Дисертації з теми "Défaillance mécanique"
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Millet, Olivier. "Vers une compréhension des mécanismes de défaillance des dispositifs microsystèmes." Lille 1, 2003. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2003/50376-2003-223.pdf.
Анотація:
Ce mémoire s'insère dans un axe de recherche portant sur les technologies microsystèmes à base de micro-usinage de surface, à partir desquelles des mécanismes de défaillances de dispositifs élémentaires ont été étudiés théoriquement et expérimentalement. Des bancs de test in situ en matériau polycristallin ont été conçus afin de découvrir et d'étudier les mécanismes d'endommagement dus à un actionnement cyclique. Le principe consiste à appliquer cycliquement une sollicitation élémentaire sur une structure élémentaire atin d'observer lévolution des propriétés mécaniques (raideur, résonance) en fonction du nombre d'opérations. Suite à une étude par éléments finis, les structures de test en polysilicium dopé in situ ou par diffusion et en or ont été fabriquées. Ces dernières ont été actionnés cycliquement et caractérisés périodiquement. Les résultats de caractérisation ont permis de comprendre le phénomène de fatigue pour des matériaux polycristallins. L'existence d'une relation entre la fréquencc de résonance de structures sollicitées en fIexion et le phénomène de fatigue a été aussi démontrée, permettant d'élaborer un modèle phénoménologique pour la prédiction du phénomène de fatigue avec une erreur de 20 % Par ailleurs, l'influence des conditions environnementales, du niveau de contraintes appliqué, l'inf1uence du recouvrement de marche, et la propagation d'une fissure dans le matériau structurel ont été analysées. Cette étude permet de mieux comprendre le phénomène de fatigue pour des matériaux polycristallins, et permettra de mettre en place de nouvelles règles de conception pour la fabrication de microdispositifs constitués d'éléments simples tels que des microcommutatcurs RF ou des résonateurs électromécaniques utilisés dans la téléphonie mobile. Certains mécanismes d'endommagement liés aux phénomènes non-linéaires en régime dynamique ont été modélisés. Cette étude s'est attachée à explorer les défàillances causées par les vibrntions extérieures et les chocs, et à proposer une solution pour contrer les vibrations extérieures pour un système embarqué. Dans une première étape le phénomène de 'snap-through' est abordé : une poutre biencastrée en flambement hors du plan faisant partie d'un système d'optique adaptative peut, sous l'effet de vibrations extérieures, s'effondrer et donc se coller. Pour chaque fréquence d'excitation, le modèle mis en place détermine la valeur minimale des amplitudes de vibrations extérieures induisant des instabilités dans le système; une validation préliminaire du modèle a été réalisée. Dans une seconde étape, la réponse dynamique d'une poutre bi-encastrée encapsulée dans un boîtier soumis à un choc est étudiée; le modèle établi détermine les conditions pré-choc (vitesse, accélération du boîtier) évitant la dégradation de la structure lors du choc. Enfin, une approche conceptuelle d'un système vibratoire adaptatif a été présentée. Une structure à protéger est fabriquée sur des couches piézo-électriques; celles-ci sont actionnées pour perturber la résonance mécanique de la structure à protéger lorsque des capteurs résonants détectent des vibrations extérieures dont la fréqucnce d'excitation est égale à la fréquence de résonance. Les choix de conception sont exposés dans le cas de la réalisation technologique et du systéme d'asservissement électronique (détection, alimentation des couches piézoélectriques); enfin, le procédé technologique a été mis en place; la phase de test reste à mettre en oeuvre.
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Dufrénoy, Philippe. "Étude du comportement thermomécanique des disques de freins vis-à-vis des risques de défaillance : application au domaine ferroviaire." Lille 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LIL10181.
Анотація:
L'augmentation continue des énergies et des puissances de freinage des systèmes ferroviaires a conduit peu à peu les disques de freins vers leurs limites d'utilisation, mises en évidence par des échauffements thermiques considérables (supérieurs à 1000°C) et par l'apparition de fissures en surface des pistes de frottement. Les travaux présentés ont consiste à développer des modèles numériques du comportement thermomécanique des disques de freins, afin de mieux comprendre les phénomènes engendrés et de prédire les niveaux de performance et d'endurance face à une sollicitation donnée. Pour appréhender les gradients thermiques effectifs de surface, la dynamique de contact de la garniture est introduite, régie par les variations de l'usure, des dilatations thermiques, des champs de pression de contact, des caractéristiques des matériaux ou encore des déformations plastiques. L'utilisation de techniques expérimentales récentes par thermographie infrarouge sur objets tournants, s'est avérée cruciale pour la mise en évidence des phénomènes tels que les cercles de feu et pour la validation des modèles numériques correspondants. Il a pu être montré expérimentalement et numériquement que le développement de points chauds stabilisés sur la surface du disque pouvait provenir du flambement du disque dû à l'état de compression circonférentielle, et qui serait initié lors de la transition élasto-plastique. La présence de ces points chauds correspond à la sollicitation thermomécanique la plus endommageante pour le disque, pour laquelle il a pu être démontré le risque d'une sollicitation caractéristique de la fatigue thermique oligocyclique, dont les premiers calculs montrent qu'elle peut être à l'origine de la fissuration des disques. La compréhension de ces phénomènes et les modèles développés doivent permettre de définir et de repousser les limites des systèmes actuels, afin d'augmenter les capacités de charge et les vitesses de service des véhicules ferroviaires.
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Belmehdi, Yassine. "Contribution à l'identification de nouveaux indicateurs de défaillance des modules de puissance à IGBT." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14258/document.
Анотація:
L’électronique de puissance a un rôle de plus en plus grandissant dans les systèmes de transports : voitures électriques et hybrides, trains et avions. Pour ces applications, la sécurité est un point critique et par conséquent la fiabilité du système de puissance doit être optimisée. La connaissance du temps de fonctionnement avant défaillance est une donnée recherchée par les concepteurs de ces systèmes. Dans cette optique, un indicateur de défaillance précoce permettrait de prédire la défaillance des systèmes avant que celle-ci soit effective. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la caractérisation électromécanique des puces de puissance IGBT et MOSFET. L’exploitation de cette caractérisation devrait permettre, à plus long terme, de mettre en évidence un indicateur de l’état mécanique des assemblages de puissance à des fins de fiabilité prédictivePower electronics has a role increasingly growing up in transport:electric and hybrid vehicles, trains and aircraft. For these applications, security is a critical point, thus the reliability of the power assembly must be optimized. The knowledge of time to failure is very important information for the designers of these systems. Inthis context, an early failure indicator would predict system failuresbefore it becomes effective. In this thesis, we focused on the electromechanical characterization of power transistors: MOSFET and IGBT. Based on these results this electromechanical characterization should help us in the longer term, to highlight an early failure indicator of the power assembly
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Baccar, El Boubkari Fedia. "Évaluation des mécanismes de défaillance et de la fiabilité d’une nouvelle terminaison haute tension : approche expérimentale et modélisation associée." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0266/document.
