obtenus dans ces travaux dans ces travaux ont permis enfin d'envisager les voies d'optimisation du procédé, à travers le pilotage des avances, la stratégie de perçage, mais aussi la géométrie de l'outil. Des pistes ont été proposées et doivent faire l'objet d'études complémentaires. la modélisation mise en place et l'identification des phénomènes intervenant pendant l'opération ont d'ailleurs permis de poser les bases d'une surveillance du process. Celle-ci peut s'envisager de façon passive, pour contrôler le bon déroulement de l'opération, mais également de façon active pour agir en temps réel sur le pilotage du procédé, en fonction des phénomènes identifiés, afin de garantir la qualité souhaitée
The study presented in this thesis deals with the orbital drilling of Ti6Al4V titanium alloy and CFRP carbon fiber composite. This case study is taken from an industrial problem, from the Airbus company wishing to incorporate parts CFRP to reduce its mass. But the combination of these two materials with antagonistic properties poses many problems for drilling. This is why new alternatives to conventional drilling have been sought. Among these alternatives, orbital drilling with micro-lubrication showed interesting prospects. That is why it was chosen in this industrial application. But this process is still relatively unexplored and there is little feedback and many developments to achieve. Orbital drilling process is very different from the conventional axial bore. The bore is machined with a smaller diameter tool than the hole, which describes a helical path in the material. All work presented focus on the characterization for the optimization of the orbital drilling process. To achieve this, several aspects were discussed. First, a geometric modeling and kinematics of operation has been developed. The inclusion of the exact geometry of the tool and cutting conditions helped to define the geometry of the chip at every moment. This knowledge is important for understanding the achieved material removal mechanism, it allows to estimate the loading of the tool and the conditions in which machining is performed. From this first geometric modeling, modeling of cutting forces was established. For this, a model of mechanistic type of effort was used. Its application was adapted to orbital drilling in order to best represent the operation. The thus modeled efforts were compared to those observed experimentally in order to validate the proposed model. This allowed to consider the use of this model for a better understanding of this material removal process. The influence of model inputs, namely the cutting conditions and tool geometry was studied. Another contribution of this work is the characterization of the orbital drilling of CFRP stacks / Ti6Al4V. Indeed, many tests were developed to characterize the orbital drilling process. Experimental procedures have therefore been put in place. First of all, the instrumented test means had to be characterized so that it better corresponds to the means used by the manufacturer and above all it allows to carry out reliable and repeatable testing. The experimental design implemented subsequently helped to define the influence of cutting parameters on the efforts and realized diameters. In this phase of characterization, the bore in errors have also been studied. Thus, the trends have been observed. The results obtained in this work in the meeting helped to consider the process optimization of routes, through the control of advances, the drilling strategy, but also the geometry of the tool. Tracks have been proposed and are subject to further study. modeling implementation and the identification of phenomena occurring during the operation have also laid the foundation for process monitoring. This can be considered passively, to monitor the smooth running of the operation, but also actively to act in real time to the control of the process, based on identified phenomena, to ensure the desired quality

Les générateurs d'impulsions magnétiques sont de plus en plus exploités dans les applications de formage et soudage multi-matériaux. Ils permettent de réaliser une formabilité précise des pièces métalliques. Cette thèse a pour objectif de calculer, par des méthodes analytiques, le champ et la pression magnétiques ainsi que la force de Lorentz générés durant le magnétoformage d'un tube. Premièrement, nous proposons d'analyser le fonctionnement du générateur en utilisant une bobine massive et un concentrateur de champ magnétique. Ensuite, nous introduisons les modèles 3D de ces éléments, en utilisant les méthodes FEM et BEM, dans le but de déterminer les variations de la distribution du courant et de la température. Dans cette recherche, nous étudions expérimentalement, l'impact du concentrateur sur l'impulsion du courant, ensuite, nous mesurons par une caméra thermique la distribution de la température dans la bobine massive. Nous poursuivons avec le calcul de la répartition du champ magnétique autour de la bobine par une méthode analytique basée sur le calcul de l'inductance mutuelle entre deux bobines circulaires et coaxiales. Enfin, nous terminons par une étude analytique et numérique de la compression d'un tube métallique par impulsions magnétiques. La méthode analytique est basée sur le calcul de l'inductance propre et l'inductance mutuelle de la bobine et le tube en 3D afin de déterminer la force de Lorentz et la pression magnétique appliquée sur le tube
Magnetic pulse generators are being used more and more in multi-material forming and welding applications and produce a precise forming of metal parts. This PhD. thesis aims to calculate, using analytical methods, the magnetic field, the magnetic pressure, and the Lorentz force generated during electromagnetic forming of a metal tube. First, we propose to analyze the generator operation using a massive coil in interaction with a magnetic field shaper. Then, we develop the 3D models of these components using FEM and BEM methods in order to determine the evolution of the current and the temperature distributions. In this research work, we experimentally study the impact of the field shaper on the current pulse and then using a thermal camera we measure the temperature distribution in the massive coil. Afterwards, we calculate analytically the distribution of the magnetic field created around the coil based on the mutual inductance of two circular and coaxial coils. Finally, we develop an analytical and numerical study of a tube crimping by magnetic pulses. The used analytical method is based on the calculation of the self-inductance and the mutual inductance of the coil and the tube in 3D order to determine the Lorentz force and the magnetic pressure applied on the tube

Les méthodes d'optimisation de forme s’industrialisent progressivement, elles permettent la conception automatisée de structures aux propriétés optimales. Elles constituent aussi un outil d'exploration majeur pour la conception de nouveaux matériaux.Dans une première partie nous utilisons ces méthodes afin de générer des matériaux architecturés aux propriétés thermoélastiques effectives cibles et extrêmes. En plus de proposer différentes solutions, nous répertorions les différents mécanismes œuvrant au contrôle des ces propriétés. Dans ce contexte nous proposons aussi de prendre en compte l'influence des interfaces comportant un gradient de propriétés sur les architectures obtenues.Nous étudions ensuite les procédés de fabrication pouvant être utilisés afin de réaliser ces matériaux. Les méthodes de fabrication additive, considérées comme le vecteur d'une prochaine révolution industrielle, constituent une piste que nous considérerons tout particulièrement. Nous proposons plusieurs solutions pour prendre en compte les limitations et les effets collatéraux de ces procédés de fabrication au sein de processus d'optimisation de forme. Nous traitons le problème de la prise en compte des propriétés induites par la méthode de fabrication Fiber Deposition Molding (FDM), à savoir des propriétés anisotropes orientées. Nous proposons ensuite une approche pour traiter le problème des dépôts en porte-à-faux à l'aide d'un critère mécanique.Enfin, nous abordons la prise en compte des non-linéarités géométriques au sein de calculs d'optimisation de forme et discutons de leurs apports ainsi que de leurs limitations. Nous présentons plusieurs applications pour la conception automatisée d'actuateurs non linéaires
Shape optimization methods are promising methods and are gradually becoming industrialized. They provide the ability to automatically design structures with optimal behavior. They are outstanding tools for exploration and design of new materials.We use these methods to generate architectured multi-phased materials with prescribed thermoelastic properties. We first propose several solutions and we classify them by the mechanisms they rely on in order to control the effective properties. We also propose to evaluate the influence of an interface with a gradient of properties on the obtained architectures.Eventually we focus on the plausible manufacturing solution to produce our architectured materials. In this context, additive manufacturing methods (often considered as the support of an incoming industrial revolution) is our main option. We introduce several strategies to circumvent some limitations and side effects of these manufacturing methods during optimization process. We particularly focus on Fiber Deposition Molding, which induce an important mechanical anisotropy in processed parts. Then we consider the problem of overhangings features in design and propose a way to handle them prior to additive manufacturing using a mechanical criteria.Finally we take into account geometrical non linearities in optimization process. We highlight the pros and cons of this new modeling by presenting several applications of non linear actuators design

Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux afin de proposer une alternative dans le cadre de la dépollution nucléaire. Dans une première partie bibliographique, les principaux matériaux inorganiques utilisés pour ce procédé sont décrits en précisant leurs capacités de sorption. Les matériaux lamellaires apparaissent comme possédant un fort potentiel pour cette application. Deux solides ont retenu notre attention : les nanostructures à base de vanadates et de manganates.Des synthèses solvothermales sous flux micro-ondes de ces composés sont ensuite développées, afin d’obtenir une structuration sous forme de nanotubes de vanadates et de nanofleurs de manganates. Une optimisation des vanadates a ainsi été menée en évaluant l’impact de différents facteurs (par exemple, temps de maturation, temps de chauffage, nature et quantité de templates) sur les propriétés structurales et texturales des produits synthétisés. L’enroulement des feuillets est fortement influencé à la fois par la quantité d’amine et sa structure chimique. En effet, seules les amines à longue chaîne conduisent à l’obtention de nanotubes de façon homogène. Une analyse structurale a également été menée pour les deux types de composés en couplant les données expérimentales et celles obtenues par simulation.Les performances de sorption et la sélectivité des matériaux dans différents milieux (eau ultra-pure, eau de rivière) ont été évaluées vis-à-vis du césium et du strontium, seuls ou en mélange. Les résultats montrent clairement une sélectivité très forte des vanadates vis-à-vis du Cs+ et des manganates pour le Sr2+, même en milieu compétitif.La calorimétrie et la simulation moléculaire ont finalement été couplées pour mieux décrire les processus de sélectivité
This work focuses on the synthesis and characterization of new nanostructured materials that can be potentially proposed as alternatives in the field of nuclear decontamination. The first part is devoted to the state of the art on the use of inorganic materials for decontamination purposes, with the emphasis placed on their sorption capacity and selectivity. The layer materials are considered as offering potential for such applications. In consequence, the main efforts in this work have been focused on manganate and vanadate nanostructures.Solvothermal synthesis of these materials was developed on the basis of micro-wave oven procedures to control the materials structuring, thus leading to vanadate nanotubes and manganate nanoflowers. The optimization of vanadates was carried out by taking into account the effect of various factors (e.g., duration of maturation and heating stages, nature and mass of the template) on both the structural and textural properties of the resulting substrates. It was demonstrated that the scrolling of the layers was strongly influenced by the amount of amine and its chemical structure. Indeed, only the amine templates possessing long chains allowed homogeneous nanotubes to be achieved. More information about the structuring process was inferred when coupling experimental and simulation approaches.The sorption performance of the resulting solid materials in terms of sorption capacity and selectivity was assessed in model and simulated systems obtained by using either ultrapure or river water with an adequate composition as solvent to prepare aqueous solutions of strontium or/and cesium. The results of sorption experiments clearly indicated strong selectivity of the vanadate structures toward Cs+ and that of the manganate ones toward Sr2+, even under conditions of competition among various ionic species.Direct calorimetry measurements of heat effects accompanying sorption were correlated with the results of molecular simulation studies to shed more light on the origin of the improved sorption selectivity

Les propriétés effectives mécaniques et physiques des matériaux hétérogènes dépendent d'une part de leurs constituants, mais peuvent également être fortement modifiées par leur répartition géométrique à l'échelle de la microstructure. L'optimisation topologique a pour but de définir la répartition optimale de matière dans une structure en vue de maximiser un ou plusieurs objectifs tels que les propriétés mécaniques sous des contraintes telles que la masse de matière. Récemment, les développements rapides de l'impression 3D ou d'autres techniques de fabrication additive ont rendu possible la fabrication de matériaux avec des microstructures "à la demande", ouvrant de nouvelles perspectives inédites pour la conception de matériaux. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont de développer des outils de modélisation et de simulation numériques pour concevoir des matériaux et des structures hétérogènes ayant des propriétés optimisées basés sur l'optimisation topologique. Plus précisément, nous nous intéressons aux points suivants. Premièrement, nous proposons des contributions à l'optimisation topologique à une seule échelle. Nous présentons tout d'abord une nouvelle méthode d'optimisation topologique avec évolution pour la conception de structures continues par description lisse de bords. Nous introduisons également deux techniques d'homogénéisation topologique pour la conception de microstructures possédant des propriétés effectives extrêmes et des « méta propriétés » (coefficient de Poisson négatif).Dans une seconde partie, des techniques multi échelle basées sur l'optimisation topologique sont développées. Nous proposons d'une part une approche concourante de structures hétérogènes dont les microstructures peuvent posséder plus de deux matériaux. Nous développons ensuite une approche d'optimisation topologique dans un cadre d'homogénéisation pour des échelles faiblement séparées, induisant des effets de gradient. Enfin dans une troisième partie, nous développons l'optimisation topologique pour maximiser la résistance à la fracture de structures ou de matériaux hétérogènes. La méthode de champs de phase pour la fracture est combinée à la méthode BESO pour concevoir des microstructures permettant d'augmenter fortement la résistance à la rupture. La technique prend en compte l'initiation, la propagation et la rupture complète de la structure
Mechanical and physical properties of complex heterogeneous materials are determined on one hand by the composition of their constituents, but can on the other hand be drastically modified by their microstructural geometrical shape. Topology optimization aims at defining the optimal structural or material geometry with regards to specific objectives under mechanical constraints like equilibrium and boundary conditions. Recently, the development of 3D printing techniques and other additive manufacturing processes have made possible to manufacture directly the designed materials from a numerical file, opening routes for totally new designs. The main objectives of this thesis are to develop modeling and numerical tools to design new materials using topology optimization. More specifically, the following aspects are investigated. First, topology optimization in mono-scale structures is developed. We primarily present a new evolutionary topology optimization method for design of continuum structures with smoothed boundary representation and high robustness. In addition, we propose two topology optimization frameworks in design of material microstructures for extreme effective elastic modulus or negative Poisson's ratio. Next, multiscale topology optimization of heterogeneous materials is investigated. We firstly present a concurrent topological design framework of 2D and 3D macroscopic structures and the underlying three or more phases material microstructures. Then, multiscale topology optimization procedures are conducted not only for heterogeneous materials but also for mesoscopic structures in the context of non-separated scales. A filter-based nonlocal homogenization framework is adopted to take into account strain gradient. Finally, we investigate the use of topology optimization in the context of fracture resistance of heterogeneous structures and materials. We propose a first attempt for the extension of the phase field method to viscoelastic materials. In addition, Phase field methods for fracture able to take into account initiation, propagation and interactions of complex both matrix and interfacial micro cracks networks are adopted to optimally design the microstructures to improve the fracture resistance

Dans le bâtiment, de nouvelles réglementations thermiques sont mises en place afin de répondre à des problématiques d'économie d'énergie, et font apparaître de nouveaux types de matériaux. Cela ne doit pas se faire au détriment des propriétés acoustiques. Les matériaux à base de particules et fibres végétales, tels que le béton de chanvre et les laines chanvre/lin, sont caractérisés par des propriétés multifonctionnelles de haut niveau et constituent des solutions parfaitement adaptées à ce contexte. L'objectif de ce travail de thèse est d'explorer les propriétés acoustiques de ces matériaux, et plus particulièrement de mettre en évidence la contribution de leurs différentes échelles de porosité à la dissipation acoustique. A cette fin, les propriétés physiques et acoustiques de laines végétales, de chènevottes et de bétons de chanvre ont été caractérisées, et analysées en s'appuyant sur la théorie des matériaux poreux à simple et multiple échelle, développée dans la littérature. La campagne expérimentale a permis de souligner les performances acoustiques élevées de ces matériaux, pouvant être contrôlées par des leviers d'action relatifs au choix de leurs constituants et de leur mise en oeuvre. Il est de plus montré qu'étant donné le gradient de perméabilité existant entre les micropores (pores intrafibres, intraparticules et intraliants) et les mésopores (pores interfibres et interparticules), seuls les mésopores participent à la dissipation acoustique. Dans ce cadre, des modèles semi-phénoménologiques sont utilisés afin de prédire les propriétés acoustiques à partir des paramètres de base des constituants. Cette modélisation est finalement exploitée à travers une optimisation des propriétés acoustiques des matériaux à partir de leur formulation, leur structure multicouche et leur géométrie de surface. Des méthodes de caractérisation des matériaux par mesures acoustiques sont également proposées afin de réaliser un contrôle de qualité des granulats de chanvre.