Анотація:
Ces travaux s’intègrent dans le projet de recherche SUPERSWITCH dans lequel des solutions alternatives à l’IGBT, utilisées dans les convertisseurs de puissance dans la gamme des tenues en tension 600-1200 V, sont envisagées. Les nouvelles structures du transistor MOS basées sur le principe de Super-Jonction tel que le transistor DT-SJMOSFET et sa terminaison originale, la « Deep Trench Termination » se propose comme alternative aux IGBT. Dans ce contexte, cette thèse se focalise sur la caractérisation de la robustesse de la terminaison DT2 adapté à une diode plane. Après avoir effectué un état de l’art sur les composants de puissances à semi-conducteur unidirectionnels en tension, les terminaisons des composants de puissance et la fiabilité des modules de puissance, un véhicule de test a été conçu en vue de réaliser les différents essais de vieillissement accéléré et suivi électrique. La fiabilité de la terminaison DT2 a été évaluée par des essais expérimentaux et des simulations numériques, dont une méthodologie innovante a été proposée. Au final de nouvelles structures ont été proposées pour limiter les problèmes de délaminage et de charges aux interfaces mis en avant dans notre étudeThis work is a part of the research project SUPERSWITCH in which alternatives solutions to the IGBT, are investigated. This solution was used IGBT in power converters in the 600-1200 V breakdown voltage range. The new MOSFET structures based on the super-junction, such as the DT-SJMOSFET and its "Deep Trench Termination", is proposed as an alternative to IGBT. In this context, this thesis focuses on the robustness characterization of the DT2 termination adapted to a planar diode. After a state of the art on unidirectional voltage power components, the power components termination, and power modules reliability, a test vehicle has been designed in order to carry out different accelerated ageing tests and electrical monitoring. The reliability of DT2 termination was evaluated by experimental tests and numerical simulations. An innovative modeling methodology has been proposed. Finally, new structures have been proposed to limit the delamination failure mechanisms and interface charges problems highlighted in this thesis
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Pietranico, Sylvain. "Analyse de matériaux pour la modélisation des mécanismes de défaillance dans les modules électroniques de puissance." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00543040.
Анотація:
Cette thèse porte sur l'étude de la durée de vie de composants et modules de puissance dans des environnements thermiques sévères, lorsque les modules de puissance sont amenés à travailler à haute température ou sous des cycles de température de forte amplitude. Les domaines visés par cette étude concernent plus particulièrement des applications extrêmement contraignantes telles que les applications aéronautiques. Un module de puissance est un assemblage de plusieurs matériaux (semi-conducteurs, brasures, céramiques, conducteurs) présentant des propriétés mécaniques, notamment de coefficient de dilatation thermiques (CTE) différentes. Les pertes dans les puces actives et les variations de température ambiante (profils de mission) sont responsables de contraintes mécaniques liées aux différences de CTE entre les différents matériaux. Les modes de défaillance étant principalement d'origine mécanique, ces travaux ont été effectués entre le SATIE et le LMT (Institut Farman). L'étude mécanique a complété des travaux expérimentaux de caractérisation et de vieillissement accéléré de modules de puissance à semi-conducteur. Ces études ont nécessité la mise en place d'essais de vieillissement spécifiques, passifs (utilisation d'une étuve permettant de contraindre les assemblages de puissance sous des cycles thermiques de grande amplitude) et actifs (utilisation de régimes extrêmes de fonctionnement tels que le court-circuit pour accélérer le vieillissement de certaines parties de l'assemblage).La première partie de ce manuscrit présente les principes physiques mis en jeu. Nous présenterons succinctement les concepts de mécanique de la rupture ainsi que les couplages physiques.La deuxième partie porte sur la rupture de la céramique des substrats DCB. Cette rupture peut provenir de défauts répartis aléatoirement dans le matériau. Nous aborderons le problème par une approche statistique où nous introduirons la "Théorie du maillon faible". L'autre cause de rupture est la présence de défauts géométriques que l'on appelle singularité où il existe une concentration des contraintes nécessitant une approche déterministe. A cette occasion nous introduirons le facteur d'intensité des contraintes qui permet d'étudier les problèmes de rupture liés à des zones singulières.La dernière partie portera sur la dégradation de la métallisation du transistor. La recherche d'indicateurs de vieillissement a demandé la mise au point de différents bancs de caractérisation électrique pour la mesure fine de différentes grandeurs électriques (courants de fuite, tensions de seuil, chute de tension à l'état passant...) dans un environnement thermique contrôlé. De plus ces caractérisations électriques sont corrélées à des observations de la métallisation effectuées par un microscope électronique à balayage de manière régulière. Nous chercherons à montrer comment la modification de la morphologie de la métallisation peut modifier les caractéristiques électriques des transistors de puissance testés.
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Meuterlos, Maxime. "Développement de méthodes de normalisation des indicateurs de santé vibratoires pour la surveillance d'ensembles mécaniques basées sur les paramètres d’utilisation. Application à l’hélicoptère." Electronic Thesis or Diss., Lyon, INSA, 2023. http://www.theses.fr/2023ISAL0097.
Анотація:
Les systèmes VHMS (Vibration Health Monitoring System) installés sur les hélicoptères ont un rôle stratégique pour augmenter la sécurité en vol des opérateurs et passagers. Ces systèmes consistent à enregistrer des données opérationnelles en vol, en particulier de nature vibratoire, et à surveiller l’intégrité des ensembles mécaniques par le biais d’indicateurs issus du traitement des signaux. Le principe de base se fonde sur le postulat que l’apparition d’un mode de défaillance engendre une évolution caractéristique des valeurs des indicateurs. Une limite rencontrée par les systèmes VHMS est cependant liée à la forte dépendance des indicateurs aux conditions de vol qui, pour les hélicoptères, sont susceptibles de varier rapidement et de manière complexe. Ces variations, aujourd’hui difficilement maîtrisées, peuvent masquer la signature d’une défaillance mécanique. Il en résulte donc une ambigüité sur l’interprétation de l’origine d’évolution observée des indicateurs. Dans ce manuscrit, des méthodes de normalisation sont développées permettant d’estimer des indicateurs vibratoires normalisés, c’est-à-dire insensibles aux conditions de vol. Dans un premier temps, une revue des méthodes de normalisation couramment utilisées dans la littérature est présentée. Dans un deuxième temps, un cadre statistique paramétrique modélisant les indicateurs vibratoires est proposé et repose sur des modélisations cyclostationnaires du signal vibratoire. Ce cadre paramétrique sera utilisé pour construire deux approches de normalisation des indicateurs vibratoires. La première basée sur le clustering-classification permettant de lier les phases de vol de l’hélicoptère à la statistique de l’indicateur vibratoire. Puis, une deuxième basée sur la régression de paramètres de distributions de quantile conditionnées sur les paramètres de vol expliquant la variabilité des indicateurs de santé. En parallèle, une étude de sensibilité permettant d’identifier ses paramètres de vol est menéeThe VHMS (Vibration Health Monitoring System) installed on helicopters plays a strategic role in increasing the safety of operators and passengers during flight. These systems consist of recording operational data during flight, particularly vibration-related data, and monitoring the integrity of mechanical components through indicators derived from signal processing. The basic principle is based on the assumption that the appearance of a failure mode generates a characteristic evolution of indicator values. However, one limitation of VHMS systems is the strong dependence of indicators on flight conditions, which can vary rapidly and complex for helicopters. These variations, which are difficult to control, can mask the signature of a mechanical failure, resulting in ambiguity in interpreting the origin of the observed indicator evolution. In this manuscript, normalization methods are developed to estimate normalized vibration indicators, which are insensitive to flight conditions. First, a review of normalization methods commonly used in the literature is presented. Second, a parametric statistical framework modeling vibration indicators is proposed based on cyclostationary modeling of the vibration signal. This parametric framework will be used to construct two approaches to normalizing vibration indicators. The first approach is based on clustering-classification, linking the helicopter flight phases to the statistics of the vibration indicator. Then, a second approach is based on the regression of quantile distribution parameters conditioned on flight parameters that explain the variability of health indicators. In parallel, a sensitivity analysis is conducted to identify these flight parameters
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Aime, Stefano. "Dynamic failure precursors in soft matter." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTS011/document.