Les procédés de fabrication de pièces mécaniques par enlèvement de matière (tournage, fraisage, perçage, ...) connaissent une utilisation massive dans l’industrie aéronautique et l’automobile. Les pièces obtenues par ces procédés doivent satisfaire à des propriétés géométriques, métallurgiques et à des caractéristiques de qualité. Pour répondre à ces exigences, plusieurs essais expérimentaux basés sur le choix des conditions de coupe sont souvent nécessaires avant d’aboutir à une pièce satisfaisante. Actuellement, ces méthodes empiriques basées sur l’expérience des fabricants et des utilisateurs des outils coupants sont souvent très longues et coûteuses, donnent une large plage de choix des paramètres en fonction de leurs besoins. Toutefois, le coût très élevé d’un essai limite fondamentalement le nombre d’expériences, avoir une pièce respectant les caractéristiques souhaitées avec un coût acceptable devient une tâche difficile
Manufacturing processes of mechanical parts by removal of material (turning, milling, drilling ...) have extensive use in aeronautic and automobile industry. The components obtained using these methods must satisfy geometric properties, metallurgical and quality characteristics. To meet these requirements, several experimental tests based on the selection of cutting conditions are often necessary before manufacturing. Currently, these empirical methods based on the experience of manufacturers and users of cutting tools (charts, diagrams with experimental findings, ...) are often very lengthy and costly. However, the high cost of a trial limits the number of experiments, so to have a deserted component with an acceptable cost is a difficult task. The importance of cutting conditions monitored by limitations is related to the type of material to be machined, since it determines the behavior of the machining

Composites have been increasingly used in different applications in the last decade, especially in aerospace due to their high strength and lightweight characteristics. Indeed, the latest models of Airbus (A350) and Boeing (B787) have employed more than 50 wt% of composites, mainly Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP). Yet, the increased use of CFRP has raised the environmental concerns about their end-of-life related to waste disposal, consumption of non-renewable resources for manufacturing and the need to recycle CFRP wastes. In this study, a generic model is developed in order to propose an optimal management of aerospace CFRP wastes taking into account economic and environmental objectives. Firstly, a life-cycle systemic approach is used to model the environmental impacts of CFRP recycling processes focusing on Global Warming Potential (GWP) following the guidelines of Life Cycle Assessment (LCA). The whole supply chain for recycling CFRP pathways is then modelled from aircraft dismantling sites to the reuse of recycled fibres in various applications. A multi-objective optimisation strategy based on mathematical programming, -constraint and lexicographic methods with appropriate decisionmaking techniques (M-TOPSIS, PROMETHEE-GAIA) has been developed to determine CFRP waste supply chain configurations. Various scenarios have been studied in order to take account the potential of existing recycling sites in a mono-period visions as well as the deployment of new sites in a multi-period approach considering the case study of France for illustration purpose. The solutions obtained from optimisation process allow developing optimal strategies for the implementation of CFRP recovery with recycled fibres (of acceptable quality) for the targeted substitution use while minimising cost /maximising profit for an economic criterion and minimising an environmental impact based on GWP.

Dans le contexte de la transition énergétique et de l'électrification des usages, l'amélioration des performances des actionneurs électromagnétiques passe obligatoirement par des processus d'optimisation du dimensionnement. De telles méthodologies ont d'ores et déjà été mises en place, mais se focalisent principalement sur des géométries préalablement paramétrées, ce qui limite l'espace des possibles. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse visent alors à mettre en place une méthodologie d'optimisation topologique efficace, capable de répartir au mieux les distributions de matériaux (fer, air, conducteurs, aimants) nécessaires pour générer une machine synchrone dans sa globalité, sans paramétrage de sa géométrie. Pour ce faire, une méthodologie d'optimisation topologique multi-matériaux à densité a été développée. Son application à l'optimisation d'un stator triphasé met en évidence l'importance des procédés de pénalisation, de filtrage et de contrôle sur l'algorithme d'optimisation. La méthodologie est ensuite étendue à la conception d'une machine entière : bien que performantes, les meilleures structures obtenues comportent des barrières de flux sans tenue mécanique. Après incorporations de contraintes de rigidité des rotors, la méthode aboutit à des structures performantes et connexes en un temps de calcul raisonnable, ce qui démontre la pertinence de ce type d'approches dans la conception d'actionneurs électromagnétiques. À terme, l'intégration de l'ensemble des physiques qui interviennent dans les spécifications du cahier des charges dès les phases préliminaires permettrait d'économiser temps et argent dans la conception de machines électriques innovantes
In the context of energy transition and the electrification of applications, improving the performance of electromagnetic actuators inevitably involves dimensioning optimization processes. Such methodologies have already been implemented but focus mainly on previously parameterized geometries, which limits the space of possibilities. This thesis aims to develop an efficient topological optimization methodology capable of optimizing the distribution of materials (iron, air, conductors, magnets) required to generate a synchronous machine in its entirety without parameterizing its geometry. To this end, a multi-material density topological optimization methodology has been developed. Its application to optimizing a three-phase stator highlights the importance of penalization, filtering, and control processes in the optimization algorithm. The procedure is then extended to the design of an entire machine: although efficient, the best structures obtained include flux barriers with no mechanical strength. After incorporating rotor stiffness constraints, the method produces high-performance, related structures in a reasonable computation time, demonstrating the relevance of this type of approach to the design of electromagnetic actuators. Eventually, integrating all the physics involved in specifications right from the preliminary phases will save time and money in designing innovative electrical machines

Dans l’optique de refroidir les parois des chambres de combustion aéronautiques le plus efficacement possible, un intérêt particulier est aujourd’hui porté à la technologie de refroidissement par transpiration. L’air de refroidissement s’écoule au travers d’une paroi poreuse dans laquelle une grande quantité de chaleur est échangée par convection. L’éjection de l’air profite ensuite de la distribution des pores pour former une couche limite protectrice relativement homogène.Les matériaux métalliques obtenus à partir de poudres partiellement frittées sont de bons candidats pour former ces parois poreuses. Ce travail se focalise sur les échanges internes et consiste à développer une méthodologie permettant de dégager les architectures partiellement frittées les plus adaptées à ce type d’application.L’écoulement et les échanges de chaleur lors du refroidissement par transpiration sont régis par quelques propriétés effectives des matériaux qui sont fonction de l’architecture : la conductivité thermique effective, le coefficient de transfert convectif volumique et les propriétés de perméabilité. A l’aide de travaux expérimentaux ou d’études numériques sur des échantillons numérisés par tomographie aux rayons X, des relations simples entre les propriétés effectives des matériaux partiellement frittés et leurs paramètres architecturaux sont tout d’abord développées. La porosité, la surface spécifique et le type de poudre utilisé sont retenus pour prédire les paramètres effectifs.Ces relations sont finalement intégrées dans un modèle de transfert de chaleur prédisant la performance d’une solution dans les conditions de fonctionnement du moteur. Une optimisation "multi-objectifs" et une analyse des designs optimaux permettent alors de mettre en valeur quelques architectures montrant un fort potentiel pour des applications de refroidissement par transpiration. Des matériaux peu poreux formés à partir de larges poudres irrégulières semblent assurer le meilleur compromis entre tous les critères pris en compte
In order to cool aero-engine combustion chambers as efficiently as possible, there is today a special interest given to transpiration cooling technology. The cooling air flows through a porous liner in which a large amount of heat can be exchanged by convection. The air injection could then take benefit of the pore distribution to form a more homogeneous protective boundary layer.Partially sintered metallic materials are potential candidates to form these porous liners. The present work focuses on internal heat transfers. It aims to develop a methodology capable of highlighting the most adapted partially sintered architectures to this kind of application.During transpiration cooling, flows and heat transfers are governed by some effective material properties which depends on the porous architecture: the effective solid phase thermal conductivity, the volumetric heat transfer coefficient and the permeability properties. Thanks to experimental works and numerical studies on samples digitized by X-ray tomography, simple relationships are first developed between the effective material properties of partially sintered materials and their architectural parameters. The porosity, the specific surface area and the powder type are selected to predict the effective properties.These relationships are finally integrated into a heat transfer model predicting the thermal performance of a design at working engine conditions. A multi-objective optimization and an analysis of the optimal designs highlight some architectures as being potentially interesting for transpiration cooling. Materials with a low porosity and made of large irregular powders seem to ensure the best trade-off among the different criteria taken into consideration