Анотація:
La fracture des matériaux, omniprésente aussi bien en science des matériaux qu’en géologie, implique souvent des événements soudains et imprévisibles, sans précurseurs détectables macroscopiquement. Une compréhension approfondie des mécanismes microscopiques conduisant in fine à la rupture est requise, mais les expériences restent rares. La détection de la dynamique microscopique dans les échantillons cisaillés est expérimentalement très difficile, car elle nécessite de combiner sensibilité mécanique, qualité optique et exigences strictes sur l’encombrement. Dans ce travail, nous présentons l'une des premières tentatives réussies de mesure des précurseurs microscopiques de fracture dans des matériaux mous modèles, grâce à des mesures de la plasticité microscopique à l'aide d'un nouvel instrument, couplant une cellule de cisaillement à contrainte contrôlée à un appareil de diffusion de lumière statique et dynamique (DLS) à petits angles. Dans un premier temps, nous montrons théoriquement, numériquement et expérimentalement comment la DLS, une technique très puissante difficile à utiliser pour un échantillon sous cisaillement, peut être utilisée comme outil de mesure de la dynamique microscopique dans les systèmes mous sous cisaillement. Pour un solide parfait et un fluide visqueux simple, le champ de déplacement résultant d'une déformation de cisaillement est purement affine. Nous montrons comment les déplacements affines et non affines, qui sont présents dans de nombreuses situations d’intérêt (matériaux élastiquement hétérogènes ou en raison de réarrangements plastiques) peuvent être évalués séparément par DLS et discutons de l'effet des non-idéalités dans des expériences typiques.Ce travail est centré sur un gel colloïdal fractal modèle, dont nous caractérisons la rhéologie linéaire en loi de puissance. Nous montrons que celle-ci est décrite par un modèle phénoménologique Fractional Maxwell (FMM), et discutons la relation possible entre FMM et la structure microscopique du gel.Sous une contrainte de cisaillement constante (expérience de fluage), le gel colloïdal présente une déformation rapide élastique suivie d'un fluage lent en loi de puissance, puis, après plusieurs heures par une accélération du taux de cisaillement, entraînant la rupture retardée du gel. Nos expériences montrent que le premier régime en loi de puissance, bien décrit par la viscoélasticité linéaire, correspond à l'échelle microscopique à une dynamique partiellement nonaffine, mais entièrement réversible. Lorsque la viscoélasticité dévie de la linéarité, une accélération nette, localisée dans le temps de la dynamique non-affine, est observée. Ces réarrangements rapides précèdent la fracture macroscopique du gel de plusieurs heures: ce sont des précurseurs dynamiques de la fracture qui permettent de prédire l’évolution du gel bien avant toute mesure rhéologique.Pour obtenir une image plus complète de la fracture, nous étudions l'apparition de l'irréversibilité lors d’une perturbation cyclique répétée plusieurs fois (expérience de fatigue). En suivant l'évolution stroboscopique du système en fonction de la déformation cumulée, on constate que, au-delà du régime linéaire, le taux de relaxation augmente brusquement, signature de plasticité. Si la contrainte appliquée est suffisamment grande, le gel à long terme montre une rupture retardée, en analogie avec celle observée en fluage. Les différences et similitudes entre les deux mécanismes de fracture sont discutées.Enfin, la généralité des résultats obtenus sur les gels colloïdaux est vérifiée en étudiant comme second système modèle un verre colloïdal, dont la mise en écoulement sous contrainte oscillante est un processus progressif, pour lequel deux modes de relaxation contribuent à la dynamique observée. Les analogies qualitatives trouvées avec des systèmes similaires (par ex. des émulsions concentrées) suggèrent qu'une image unifiée pourrait être obtenue, motivant des recherches futuresMaterial failure is ubiquitous, with implications from geology to everyday life and material science. It often involves sudden, unpredictable events, with little or no macroscopically detectable precursors. A deeper understanding of the microscopic mechanisms eventually leading to failure is clearly required, but experiments remain scarce. The detection of microscopic dynamics in samples under shear is experimentally very challenging, because it requires to combine the highest mechanical sensitivity to strict requirements on the geometry of the whole setup and on the quality of the optical interfaces. In this work we present one of the first successful attempts to measure microscopic failure precursors in model soft solids. Here, microscopic plasticity under shear is observed using a novel setup, coupling a custom-made stress controlled shear cell to small angle static and dynamic light scattering (DLS).DLS is a very powerful technique, but its application to materials under shear is not trivial. In a first step we show a theoretical, numerical and experimental investigation of how DLS may be used as a tool to measure the microscopic dynamics in soft systems under shear. In ideal solids and simple viscous fluids, the displacement field resulting from an applied shear deformation is purely affine. Additional non-affine displacements arise in many situations of great interest, for example in elastically heterogeneous materials or due to plastic rearrangements. We show how affine and non-affine displacements can be separately resolved by DLS, and discuss the effect of several non-idealities in typical experiments.As a model system, this work mainly focuses on a fractal colloidal gel. We thoroughly characterize the linear power-law rheology of the gel, we show that it is very accurately described by the phenomenological Fractional Maxwell (FM) model, and we discuss the possible relationship between the FM model and the microscopic structure of the gel.Under a constant shear stress (creep experiment), the colloidal gel exhibits a fast, elastic deformation followed by a slow sublinear power-law creep, which is eventually interrupted after several hours by an upturn in the shear rate, leading to the delayed failure of the material. Our experiments show that the first power-law regime, nicely described by linear viscoelasticity, corresponds at the microscopic scale to partially nonaffine, yet fully reversible dynamics. Upon deviation from the linear viscoelasticity, a sharp acceleration, localized in time of the nonaffine dynamics is observed. These faster rearrangements precede the macroscopic failure of the gel by thousands of seconds: they thus are dynamic precursors of failure that allow one to predict the fate of the gel well before any rheological measurement.To obtain a more comprehensive picture of material failure, we next address the onset of irreversibility under a cyclic perturbation repeated many times (fatigue experiment). By following the stroboscopic evolution of the system as a function of the cumulated deformation, we observe that as soon as the shear amplitude is increased beyond the linear regime the relaxation rate increases abruptly, indicating that irreversible plasticity is at play. If a large enough stress amplitude is applied, the system on the long run displays delayed fatigue failure, with reminiscences of the one observed in creep. Differences and similarities between the two failure mechanisms are discussed.Finally, the generality of the results obtained on colloidal gels is checked by investigating as second model system a soft colloidal glass. In this case, our experiments indicate that oscillatory yielding is a gradual process, where two relaxation modes contribute to the observed dynamics. Qualitative analogies found with similar systems (e.g. concentrated emulsions) suggest that a general picture might be obtained with our study, which motivates ongoing and future investigations
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Bouarroudj-Berkani, Mounira. "Etude de la fatigue thermo-mécanique de modules électroniques de puissance en ambiance de températures élevées pour des applications de traction de véhicules électriques et hybrides." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00346572.