Le changement climatique au cours des dernières décennies est fortement influencé par les activités humaines, y compris l'émission de gaz à effet de serre. Dans le domaine de la construction, la production de ciment contribue à environ huit pour cent des émissions mondiales de dioxyde de carbone, du fait que le béton est le matériau manufacturé le plus utilisé qui existe. Par conséquent, en plus de la sécurité, la durabilité du béton et la durabilité de leurs structures représentent des préoccupations importantes concernant la consommation d'énergie et l'impact environnemental mondial.Les résultats de la recherche ont montré que le comportement structurel du béton est étroitement lié à la variation du niveau d'eau en son sein et la perte d'eau libre peut induire une modification de ses propriétés chimiques, élastiques, résistances, retrait ou déformations de fluage. Ainsi, la connaissance de l'état hydrique du béton est de la plus haute importance en ce qui concerne l’évolution du comportement mécanique et le potentiel de durabilité des structures en béton. Du point de vue de la microstructure, la propriété du transfert d'humidité est une liée aux structures internes des pores. Par conséquent, il est également important d'acquérir la connaissance des réseaux de pores et de la distribution de leurs taille sur une large gamme de matériau.Dans ce travail de thèse, nous nous concentrons sur les mécanismes de transfert d'humidité dans le béton, par la combinaison de l'approche expérimentale et numérique. Du point de vue du modèle de séchage et de la structure multi-échelle du béton, nous avons effectué des tests de séchage, d'imbibition et de cycles séchage-imbibition dans différentes géométries de béton pendant plus de 200 jours. Nous avons ainsi obtenu base de donnée fiable sur l’évolution de masse globale des éprouvettes et l'humidité intérieure locale en différents points.Le modèle de transfert d'humidité contient deux mécanismes principaux: la perméation de l'eau liquide et la diffusion de la vapeur d'eau. Sur la base des résultats expérimentaux obtenus et les résultats de simulation (présent modèle) de la perte de masse et de l'humidité calculés par CAST3M, une d'identification des paramètres de ce modèle est effectué par un programme d'optimisation couplé à Matlab. Cette méthode de couplage numérique-expérience-identification est adoptée pour simuler de façon fiable le phénomène de séchage, et les résultats fournissent une approche pratique pour suivre le processus de transfert d'humidité du béton.Après l'optimisation des paramètres, les hypothèses du modèle de transfert d'humidité sont également discutées. L'analyse comprend les hypothèses qui sont proposées dans le modèle ; Une solution analytique simplifiée avec l'hypothèse de coefficient linéaire ; Et le schéma de transfert d'humidité dans le modèle, disant si les deux phases (liquide et vapeur) de l'eau interagissent dans un style parallèle, en série ou en combinaison et comment cela influence le profil d'humidité et l'évolution de la masse. La dernière partie du travail consiste en plusieurs approches pour étudier la structure interne du matériau en béton, combinant la méthode de porosimétrie par intrusion de mercure (MIP), la tomographie par rayons X et le microscope électronique à balayage à faisceau ionique focalisé (FIB-SEM). En adoptant ces trois techniques, nous obtenons la distribution de la taille des pores qui couvre une large gamme de dizaines de nanomètres à quelques millimètres. De plus, la visualisation 3D des bulles volumétriques est reconstituée à partir des résultats de la tomographie aux rayons X
Climate change in the last decades is hugely influenced by humans activities including the emission of greenhouse gases. In the construction field, cement production contributes to about eight percent of the world's carbon dioxide emissions, due to the fact that concrete is the most widely used manufactured material in existence. Therefore, the sustainability of concrete and the durability of their structures have significant concerns about global energy consumption and worldwide environmental impact. Research results showed that the structural behavior of concrete is closely related to the variation of water level in concretes and the loss of free water may induce a modification of its elastic properties, strengths, shrinkage, or creep deformations. Thus, the knowledge of the hydric state of concrete is of utmost importance regarding the mechanical behavior and durability potential of concrete structures. From a microstructure perspective, the property of moisture transfer is a manifestation of the internal pore structures. Therefore, it is also important to acquire the knowledge of the pore networks and the pore size distribution over a large range of the material. In this thesis work, we focus on the moisture-transferring mechanisms in concrete, by the combination of the experimental and numerical approach. From the perspective of the drying model and the multi-scale structure of the concrete, we performed the test of drying, imbibition, and drying-imbibition cycling in different geometries of concrete for over 200 days, obtaining the global mass variation and local inner humidity data. The moisture-transferring model contains two major mechanisms: liquid water permeation and water vapor diffusion. Based on the present model and the experimental results obtained, the simulation results of mass loss and relative humidity is calculated in CAST3M, and identification produce of parameters in the model is performed in an optimization program coupled with Matlab. A numerical-experiment-identification coupling method is adopted to simulate drying phenomenon, and the results provide a practical approach in following the moisture transfer process of concrete. Following the parameters optimization, the hypothesis in the moisture-transferring model are discussed as well. The analysis includes the assumptions that are proposed in the model; a simplified analytic solution with the hypothesis of linear coefficient; and the moisture transfer pattern in the model, namely if the two phases (liquid and vapor) of water interact in a parallel, series or combination style, how this influences the humidity profile and mass evolution. The last part of the work is multiple approaches to investigate the inner structure of concrete material, including mercury intrusion porosimetry method (MIP), computational X-Ray tomography, and focused ion beam scanning electron microscope (FIB-SEM). By adopting these three techniques, we obtain the pore size distribution that covers a large range from tens of nanometers to few millimeters. In addition, the 3D volumetric bubble visualization is reconstructed from of X-Rray tomography results

Pour améliorer son offre de tramway, la société ALSTOM Transport a décidé de développer une batterie mécanique qui assure l’autonomie énergétique d’un véhicule entre deux stations.Mais même si les volants d’inertie existent essentiellement depuis les années 1950 pour les applications mobiles, il n’en existe aucun qui soit conçu pour assurer 100% de l’apport énergétique pour des applications mobiles. La batterie doit donc tenir peu de place, peser le moins possible, être sûr et répondre au cahier des charges.Suite à une analyse des données bibliographiques, nous avons entrepris de développer une méthode de pré-dimensionnement multi-physique des batteries mécaniques en prenant en compte les interactions entre les différents organes majeurs de conception, alors que jusque là, les méthodes consistaient essentiellement à développer les batteries mécaniques partie par partie.Pour cela, nous avons développé un outil de conception intégré qui prend en compte les phénomènes énergétiques (énergie et puissance), mécaniques (résistance des matériaux, dynamique des rotors), électromagnétiques (moteur électrique) et géométriques (gabarit d’intégration,création des volumes). Nous avons également dû développer une méthode de sélection des matériaux pour l’usage des volants d’inertie, à partir de laquelle nous avons dressé une liste de matériaux pertinents.Nous avons montré que la conception intégrée apportait des solutions plus performantes en terme d’intégration et d’équilibre entre la partie mécanique et électromagnétique. Nous avons aussi montré que les matériaux composites ne sont pas forcément le meilleur choix de conception et que les matériaux comme les aciers hautes performances sont de très bons candidats suivant le domaine d’étude qui nous intéresse (la frontière déterminante étant la vitesse de rotation de 30000 tr/min). Nous avons montré qu’il est possible d’atteindre des domaines stables de fonctionnement, même s’il sera sans doute inévitable de passer des vitesses critiques au démarrage. La méthode de conception que nous avons développée, fait en sorte que les seuls modes dynamiques excités soient les modes de paliers, ce qui permet de traiter le problème à l’interface avec le bâti assez facilement. Elle permet également de représenter la configuration du système, de faire une analyse statique des contraintes, d’étudier les phénomènes dynamiques d’une batterie mécanique et enfin, cette stratégie permet de réaliser une optimisation global edu système par la méthode d’organisation des solutions de Kohon en.Les résultats obtenus sont significatifs car la méthode de conception systématique optimisée que nous avons développée, peut s’appliquer à tous les cas de figure. Elle permet de savoir quels matériaux choisir suivant la configuration voulue, présente graphiquement les résultats comportementaux des systèmes étudiés et apporte une connaissance du système en cours de développement. Cela permet notamment d’anticiper les évolutions potentielles de conception.Il s’agit donc d’un outil d’aide à la compréhension et à la décision en conception des batteries mécaniques.Le chemin scientifique que nous avons emprunté est celui préconisé par le Professeur Italien Giancarlo Genta, spécialiste du domaine, à la fin de ses propres études. Cette approche évolutive a permis d’accroître la connaissance des batteries mécaniques et de mieux les concevoir
To improve its tram offer, ALSTOM Transport has decided to develop a mechanical batterythat provides energy of a vehicle between two stations. But even if the flywheels are essentiallydevelopped since the 1950s for mobile applications, none of them is designed to ensure 100%of energy for mobile applications. The battery must be light, weigh as little as possible, besafe and respect the specifications.Following a bibliographic data analysis, we undertook to develop a method of pre-sizingmechanical battery by taking into account interactions between different major organs, whereaspreviously, methods were concentrated on developing mechanical batteries part by part.For this, we developed an integrated design tool that takes into account the energy (energyand power), mechanic (strength of materials, rotor dynamics), electromagnetic (electric motor)and geometric (template integration, creation of volumes). We also develop a method forselecting the right materials for flywheels, from which we have compiled a list of relevantmaterials.We have shown that the integrated design is more efficient in terms of integration andbalance between the mechanical and electromagnetic.We also showed that composite materialsare not necessarily the best design choices and materials such as high performance steels areexcellent candidates according to the study area of interest (the threshold being the criticalrotational speed 30000 rpm). We have shown that it is possible to achieve stable areas ofoperation, although it will probably be inevitable to pass critical speeds at startup. The designmethod we developed ensures that the only modes excited are the dynamic modes of bearings,which can be treaten quite easily. It can also represent the system configuration, make a staticstress analysis, study the dynamic phenomena of a mechanical battery, and finally, this methodallows an overall system optimization by the Kohonen method.The results are significant because the systematic method we developed can be applied toevery cases. It helps to know what materials to choose, the configuration you want, presentsgraphically the results of behavioral systems studied and brings a knowledge of the systemunder development. This allows us to anticipate potential changes in design. It is therefore atool for understanding and making during the design process.The scientific path that we have taken is the one advocated by Professor Giancarlo Genta,Italian specialist in the field, at the end of his own studies. This evolutionary approach hasled to increased knowledge of batteries and better mechanical design.Keywords

Les panneaux sandwichs en nid d'abeille ont fait l'objet d'intenses recherches ces dernières décennies. En effet, outre leurs bonnes performances mécaniques et leur rapport rigidité poids faible, il en résulte une baisse importante des propriétés acoustiques. Ainsi, de nombreux designs sont régulièrement proposés afin de palier à cette problématique. En parallèle, différents modèles sont développés afin de modéliser des structures de plus en plus complexes, en utilisant notamment les propriétés périodiques dans le but d’étudier la propagation des ondes. Cette dernière permet une étude approfondie des paramètres vibro-acoustique de la structure. Cette thèse se propose d'étudier des panneaux sandwichs dont le cœur est constitué d'un empilement de nids d'abeille. L'empilement est effectué sans peau intermédiaire, ce qui mène à une rupture d'impédance due aux surfaces de contacts entre les couches. De plus, une telle structure permet d'augmenter l'espace de design jusque-là limité par les structures standard composées d'un unique cœur. Il est alors possible d'obtenir de nombreuses configurations sans altérer la masse, grâce notamment à des décalages entre les couches. Un modèle paramétrique est proposé afin de permettre l'extraction d'une cellule unitaire à travers l'épaisseur du panneau et donc d'appliquer les propriétés périodiques. La modélisation des structures multicouches en nid d'abeille est effectuée via le modèle éléments finis de la cellule unitaire et l'extension d'un modèle existant afin d'obtenir les propriétés en transmission acoustique. L'étude se focalise alors sur les phénomènes de fréquences de transition, de transmission sonore ainsi que les phénomènes de couplage d'ondes et de résonances internes, pour finir avec une optimisation des paramètres géométriques et l'étude de l'influence de ces derniers sur les performances mécaniques et acoustique de la structure. Bien que les propriétés mécaniques lors d'un chargement en compression orthogonal au plan du nid d'abeille se révèlent diminuées dans le cas des structures multicœur, il est possible d'augmenter fortement leurs propriétés en compression dans le plan du cœur. Celles-ci sont étudiées via la comparaison d'une structure multicœur en nid d'abeille hexagonal avec une structure standard. Finalement, ces travaux de thèse se terminent par une étude de l'absorption acoustique avec notamment l’ajout de perforations sur les peaux supérieurs de la structure et l'effet thermo-visqueux qui se produit dans le cœur. En effet, il est possible d'augmenter la dissipation d'énergie de l'onde acoustique en modifiant la géométrie du nid d'abeille de chaque couche, et donc d'agir sur le coefficient d'absorption. Le parallèle est effectué avec les structures poreuses et les paramètres de Jhonson-Champoux-Allard sont calculés pour caractériser l’écoulement du fluide acoustique ainsi que pour alimenter le modèle.Une forte augmentation de la transmission acoustique est obtenue sur l'ensemble de la plage de fréquence étudiée ainsi qu'une amélioration des performances en absorption. Toutefois, cela entraîne la diminution des propriétés mécanique dont le module de compression ainsi que la rigidité dynamique
In this last decades, honeycomb sandwich panels have been the subject of intensive researches. Indeed, their high mechanical performances combined to a low stiffness to weight ratio result in a reduced acoustic efficiency. Therefore, many designs are usually proposed to overcome this issue. Besides, different methods are developed to model more complex structures using the periodic structure theory to study the wave propagation allowing to investigate the vibroacoustic parameters. The main purpose of this thesis is to investigate the vibroacoustic multi-scale behavior of multi-layer core topology systems which consist on stacking layers of honeycomb cores leading to an impedance mismatch between layers. In addition, such structures allow to increase the design space up to now limited to standard sandwich panels made of a single honeycomb core. Therefore, it is possible to obtain many configurations keeping the mass constant with simple shifting process between layers. A parametric model is proposed allowing to extract the unit cell through the thickness of the panel and to apply the periodic structure theory. Modelling multi-layer core topology systems has been performed using the wave finite element method, and an extended method has been proposed to solve the acoustic transmission problem. The study is focused on transition frequencies, the sound transmission loss as well as veering effects and internal resonances, to finally optimize the geometrical parameters and to analyze their influence on the acoustical and mechanical performances of the structure. Although the out-of-plane compression properties of multi-layer core topology systems are reduced, it is possible to strongly improve the in-plane compression properties. These later are studied by comparing a multi-layer hexagonal core and a standard single hexagonal core. Finally, using multi-layer core topology systems and a perforated upper skin, it is possible to increase the energy dissipation occurring inside the core and thus, improve the sound absorption coefficient. Therefore, the thermo-viscous effect is considered. The acoustic behavior is similar to porous media and the Johnson-Champoux-Allard parameters are retrieved to characterize the acoustic fluid flow.An improvement of the sound transmission loss and the sound absorption coefficient is obtained in a broadband frequency and the obtained resonance frequencies can be modified. However, this leads to lower mechanical properties especially the compression modulus and the dynamic rigidity