Анотація:
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'étude de la fatigue thermomécanique de modules IGBT onduleurs intégrés de puissance 600V-200A destinés à des applications de traction automobile électrique et hybride. Nous avons cherché à évaluer la tenue de ces modules aux contraintes de cyclages (actif et passif) sous températures ambiantes élevées. Ainsi, la première partie de cette thèse présente les tests expérimentaux réalisés en cyclage actif durant lesquels nous avons cherché à évaluer la tenue des modules IGBT (600V-200A) fonctionnant à différentes températures ambiantes (température de semelle) et différentes températures de jonction (température des puces). Afin de chercher à comprendre les mécanismes physiques mis en jeu dans la dégradation de l'assemblage, les essais ont été arrêtés rapidement dès lors qu'un indicateur de défaillance laissait supposer une initiation de processus de dégradation.
Dans la deuxième partie, nous nous sommes focalisés sur la tenue des brasures substrat/semelle dans des conditions de cycles thermiques passifs. Sachant qu'habituellement le facteur d'accélération retenu pour le vieillissement de ces brasures est l'amplitude des cycles thermiques, nous avons cherché dans cette partie à évaluer non seulement l'effet de l'amplitude des cycles thermiques mais aussi les niveaux des paliers haut et bas sur l'initiation des fissures dans ces brasures et leurs propagation au cours du cyclage.
Enfin, pour comprendre et analyser le comportement de la brasure et de l'assemblage sous les contraintes de cycles thermiques, une étude par simulation numérique est présentée dans la dernière partie. Une étude numérique effectuée sous des conditions de température similaires à celles imposées dans la partie expérimentale a permis de localiser et d'évaluer les contraintes thermomécaniques que subissent les éléments de l'assemblage. Surtout, nous donnons des éléments de réponse permettant d'établir un lien entre les paramètres thermiques du cyclage passif et les grandeurs physiques qui sont influent sur la durée de vie des brasures. Enfin, cette partie se termine sur une étude numérique dans laquelle nous avons cherché à simuler l'effet combiné des cyclages actifs et passifs sur les contraintes mécaniques au sein des modules IGBT afin de rendre compte des contraintes imposées aux modules dans une application réelle.
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Brevus, Vitaly. "Analysis of structural elements' integrity after thermomechanical loading." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22443.
Анотація:
Cette thèse a été réalisée en cotutelle entre l'Université Technique Nationale Ivan Pul'uj de Ternopil (TNTU, Ukraine) et l’Université Blaise Pascal (Clermont-Ferrand, France). Les travaux ont été effectués au sein de l'Institut Pascal de l’Université Blaise Pascal - Clermont II, de l’IFMA et du CNRS, dans le thème scientifique Matériaux actifs et intelligents, modélisation multi-échelle de l'axe Mécanique, Matériaux et Structures, et au sein de l'Institut Français de Mécanique Avancée. La thèse présentée appartient au domaine scientifique de la mécanique de la rupture et la science des matériaux. L'objectif de la thèse est de développer la méthodologie analytique et expérimentale pour la durée de vie résiduelle des collecteurs du surchauffeur dans les centrales thermiques, en tenant compte des caractéristiques de fonctionnement de chargement thermomécanique. La prédiction de la durée de vie est une tâche cruciale pour un fonctionnement continu des éléments structuraux très chargés et fait partie d'un problème plus large, couvert dans la recherche de la résistance et la durabilité des éléments structurels à haute température dans les équipements d'énergie générateur. Le mémoire décrit l'influence de la température de fonctionnement sur la vitesse de propagation des fissures de fatigue et micromécanismes de rupture dans le matériau du collecteur de surchauffeurThis thesis was performed under the cotutelle agreement between Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University (TNTU, Ukraine) and Blaise Pascal University (Clermont Ferrand, France). The thesis was carried out within Pascal Institute of the Blaise Pascal University - Clermont II, the IFMA and the CNRS, in the Scientific Theme “Active and Smart Materials and Multiscale Modeling” of the Mechanics, Materials and Structures Department, and within the French Institute for Advanced Mechanics. The presented thesis belongs to the scientific field of fracture mechanics and material science. The aim of the thesis is to develop the analytical and experimental methodology for the residual lifetime estimation of the superheater collectors at thermal power stations (TPS), taking into account the operational features of thermomechanical loading. Prediction of lifetime is crucial task for continuous operation of heavy loaded structural elements and is a part of a broader problem, covered in the research of the strength and durability of high temperature structural elements in power-generating equipment. The thesis describes the influence of operating temperature on the fatigue crack growth rate and fracture micromechanisms in the material of the superheater collector
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Dupont, Laurent. "Contribution à l'étude de la durée de vie des assemblages de puissance dans des environnements haute température et avec des cycles thermiques de grande amplitude." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00091782.
Анотація:
Dans le domaine des applications avioniques, des dispositifs d'électronique de puissance sont susceptible d'être placés sur le réacteur avec, dans le pire des cas, une température ambiante de 200°C et des cycles thermiques compris entre -55°C et 200°C.La première partie de cette étude présente les caractérisations électriques de composants à semi-conducteur, afin de justifier le choix des diodes Schottky SiC et de transistor CoolMOS Si pour une utilisation à haute température. Ces composants sont alors intégrés dans un véhicule de test (module de puissance) adaptée à une localisation sur le réacteur. L'objectif est d'évaluer les performances électriques des éléments actifs à haute température, et la technologie d'assemblage par brasure des substrats céramiques sur une semelle AlSiC. En complément d'une campagne expérimentale, s'appuyant sur un cyclage thermique de grande amplitude, une évaluation numérique des sollicitations dans l'assemblage permettra de mieux comprendre les mécanismes de défaillances et les moyens permettant d'augmenter la durée de vie des modules de puissance dans ces conditions d'utilisation.