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la modélisation et l’optimisation de machines électriques pour des applications à entraînement direct. Ils s’inscrivent dans un contexte de réduction de l’utilisation des aimants en terres rares et d’amélioration du rendement énergétique. Un état de l’art des machines électriques est réalisé et l’accent est mis sur les machines à flux radial et axial pour les applications à fort couple et basse vitesse. Une classification est établie visant à identifier les structures intéressantes et innovantes. L’étude de la machine radiale est d’abord réalisée. Une étude comparative de différentes machines issues de l’étude bibliographique est effectuée. Cette étude a permis de choisir une structure originale à bobinage concentré sur dents et aimants en multi-V. Dans le but de calculer les performances du moteur avec un temps de calcul réduit, une modélisation analytique multi-physique de la structure est réalisée. Un premier dimensionnement de la machine a conduit à la définition d’un prototype qui a servi à la validation expérimentale du modèle multi-physique. Une approche de conception par optimisation multi-objectifs est adoptée pour obtenir les machines optimales répondant à un cahier des charges industriel. La suite de l’étude concerne une machine à flux axial à structure innovante. Il s’agit d’une machine à double rotor et simple stator avec plusieurs barrières de flux par pôle. Une étude par éléments finis est d’abord réalisée afin de valider le passage d’un modèle tridimensionnel à modèle bidimensionnel. L’analyse des pertes fer a permis de choisir les matériaux utilisés au stator et aux rotors. L’étape suivante consiste à établir un modèle analytique multiphysique de la machine à flux axial et de l’optimiser selon le même cahier des charges que celui de la machine radiale. Finalement, une comparaison entre les deux structures radiale et axiale est effectuée pour évaluer les avantages en termes de densité de couple
The work presented in this thesis deals with the modeling and optimization of electrical machines for direct drive applications. The objective is to reduce the use of rare earth permanent magnets along with the improvement of the motor’s efficiency. A state of the art of electrical machines is realized. It focused on radial and axial flow structures for high torque and low speed applications. A classification is established to identify interesting and innovative structures. Firstly, the radial machine is studied. The choice of the structure is made after a finite element comparison of different machines resulting from the literature. This led to an original structure with concentrated winding and multi-V shape barriers. Then, a multi-physics analytical modeling of the structure is detailed in order to calculate the performances with a reduced calculation time. A preliminary design led to the definition of a prototype which was used to experimentally validate the multi-physics model. An optimization design approach is adopted to obtain optimal machines meeting industrial specifications. Secondly, a novel axial flux structure is studied. It is a machine with double rotor and single stator with several barriers per pole. A finite element study is carried out in order to validate the transition from a three dimensional to a two-dimensional model. The analysis of iron losses made it possible to choose the materials used in the stator and the rotors. Then, the development of a multi-physics analytical model for the axial machine is proposed. It is used to optimize the structure according to the same specifications defined for the radial machine. Finally, a comparison between the radial and axial structures is performed in order to evaluate the advantages in terms of torque density

Dans le domaine de mise en forme, la réduction des coûts et l'amélioration des produits sont des défis permanents à relever. Pour ce faire, le procédé de mise en forme doit être optimisé. Optimiser le procédé revient alors à résoudre un problème d'optimisation. Généralement ce problème est un problème d'optimisation multi-objectifs très coûteux en terme de temps de calcul, où on cherche à minimiser plusieurs fonctions coût en présence d'un certain nombre de contraintes. Pour résoudre ce type de problème, on a développé un algorithme robuste, efficace et fiable. Cet algorithme, consiste à coupler un algorithme évolutionnaire avec un métamodèle, c'est-à-dire des approximations des résultats des simulations coûteuses. Dans ce mémoire, on a commencé par la présentation du problème d'optimisation multiobjectifs, des algorithmes d'optimisation (algorithmes évolutionnaires) et des métamodèles les plus utilisés (Chapitre I), où on a choisi l'algorithme génétique élitiste de tri non dominé (NSGA-II) qui sera couplé avec le métamodèle basé sur la méthode de différence finies sans maillage. Ce métamodèle, qui est développé au cours de cette thèse, constitue le continue de Chapitre II. Dans le Chapitre III, on étudie différentes manières de couplage de notre métamodèle avec NSGA-II. Ces couplages, C-Constant, C-Actualisé C-Évolutif-H1 et C-Évolutif-MC, diffèrent par le choix des points maîtres au cours des itérations, le type d'erreur utilisée et l'évolution du métamodèle. Ils sont validés sur plusieurs problèmes tests d'optimisation tels que des problèmes mono-objectif, multi-objectifs, sans contraintes et sous contraintes. Le meilleur couplage, C-Évolutif-MC, est utilisé pour la résolution des problèmes de mise en forme mono et multi-objectifs (Chapitre IV). Les résultats obtenus montrent l'efficacité de notre méthode
Cost saving and product improvement have always been important goals in the metal forming industry. To achieve them, metal forming processes need to be optimized, which consequently requires solving optimization problems. Usually these problems have multiple objectives; they aim at minimizing several objective functions in the presence of several explicit and implicit constraints. Each function evaluation is quite time consuming. To solve this type of problems, a robust and efficient algorithm is developed. It consists in coupling an evolutionary algorithm (a multi-objective genetic algorithm) with a metamodel (an approximation of the problem functions). Then, the number of expensive function evaluations can be significantly reduced by partly replacing exact evaluations with fast approximates of the objective functions. In this report, we first present the multi-objective optimization problem, multi-objective optimization (evolutionary) algorithms and the most commonly used metamodels (Chapter I). We select the elitist non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) to be coupled with the metamodel based on the meshless finite difference method. This metamodel, which is presented and enhanced within this thesis, is presented in Chapter II. In Chapter III, different coupling strategies between NSGA-II and the metamodel are investigated, C-Constant, C-Actualise, C-Updated-H1 and C-Updated-MC. The different studied methods differ in the choice of master points (the exact evaluations of the objective functions), the evolution of the metamodel, and the utilized approximation error. They are studied and compared on several analytical functions, mono-objective functions, multi-objective functions and constrained functions. The best method, C-Updated-MC, is then used to optimize metal forming processes in Chapter IV. The obtained results show the efficiency of our method

L’électrification croissante des aéronefs dans le cadre du développement de l’avion plus électrique impose de mettre en place de nouvelles méthodologies pour dimensionner les composants électroniques embarqués.Cette thèse se place dans cette perspective et envisage de poser les bases d’une nouvelle méthodologie pour le dimensionnement optimal des composants inductifs. Après avoir défini les spécifications d’une inductance de lissage située en sortie d’un convertisseur Buck, nous avons mis en place un processus de prédimensionnement simple. Basé sur des formulations analytiques, il permet d’obtenir des géométries relativement proches des solutions optimales, dans le but d’initialiser l’algorithme d’optimisation.Un algorithme stochastique d’évolution différentielle est utilisé une première fois avec un modèle analytique de l’inductance, avec pour objectif une réduction de la masse du composant et une maximisation de son rendement. Les solutions obtenues initialisent une deuxième exécution de cet algorithme, avec deux méta-modèles possibles pour la prise en compte des pertes électriques et magnétiques dans les composants. Le premier fait intervenir un modèle simple pour la caractérisation des pertes magnétiques. Les pertes électriques sont quant à elles déterminées à l’aide d’analyses par éléments finis. L’utilisation de réseaux de neurones artificiels permet de limiter le nombre d’analyses par éléments finis nécessaires à une base d’apprentissage restreinte. Le courant étant supposé triangulaire, trois réseaux de neurones distincts sont construits, pour la fréquence fondamentale et les harmoniques de rang 3 et 5. Le deuxième méta-modèle fait intervenir une caractérisation du cycle d’hystérésis liant l’induction au champ d’excitation. Ce cycle permet de connaître les pertes magnétiques mais également la forme réelle du courant. Ceci permet d’estimer plus précisément la valeur des pertes électriques.Le modèle de caractérisation de cycle d’hystérésis n’amenant pas de résultats suffisamment précis, les résultats d’optimisation obtenus à l’aide du premier méta-modèle sont présentés et discutés
The growing electrification of aircrafts required for the development of more electrical aircrafts needs new methodologies for the design of embedded electronic components.This thesis fits into this framework, proposing a new methodology for the optimal design of inductors. Firstly, we defined specifications for a smoothing inductor located at the output of a Buck DC/DC converter. Then we developed a simple presizing process. Using only analytical formulations, it gave us a first bunch of geometries relatively close to the optimal solutions. It allowed us to initialize our optimization algorithm.A differential evolution stochastic algorithm is executed with an analytical model of the inductor. It attempts to reduce both the weight of the component and its losses. The solutions we obtained are used to initialize a second algorithm execution. Two possible meta-models can be used to take into account magnetic and electrical losses. The first one uses a simple model for the characterization of magnetic losses. Electrical losses are determined with finite element analysis. The use of an artificial neural network allows a reduction of the number of needed analysis. Current is supposed to be perfectly triangular. Thus, three networks have been built. The first one is dedicated to the fundamental frequency. The other two are dedicated to the 3rd and 5th harmonic. The second meta-model uses a characterization of ferromagnetic hysteresis. Such a model allows an estimation of both magnetic losses and real shape of the current. Knowing the real current flowing through the inductor, we can estimate more precisely the value of electrical losses.The model for the characterization of ferromagnetic hysteresis does not provide sufficiently precise results. Optimization results obtained with the first meta-model are presented and discussed

Les bétons végétaux, composés de particules végétales et d'un liant minéral ou organique, constituent une solution à explorer pour limiter l'impact environnemental du bâtiment. Utilisés principalement pour leurs performances thermiques, ces matériaux suscitent l'intérêt de plusieurs organismes de recherche ainsi que de plusieurs entreprises industrielles. La généralisation de leur utilisation dans la construction ne sera pas possible sans résoudre certains problèmes liés à leurs techniques de mise en œuvre, à leur certification et à leur durabilité. Le présent travail a pour objectif de contribuer à la caractérisation de ces matériaux complexes. Il s'agit en particulier d'étudier les comportements mécanique, thermique et hydromécanique du béton de granulats de bois. La stratégie utilisée consiste à combiner l'expérience et la modélisation pour mieux comprendre les mécanismes mis en jeu. Le module de Young et la résistance en compression ont été mesurés expérimentalement à l'aide de la technique de corrélation d'images numériques. L'évolution de ces propriétés dépend des conditions de conservation, de la durée de séchage ainsi que de la teneur en ciment. En raison de l'orientation aléatoire des granulats de bois, le comportement mécanique du béton est isotrope. Un modèle d'homogénéisation basé sur le schéma autocohérent a été développé pour prédire le module de Young du béton et ses résultats sont très satisfaisants. Les mesures de la conductivité thermique montrent que celle-ci reste constante en conditions endogènes. La modélisation de cette propriété par le schéma autocohérent conduit à des résultats cohérents avec les mesures expérimentales. En conditions de dessiccation, la conductivité thermique dépend linéairement de la densité du béton. L'évolution de la conductivité thermique des granulats de bois et de la pâte de ciment au cours du séchage a été modélisée grâce au schéma de Mori-Tanaka. Ces évolutions ont été intégrées dans le modèle autocohérent qui fournit ainsi des résultats satisfaisants, mais qui pourrait être amélioré si l'on disposait des courbes de sorption/désorption des constituants du béton. Les variations dimensionnelles du béton au cours du temps dépendent des conditions de conservation, mais pas de la direction de mesure, ni de la teneur en ciment. Un modèle reposant sur une combinaison des déformations induites par la désorption de l'eau par des constituants et le transfert d'humidité entre ceux-ci a été proposé et a permis de capturer les tendances des déformations du béton sauf au jeune âge. À l'échelle locale, l'étude a montré que les déformations du béton sont du même ordre de grandeur que celles de la pâte de ciment. Elle a aussi mis en évidence un endommagement partiel de l'interface granulat/liant qui mériterait à être pris en compte dans la modélisation
Environmentally-friendly concretes, made up of plant-based particles and mineral or organic binder, are solutions worth exploring to reduce the environmental impact of buildings. Mainly used for their thermal performance, these materials have aroused interest of many research organisations and industrial companies. Their widespread use in construction is not possible without resolving some technical problems related to their implementation, certification and durability. This work aims to contribute to characterize these complex materials, in particular to study the mechanical, thermal and hydromechanical behaviors of wood-aggregate concrete. Modeling and experiments have been used to understand the complex mechanisms involved. The Young's modulus and the compressive strength were experimentally measured using digital image correlation. The evolution of these properties depends on the conditions of storage, the drying time and the cement content. Because of the random orientation of the wood aggregates, the material exhibits isotropic behavior. A homogenization model based on a self-consistent scheme was developed to predict the Young's modulus. The results were satisfactory. Measurements show that thermal conductivity remains constant under sealed conditions. The modeling of this property with the self-consistent scheme gives results consistent with experimental measurements. In desiccation conditions, the thermal conductivity depends linearly on the density of concrete. The evolution of the thermal conductivity of the wood aggregates and the cement paste during drying was modeled with the Mori-Tanaka scheme. These evolutions were integrated into the self-consistent model, which yielded satisfactory results, but could be improved if sorption/desorption curves of the phases were available. The macroscopic dimensional variations of the wood-aggregate concretes depended on the storage conditions, but not on the measurement direction, nor on the cement content. A model based on the combination of the strains induced by the desorption of water from the phases and the moisture transfer between them was proposed. It allowed us to capture the trends of the strains of our concrete except at early age. At a local scale, the study showed that the strains of concrete were close to those of the cement paste. The study also shed light on a significant damage of the aggregate/binder interfaces, which would deserve to be taken into account into the modeling

L’objectif de cette thèse est l’étude numérique du piégeage de la lumière dans des cellules solaires nanostructurées. Le changement climatique est devenu une problématique majeure nécessitant une transition énergétique à court terme. Dans ce contexte, l'énergie solaire semble être une source énergétique idéale. Cette ressource est à la fois scalable à l’échelle planétaire et écologique. Afin de maximiser sa pénétration, des travaux visant à augmenter la quantité de lumière absorbée et à réduire les coûts liés à la conception des cellules sont nécessaires. Le piégeage de la lumière est une stratégie qui permet d’atteindre ces deux objectifs. Son principe consiste à utiliser des texturations nanométriques afin de focaliser la lumière dans les couches de semi-conducteur absorbantes. Dans ce travail, la méthode de Galerkine Discontinue en Domaine Temporel (DGTD) est introduite. Deux développements méthodologiques majeurs, permettant de mieux prendre en compte les caractéristiques des cellules solaires, sont présentés. Tout d'abord, l’utilisation d’un ordre d’approximation local est proposé , basé sur une stratégie de répartition particulière de l’ordre. Le deuxième développement est l’utilisation de maillage hybride mixant ses élements hexahédriques structurés et tétrahédriques non structurés. Des cas réalistes de cellules solaires issus de la littérature et de collaborations avec des physiciens du domaine du photovoltaïque permettent d'illustrer l' apport de ces développements. Un cas d’optimisation inverse de réseau de diffraction dans une cellule solaire est également présenté en couplant le solveur numérique avec un algorithme d’optimisation bayésienne. De plus, une étude approfondie des performances du solveur a également été réalisée avec des modifications méthodologiques pour contrer les problèmes de répartition de charge. Enfin, une méthode plus prospective, la méthode Multiéchelle Hybride-Mixte (MHM) spécialisée dans la résolution de problème très fortement multiéchelle est introduite. Un schéma en temps multiéchelle est présenté et sa stabilité prouvée
The objective of this thesis is the numerical study of light trapping in nanostructured solar cells. Climate change has become a major issue requiring a short-term energy transition. In this context, solar energy seems to be an ideal energy source. This resource is both globally scalable and environmentally friendly. In order to maximize its penetration, it is needed to increase the amount of light absorbed and reduce the costs associated with cell design. Light trapping is a strategy that achieves both of these objectives. The principle is to use nanometric textures to focus the light in the absorbing semiconductor layers. In this work, the Discontinuous Galerkin Time-Domain (DGTD) method is introduced. Two major methodological developments are presented, allowing to better take into account the characteristics of solar cells. First, the use of a local approximation order is proposed, based on a particular order distribution strategy. The second development is the use of hybrid meshes mixing structured hexahedral and unstructured tetrahedral elements. Realistic cases of solar cells from the literature and collaborations with physicists in the field of photovoltaics illustrate the contribution of these developments. A case of inverse optimization of a diffraction grating in a solar cell is also presented by coupling the numerical solver with a Bayesian optimization algorithm. In addition, an in-depth study of the solver's performance has also been carried out with methodological modifications to counter load balancing problems. Finally, a more prospective method, the Multiscale Hybrid-Mixed method (MHM) specialized in solving very highly multiscale problems is introduced. A multiscale time scheme is presented and its stability is proven