Afin de trouver des solutions d'intégration et de chercher à améliorer la durée de vie des assemblages, la dernière partie de cette étude présente les résultats expérimentaux, dans des conditions tout aussi sévères, pour de nouveaux véhicules de test, sans élément actif, composés de substrats céramiques de technologie différente. Les produits testés comportent des céramique AlN et Al2O3 dont les métallisations, avec ou sans dimples, présentent des géométries différentes. Nous évaluerons également, des substrats de technologie AMB avec des solutions DAB et Si3N4. Finalement, une nouvelle étude numérique est réalisée sous ANSYS dans le but d'estimer l'influence ce des substrats céramiques sur la durée de vie de l'assemblage. Finalement, nous tenterons de proposer des règles de conception permettant d'augmenter la durée de vie des assemblages de puissance.
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Nahas, Nabil. "Optimisation de la performance de systèmes multi-composants assujettis à des défaillances aléatoires." Thesis, Université Laval, 2008. http://www.theses.ulaval.ca/2008/25061/25061.pdf.
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Adokanou, Kokou. "Etude micro et nanostructurale des défaillances d'architectures microélectroniques en environnement humide." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLEM064.
Анотація:
Ce travail de thèse vise à utiliser l’ingénierie des contraintes mécaniques pour améliorer la fiabilité des composants microélectroniques en environnement de chaleur humide afin de développer des technologies non-hermétiques robustes. L’application se fait sur des composants micro-ondes à base d’arséniure de gallium (GaAs) avec des fonctions d’amplification faible bruit (LLA et LNA). Les travaux ont commencé par l’analyse des modes d’endommagement-matériau des MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) en milieu sévère et par l’évaluation des contraintes thermomécaniques induites dans les couches minces empilées par l’environnement de test. Ce projet propose deux formes de méthodes pour mettre en évidence l’effet d’une contrainte sur la fiabilité des MMIC dans une configuration de qualification spatiale : une première méthode dite « indirecte » par mise en flexion (250MPa en absolue) et une seconde méthode « directe » par traitement de la couche de passivation en nitrure de silicium (SiNx) via l’implantation d’ions azote (~ -1,2GPa). Un système de mise en contrainte mécanique et un circuit imprimé spécialement conçus pour ces travaux, soumettent par flambement du circuit imprimé le MMIC à des contraintes mécaniques uni-axiales de traction ou de compression. Des bancs de caractérisation par connecteurs ou sous pointes sont utilisés pour mesurer les paramètres statiques des transistors et calibrer les variations de contraintes internes des couches du MMIC flambé grâce aux effets piezorésistifs des semi-conducteurs. Des simulations numériques par Abaqus ® ont permis d’évaluer les contraintes thermomécaniques subies par les MMIC pendant leur préparation au test de vieillissement et ainsi qu’après enrobage de résine « Dam&Fill ». Pour chacune des deux méthodes proposées, directe et indirecte, une campagne de test a été menée dans les conditions de vieillissement les plus sévères (85°C / 85%HR / polarisation inverse de grille). Les résultats obtenus pour le cas indirect par mise en flexion sur 1850h (A) / 2450h (B) ont montré une nette amélioration du temps moyen avant défaillance des composants que ce soit sous contraintes de traction ou de compression. En effet pour les technologies étudiées la présence de contrainte a retardé de façon considérable l’endommagement plus de 80% des MMIC. L’analyse de la défaillance des composants défectueux a été complétée par des simulations éléments finis purement mécaniques sous Abaqus ®. Elle a montré des fissures et des cloques au voisinage des doigts de grille du transistor et des capacités, que nous avons tenté de relier aux pertes de performances statiques et dynamiques. Les résultats avec la méthode directe sur 1000h (A et B) par implantation ionique ont aussi montré une amélioration de la fiabilité pour 100% des composants vieillis. La comparaison de ces résultats avec le cas indirect permet d’identifier la nature et les niveaux de contraintes optimales qu’il faut pour garantir une meilleure fiabilité des MMIC en environnement sévère avec leurs limitations. Une étude du comportement physico-chimique de l’endommagement de l’extrême surface des puces a aussi été effectuée afin de relier les différentes échelles de dégradations entre elles : de la perte de performance jusqu’à la rupture des liaisons chimiques en passant par la microstructure des couchesThis thesis aims at using mechanical stress engineering to improve the reliability of microelectronic components under Temperature-Humidity-Bias testing in order to develop robust packaging technologies for space. The application is done on microware devices based on gallium arsenic (GaAs) with low noise amplifier function (LLA and LNA). We started work by analyzing failure mechanisms of MMIC devices (Monolithic Microwave Integrated Circuit) in severe environment and with the evaluation of thermomechanical induced stresses in stack layers by test temperature. We propose two methods to study the impact of mechanical applied stress on the reliability of microware devices in space qualification: the first method called “indirect” is a bending by buckling way which applies uniaxial stress (250MPa in absolute value) and the second method called “direct” with biaxial stress by treating silicon nitride passivation (SiNx) layer with nitrogen ion implantation (~ -1,2GPa). A system which applies mechanical stress and a printed circuit especially designed for this thesis. Characterization benches with connectors of probes are used to make electrical measurements of transistors and to calibrate the changes of internal stress by piezoresistive effects in semi semiconductors. Numerical simulations have been performed in Abaqus ® to evaluate thermomechanical stresses induced in layers through devices preparation and after plastic encapsulation (Dam&Fill). For each proposed method, aging test was carried out in the most severe conditions (85°C / 85%RH / inverse polarization of the gate). The results of indirect case by buckling on 1850h (A) / 2450h (B) of testing showed a significant improvement of their reliability either in tensile or compressive applied stress. Indeed, for the studied devices the presence of stress delayed considerably damage of more than 80% of aged devices. The failure analysis of failed devices was completed by finite element method simulations in Abaqus ®. We observed and blisters near the gate fingers and capacitors which are linked to the loss of static and dynamic performances. The results in the direct case by surface treatment on 1000h (A and B) of testing also showed the improvement of the reliability for all aged components. The comparison of these results with the indirect case helps to identify the nature and level of optimal applied stress to ensure a better reliability of GaAs devices under THB testing. A study of the physico-chemical behavior of the failures at the surface was also performed in order to make a link between different scales of failure: from the loss of performance until the breaking of chemical bonds through changes of internal stress of the layers
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Iasnii, Volodymyr. "Assessment of the limit state of superheater collectors." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22480.
Анотація:
Cette thèse a été réalisée en cotutelle entre l'Université Technique Nationale Ivan Pul'uj de Ternopil (TNTU, Ukraine) et l’Université Blaise Pascal (Clermont Ferrand, France). Les travaux ont été effectués au sein de l'Institut Pascal de l’Université Blaise Pascal - Clermont II, de l’IFMA et du CNRS, dans le thème scientifique Matériaux actifs et intelligents, modélisation multi-échelle de l'axe Mécanique, Matériaux et Structures, et au sein de l'Institut Français de Mécanique Avancée. Les travaux réalisés sont inscrits dans l'action transversale « Matériaux et Modélisations Multi-Echelles » de l'Institut Pascal et, en partie, dans l'action MAIM du Laboratoire d'Excellence Labex IMobS3. La thèse présentée appartient au domaine scientifique de la mécanique de la rupture et la science des matériaux.Le but de ce travail est l’étude de l'effet du temps de fonctionnement sur les dommages de la structure, les propriétés mécaniques et la ténacité d'acier de collecteur de surchauffe dans les centrales thermiques et de développer les méthodes qui sont basées sur l'évaluation de la résistance résiduelle du collecteur en tenant compte des dispersions des propriétés mécaniques, du chargement opérationnel et des défauts de taille. La thèse étudie l'influence de l'hydrogénation sur le comportement mécanique, la ténacité et les micro-mécanismes de rupture dans le matériau du collecteur de surchauffe à déformation lenteThis thesis has been performed under the cotutelle agreement between Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University (TNTU, Ukraine) and Blaise Pascal University (Clermont Ferrand, France). The thesis has been carried out within Pascal Institute of the Blaise Pascal University - Clermont II, the IFMA and the CNRS, in the Scientific Theme “Active and Smart Materials and Multiscale Modeling” of the Mechanics, Materials and Structures Department, and within the French Institute for Advanced Mechanics. The work is included in the Transversal Action "Materials and Multi-scale Modelling" of the Pascal Institute and in the Action MAIM of the Excellence Laboratory Labex IMobS3. The presented thesis belongs to the scientific field of fracture mechanics and material science. The aim of the thesis is to study the effect of operating time on damage of structure, mechanical properties and fracture toughness of superheater collector steel at thermal power plants (TPPs) and to develop the methods that are based on the assessment of the residual strength of collector taking into account the mechanical properties scatter, operational loading and defect sizes. The thesis studies the influence of hydrogenation on mechanical behavior, fracture toughness and fracture micromechanisms in the material of superheater collector at slow deformation
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Gousseau, William. "Pronostic de dégradation d'endommagements de roulements sur application aéronautique par analyse vibratoire." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI063.
Анотація:
Dans le cadre d’une maintenance préventive de ses moteurs, Safran Aircraft Engines souhaite compléter ses opérations de diagnostic par un pronostic fiable de la durée de vie résiduelle des roulements. Suite à une agression, il y a actuellement une grande incertitude sur la durée de vie restante avant défaillance du roulement à partir du seuil d’observabilité vibratoire de l’endommagement. Les algorithmes actuels diagnostiquent un stade de dégradation approximatif et génèrent des messages d’alarme de différents niveaux, chaque niveau correspondant à un stade de dégradation différent, mêlant confiance et sévérité du diagnostic. Un aspect important du pronostic est la prise en compte des paramètres contextuels influant sur la vitesse de dégradation. Les objectifs de cette thèse sont de disposer de méthodes et d’outils permettant de quantifier un temps de fonctionnement restant avant défaillance de roulement en regard : - de la gravité de l’endommagement détecté, - des conditions environnementales de fonctionnement, - de la profondeur de pronostic souhaitée, Les contraintes industrielles associées à ces objectifs sont les suivantes : 1) Le pronostic devra être basé, a minima, sur des mesures vibratoires hautes fréquences de quelques kHz (accéléromètres ou microphones), des données contextuelles (les régimes de rotation des différents rotors, par exemple, ou encore les amplitudes des niveaux pilotés sur les régimes de rotation, révélateurs d’un chargement des paliers) 2) .Constituer une base de données d’essais issus d’un plan d’expériences : ces essais devront tenir compte des contraintes liées à la maîtrise des paramètres jugés significativement influents 3) Cette base de données devra prendre en compte la représentativité de l’environnement vibratoire d’un moteur d’avion. 4) Proposer un outil ou une méthode de pronostic en tenant compte de la nature du roulement à considérerAs part of preventive maintenance of its engines, Safran Aircraft Engines wishes to complete its diagnostic operations with a reliable prognosis of the residual life of the bearings. Following an attack, there is currently a great deal of uncertainty about the remaining life before bearing failure from the threshold of vibrational observability of the damage. Current algorithms diagnose an approximate stage of degradation and generate alarm messages of different levels, each level corresponding to a different stage of degradation, combining confidence and severity of diagnosis. An important aspect of the prognosis is the taking into account of the contextual parameters influencing the rate of degradation. The objectives of this thesis are to have methods and tools to quantify a running time remaining before bearing failure with regard to: - the severity of the damage detected, - the environmental conditions of operation, - the depth The industrial constraints associated with these objectives are as follows: 1) The prognosis should be based, at least, on high-frequency vibratory measurements of a few kHz (accelerometers), contextual data (the rotational speeds of the different rotors, for example, or the amplitudes of the levels piloted on them), rotation regimes, revealing a loading of the bearings) 2). Constituing a database of tests resulting from a plan of experiments: these tests will have to take into account the constraints related to the control of the parameters considered to be significantly influential 3) This database must take into account the representativity of the vibratory environment of an aircraft engine. 4) Propose a tool or method of prognosis taking into account the nature of the bearing to consider
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Raid, Idir. "Développement de méthodes numériques et de caractérisations expérimentales pour l’étude des contraintes mécaniques et défaillances induites dans les dispositifs microélectroniques avancés." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALI084.