Concevoir une structure composite consiste à relever un défi de taille : alors qu'un ingénieur qui conçoit un produit mécanique à base de matériau métallique se concentre principalement sur le développement d'une forme qui garantira un comportement spécifique, l'ingénieur pour qui le problème de conception est celui d'un produit à base de matériaux composites doit trouver la meilleure combinaison forme - structure de matériau. Ainsi, il doit aussi concevoir simultanément un matériau et la topologie produit. La combinatoire s’avère être complexe et les espaces de solutions de très grande taille.Les outils de CAO et de simulation par éléments finis n'offrent pas au concepteur une approche permettant d'explorer les espaces de recherche de manière interactive et rapide. Le travail de thèse conduit à une nouvelle approche numérique permettant de manipuler chaque paramètre de conception caractérisant une structure composite, quelle que soit l’échelle à laquelle il est pertinent.Premièrement, le modèle de comportement paramétrique et réduit (Parametric and Reduced Behavior Model, PRBM) est un modèle dit séparé. Il permet :1- une approche multi-échelle : les paramètres mécaniques de la structure sont explicitement décrits comme issus de la qualité matérielle de chaque fibre, de la matrice, de chaque couche et de la topologie même du stratifié,2- une approche multi-physique: indépendamment le comportement mécanique de chaque couche et de chaque interface est traité pour donner lieu au comportement du stratifié. Des situations de comportements statiques et dynamiques sont étudiés. Dans le cas du comportement dynamique, le caractère visco-élastique est devenu un enjeu conceptuel.Deuxièmement, une méthode mixant dérivées non entières et usage de la méthode PGD a permis la réalisation du PRBM. Intégré dans un modèle de connaissance paramétrique (Parametric Knowledge Model, PKM) auprès de modèles de connaissances experts, il constitue la base d'une méthode interactive d’aide à la conception.Le PKM est traité par une méthode d'optimisation évolutionnaire. De ce fait, le concepteur peut explorer de façon interactive les espaces de conception. Pour qualifier nos modèles et notre PRBM, nous étudions 2 problèmes de conception de structures stratifiées. Les solutions déterminées sont qualifiées vis-à-vis de simulations par éléments finis ou selon une approche empirique
The design process of laminated composites faces a major challenge: while an engineer designing a metallic based mechanical product is mainly focusing on the development of a shape that will guarantee a specific behavior, the engineer designing a composite based product must find the best combination of the shape-material structure. Therefore, he must simultaneously create a material and the product topology. The number of design solutions can be huge since the solution space is considerable.Standard CAE systems (CAD, Finite Element Simulation) do not provide an approach to explore these solution spaces efficiently and interactively. A new numerical procedure is proposed to allow engineers to handle each design parameter of a laminated composite structure, each at its relevant scale.First, the Parametric and Reduced Behavior Model (PRBM) is a separated model that enables reasoning based on1- A multiscale approach: the mechanical parameters of the structure are explicitly described as coming from the material quality of each fiber, the matrix, each layer and the topology of the laminate,2- A multiphysical approach: independently the mechanical behavior of each layer and each interface is processed, leading to the behavior of the laminate. Some situations of static and dynamic behavior are studied. In the case of dynamic behavior, the creeping becomes a conceptual issue.Secondly, a method mixing fractional derivatives and the Proper Generalized Decomposition (PGD) method allowed the creation of the PRBM. Integrated into a Parametric Knowledge Model (PKM) with other expert knowledge models, the PRBM makes the basis of an interactive method of design support.The PKM is processed by an evolutionary optimization method. As a result, the designer can interactively explore the design space. To qualify our models and our PRBM, we study two problems of design of laminated composite structures. The solutions determined are qualified versus finite element simulations or according to an empirical approach
El diseño de una estructura compuesta es un desafío mayor, mientras que un ingeniero que diseña un producto mecánico con materiales metálicos se concentra principalmente en el desarrollo de una geometría que garantice un comportamiento específico, el ingeniero que diseña un producto con materiales compuestos debe encontrar la mejor combinación forma – estructura del material. De esta manera, el ingeniero debe diseñar simultáneamente el material y la topología del producto, razón por la que esta combinación se vislumbra compleja, puesto que los espacios de solución son gran tamaño.Las herramientas CAO y de simulación por elementos finitos no ofrecen al diseñador una metodología que permita explorar los espacios de solución de manera interactiva y rápida. Por lo tanto, este trabajo de tesis propone un nuevo enfoque numérico que permite manipular parámetros de diseño que caracterizan la estructura compuesta, cualquiera que sea la escala de pertinencia.Como primera medida, el modelo de comportamiento paramétrico y reducido (Parametric and Reduced Behavior Model, PRBM) es un modelo definido de manera separada que permite:1- Un enfoque multiescala: los parámetros mecánicos se presentan de manera explícita en términos de las propiedades de cada fibra, de la matriz, de cada capa y de la topología del mismo apilamiento.2- Un enfoque multifísico: el comportamiento mecánico de cada capa y cada interface se modela de manera independiente para dar lugar al comportamiento del apilamiento. Se estudian situaciones de casos de comportamiento estático y dinámico. En el caso dinámico en particular, se tiene en cuenta también la característica viscoelástica de las interfaces.Como segunda medida, un método que combina derivadas no enteras y el uso de la descomposición propia generalizada (PGD), permite la realización del PRBM. Este constituye la base de un método interactivo de ayuda al diseño, pues está integrado dentro de un modelo de conocimiento (PKM) que también incorpora mejores prácticas aprendidas por expertos.El PKM es utilizado por un método de optimización evolucionaria. De esta manera, el diseñador puede explorar de manera interactiva los espacios de solución. Para validar nuestros modelos y el PRBM, se estudian dos problemas de diseño de estructuras apiladas. Las soluciones obtenidas se comparan con respecto a simulaciones obtenidas por el método de los elementos finitos y con respecto a resultados experimentales

La thématique de recherche proposée se présente comme une étude préliminaire en vue de minimiser le cout des opérations de perçage de multi-matériaux CFRP/Al et CFRP/Ti. Cette minimisation passe par la compréhension des mécanismes d'usure des outils de coupe ainsi que par la compréhension des phénomènes engendrant les différents défauts pouvant amener à la non-conformité de la pièce. Dans ce sens, des essais de perçages ont été mis en place. Leur instrumentation nous permet d'accéder aux efforts et aux températures générées lors de la coupe.En parallèle de cela, les moyens d'analyse mis en place permettent l'accès à la qualité des trous. L'identification de mécanisme d'usures subis par l'outil est réalisée à l'aide de visualisations au microscope électronique à balayage. L'usure du foret est aussi quantifiée par l'utilisation d'un microscope numérique pouvant mesurer le profil de l'arête de coupe de l'outil.Les champs de température au voisinage de l'interface outil/copeau influent de façon importante sur la durée de vie de l'outil. Difficile d'accès par l'expérimentation, ces champs de température sont toutefois accessibles par la simulation numérique des sollicitations thermiques appliquées à la pièce. Le modèle développé dans ce projet permet, par méthode inverse, de déterminer la température appliqué sur la paroi du trou à partir des mesures expérimentales réalisé à 4mm de celle-ci. Celui-ci à permis de visualiser l'étendu des zones affectées thermiquement et de confirmer les tendances observées expérimentalement