Анотація:
La tendance dans l'industrie microélectronique est à la miniaturisation, des transistors au boîtier de circuit intégré. Ce désir constant de compacité est, certes, motivé par des raisons économiques, mais aussi par les perspectives de gain de performance, de puissance et d'ergonomie. Au début des années 1990, la longueur de grille des transistors chez les grands fabricants de semi-conducteurs était de 0,8 µm. Cette longueur a été réduite à 6 nm avec une densité d'intégration de 125 millions de transistors par millimètre carré. Cependant, une telle transition n'est pas sans conséquences, en ce qui concerne les mécanismes de fissuration, ce qui est particulièrement vrai pour les diélectriques ‘’low-k’’. Cette famille de matériaux, bien que poreuse et fragile, est essentielle pour assurer l'isolation dans les circuits d'un Back-End of Line (BEoL) de plus en plus dense, avec une lithographie de plus en plus fine. En outre, en raison de sa porosité, il a également un comportement hydrophile qui réduit considérablement sa qualité d'isolation et sa résistance aux contraintes mécaniques. Pour toutes ces raisons, le ‘’seal ring’’, une structure d'interconnexion en cuivre qui entoure la puce, a été introduit pour (i) assurer l'intégrité mécanique de son périmètre intérieur, contenant la partie électriquement active de la puce, et (ii) pour protéger cette dernière contre l'humidité et l’intrusion de produits chimiques. D'où l'intérêt de ce travail pour traiter les contraintes thermomécaniques et des phénomènes de fissuration qui s'articulent autour du BEoL. Pour ce faire, différentes pistes évoluant autour d'un même axe de recherche, l'intégrité mécanique dans les systèmes de la microélectronique, sont proposées. (i) Deux manières d'évaluer les champs de contraintes dans le silicium actif et le BEoL passif sont étudiées : mise en œuvre de capteurs basés sur les principes de piézorésistance et d'extensométrie respectivement. (ii) La technique de flexion quatre points est étalonnée, et réadaptée pour tenir compte de la longueur des fissures, pour des fissures qui avancent dans des structures à couches minces homogènes (décohésion) et hétérogènes (décollement). (iii) Une approche par éléments finis, combinée à des modèles de zones cohésives dans des conditions de déformation à petite échelle, est proposée pour analyser l'influence de la disposition et de la plasticité du cuivre dans les interconnexions sur la résistance à l'avancée des fissuresThe trend in the microelectronics industry is towards miniaturisation, from transistors to the integrated circuit package. This constant desire of compactness is certainly motivated by economic reasons, but also by the perspectives to gain in performance, power and ergonomics. In early 90s, 0.8 µm was the transistors gate length at major semiconductor manufacturers. The length has been reduced to 6 nm with a density of integration of 125 million transistors per square millimetre. However, such a transition does not come without consequences, as far as it concerns fracture mechanisms, it is particularly true regarding the low-k dielectrics. This family of materials, although porous and fragile, is essential to ensure the insulation in the circuitry of an increasingly dense Back-End of Line (BEoL), with increasingly fine lithography. Besides, due to its porosity, it also has a hydrophilic behaviour which greatly reduces both its insulation quality and stress strength. For all these reasons, the seal ring, the copper interconnection structure that encircles the chip, was implemented to (i) ensure the mechanical integrity of its interior, containing the electrically active part of the die, and (ii) to protect it from moisture and other chemicals intrusions. Hence the interest of this work to address the thermomechanical stresses and cracking phenomena which are articulated around the BEoL. To do so, various paths revolving around the same line of research, mechanical integrity in microelectronics systems, are proposed. (i) Two ways of evaluating stress fields in active silicon and passive BEoL are investigated: by implementing sensor structures based on the principles of piezoresistance and extensometry respectively. (ii) The Four-Point Bending technique is benchmarked, and readapted to account for the crack length, for cracks advancing is homogeneous (decohesion) and heterogeneous (debonding) thin films structures. (iii) A Finite Elements approach, combined with Cohesive Zone Models under Small-Scale Yielding conditions, is proposed to analyse the influence of the arrangement and plasticity of copper in the interconnections in the resistance to crack advance
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Razaaly, Nassim. "Rare Event Estimation and Robust Optimization Methods with Application to ORC Turbine Cascade." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX027.
Анотація:
Cette thèse vise à formuler des méthodes innovantes de quantification d'incertitude (UQ) à la fois pour l'optimisation robuste (RO) et l'optimisation robuste et fiable (RBDO). L’application visée est l’optimisation des turbines supersoniques pour les Cycles Organiques de Rankine (ORC).Les sources d'énergie typiques des systèmes d'alimentation ORC sont caractérisées par une source de chaleur et des conditions thermodynamiques entrée/sortie de turbine variables. L'utilisation de composés organiques, généralement de masse moléculaire élevée, conduit à des configurations de turbines sujettes à des écoulements supersoniques et des chocs, dont l'intensité augmente dans les conditions off-design; ces caractéristiques dépendent également de la forme locale de la pâle, qui peut être influencée par la variabilité géométrique induite par les procédures de fabrication. Il existe un consensus sur la nécessité d’inclure ces incertitudes dans la conception, nécessitant ainsi des méthodes UQ et un outil permettant l'optimisation de form adapté.Ce travail est décomposé en deux parties principales. La première partie aborde le problème de l’estimation des événements rares en proposant deux méthodes originales pour l'estimation de probabilité de défaillance (metaAL-OIS et eAK-MCS) et un pour le calcul quantile (QeAK-MCS). Les trois méthodes reposent sur des stratégies d’adaptation basées sur des métamodèles (Kriging), visant à affiner directement la région dite Limit-State-Surface (LSS), contrairement aux methodes de type Subset Simulation (SS). En effet, ces dernières considèrent différents seuils intermédiaires associés à des LSSs devant être raffinés. Cette propriété de raffinement direct est cruciale, car elle permet la compatibilité de couplage à des méthodes RBDO existantes.En particulier, les algorithmes proposés ne sont pas soumis à des hypothèses restrictives sur le LSS (contrairement aux méthodes de type FORM/SORM), tel que le nombre de modes de défaillance, cependant doivent être formulés dans l’espace standard. Les méthodes eAK-MCS et QeAK-MCS sont dérivées de la méthode AK-MCS, et d'un échantillonnage adaptatif et parallèle basé sur des algorithmes de type K-Means pondéré. MetaAL-OIS présente une stratégie de raffinement séquentiel plus élaborée basée sur des échantillons MCMC tirés à partir d'une densité d'échantillonage d'importance (ISD) quasi optimale. Par ailleurs, il propose la construction d’une ISD de type mélange de gaussiennes, permettant l’estimation précise de petites probabilités de défaillance lorsqu’un grand nombre d'échantillons (plusieurs millions) est disponible, comme alternative au SS. Les trois méthodes sont très performantes pour des exemples analytiques 2D à 8D classiques, tirés de la littérature sur la fiabilité des structures, certaines présentant plusieurs modes de défaillance, et tous caractérisés par une très faible probabilité de défaillance/niveau de quantile. Des estimations précises sont obtenues pour les cas considérés en un nombre raisonnable d'appels à la fonction de performanceThis thesis aims to formulate innovative Uncertainty Quantification (UQ) methods in both Robust Optimization (RO) and Reliability-Based Design Optimization (RBDO) problems. The targeted application is the optimization of supersonic turbines used in Organic Rankine Cycle (ORC) power systems.Typical energy sources for ORC power systems feature variable heat load and turbine inlet/outlet thermodynamic conditions. The use of organic compounds with a heavy molecular weight typically leads to supersonic turbine configurations featuring supersonic flows and shocks, which grow in relevance in the aforementioned off-design conditions; these features also depend strongly on the local blade shape, which can be influenced by the geometric tolerances of the blade manufacturing. A consensus exists about the necessity to include these uncertainties in the design process, so requiring fast UQ methods and a comprehensive tool for performing shape optimization efficiently.This work is decomposed in two main parts. The first one addresses the problem of rare events estimation, proposing two original methods for failure probability (metaAL-OIS and eAK-MCS) and one for quantile computation (QeAK-MCS). The three methods rely on surrogate-based (Kriging) adaptive strategies, aiming at refining the so-called Limit-State Surface (LSS) directly, unlike Subset Simulation (SS) derived methods. Indeed, the latter consider intermediate threshold associated with intermediate LSSs to be refined. This direct refinement property is of crucial importance since it enables the adaptability of the developed methods for RBDO algorithms. Note that the proposed algorithms are not subject to restrictive assumptions on the LSS (unlike the well-known FORM/SORM), such as the number of failure modes, however need to be formulated in the Standard Space. The eAK-MCS and QeAK-MCS methods are derived from the AK-MCS method and inherit a parallel adaptive sampling based on weighed K-Means. MetaAL-OIS features a more elaborate sequential refinement strategy based on MCMC samples drawn from a quasi-optimal ISD. It additionally proposes the construction of a Gaussian mixture ISD, permitting the accurate estimation of small failure probabilities when a large number of evaluations (several millions) is tractable, as an alternative to SS. The three methods are shown to perform very well for 2D to 8D analytical examples popular in structural reliability literature, some featuring several failure modes, all subject to very small failure probability/quantile level. Accurate estimations are performed in the cases considered using a reasonable number of calls to the performance function.The second part of this work tackles original Robust Optimization (RO) methods applied to the Shape Design of a supersonic ORC Turbine cascade. A comprehensive Uncertainty Quantification (UQ) analysis accounting for operational, fluid parameters and geometric (aleatoric) uncertainties is illustrated, permitting to provide a general overview over the impact of multiple effects and constitutes a preliminary study necessary for RO. Then, several mono-objective RO formulations under a probabilistic constraint are considered in this work, including the minimization of the mean or a high quantile of the Objective Function. A critical assessment of the (Robust) Optimal designs is finally investigated
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Finck, Laurent. "Modélisation numérique des problèmes de fiabilité en mécanique de la fatigue, de la rupture et du contact." Besançon, 2001. http://www.theses.fr/2001BESA2005.
Анотація:
L'objectif de ce travail est l'étude du couplage des algorithmes fiabilistes avec la méthode des éléments finis en mécanique de la fatigue, de la rupture et du contac. La thèse comporte cinq chapitres : La première partie est consacrée aux méthodes fiabilistes appliquées en mécanique. Les méthodes numériques de Monte-Carlo et Form (First Order Reliability Method) sont présentées dans un cadre général. Les algorithmes sont programmés et testés sur deux exemples analytiques. La deuxième partie concerne l'implntation des calculs de sensibilités et des méthodes Form/Sorm dans un code de calcul par éléments finis en élasticité linéaire. L'exemple d'une stucture modélisée par éléments finis permet de tester plusieurs types de variables aléatoires. La notion de zone de défaillance est évaluée à partir de calculs élasto-plastiques. La troisième partie traite des problèmes de fatigue. Form est intégrée dans le code de calcul, avec une fonction d'état limite dépendante du nombre de cycles de sollicitations appliquées. Form est aussi comparée à la notion de facteurs de sécurité. Des exemples numériuqes illustrent la fonctionnalité de Form pour l'analyse en fatigue. La quatrième partie établit la problématique du couplage entre Form et les calculs en mécanique de la rupture. Form et les calculs de sensibilités du premier ordre sont intégrés dans le code de calcul utilisant les éléments hybrides métis de déplacement pour le calcul des facteurs d'intensité de contraintes. La cinquième partie définit certaines restrictions sur l'application de Form dans les problèmes non linéaires de contact avec frottement modélisés par la méthode de flexibilité avec Matériau Standard Implicite. Les problèmes de convergence sont discutés sur un exemple testThe objective of this work is to study the coupling of reliability algorithms with the finite element method applied to the fatigue, fracture and contact mechanical problems. The thesis is divided into five chapters : The first chapter covers the reliability methods in mechanical engineering. The Monte Carlo method and Form (Firts Order Reliability Method) are introduced. The algorithms are programmed and tested on two analytical examples. The second part focuses on the implementation of the first order sensitivities and Form/-Sorm into a finite element analysis code for linear elasticity problems. The example of finite element analysis allows testing several types of random variables. The notion of failure zone is evaluated through elastic-plastic analysis. The third chapter describes the fatigue models. Form is inserted in the same FEM code considering a limit state function depending on the number of cycles to failure. Form is also compared to the notion of safety factors. Numerical examples are presented to show the functionality of Form in fatigue analysis. The fourth chapetr establishes the coupling method between Form and the fracture analysis. Form and the first order sensitivities analysis are performed inside the code using the hybrid mongrel elements of displacement for the computation of stress intensity factors. The last part points out some restrictions when applying Form to the modelling of frictional contact problems. The flexibility method via Implicit Standard Material is chosen for the coupling with Form. The convergence issues are discussed on a test example
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Arous, Ahmed. "Stratégies de localisation du (des) composant(s) défaillant(s) pour un système multi-composant." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/28861/28861.pdf.
Анотація:
Dans ce mémoire nous traitons le problème de localisation du (des) composant(s) responsable(s) de la défaillance. Chaque composant est assujetti à des défaillances aléatoires. La détection de l’état d’un composant ou d’un sous-système est effectuée à l’aide de tests. L’objectif de cette recherche est d’exploiter les techniques et connaissances disponibles pour générer la séquence de tests qui permet de localiser rapidement le(s) composant(s) responsable(s) de la défaillance du système. On considère un système opérant suivant une structure série pour lequel on connaît le coût de tests et la probabilité conditionnelle qu’un composant (i) soit responsable de la défaillance. On analyse les différentes stratégies de diagnostic. Des exemples, empruntés à la littérature, sont utilisés pour illustrer chaque procédure traitée. Des extensions sont proposées pour traiter le cas où le diagramme de fonctionnement du système n’est pas nécessairement "série". Les algorithmes traités font appel à l’analyse probabiliste des systèmes, à la théorie de l’information, à l’approche heuristique et à la programmation dynamique.In this paper, we address the problem of the localization of the component(s) responsible(s) for the failure. Each component is subjected to random failures. Some tests help the detection of the state of a component or a subsystem. The objective of this research is to exploit the available knowledge and techniques to generate the tests sequence that locate quickly the (s) component (s) responsible (s) of system failure. We consider a system which operates according to a structure series and of which we know the test costs and the conditional probability that a component (i) is out of service. We analyze the different diagnostic strategies. Some examples, taken from the literature, are used to illustrate each procedure covered. Many extensions are proposed to handle the case where the diagram of the system is not necessarily "series". The algorithms treated are based of probabilistic analysis of systems, the information theory, the heuristic approach and the dynamic programming.
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Maskali, Fatiha. "Imagerie radio-isotopique quantitative du remodelage cardiaque ischémique chez le rat : mécanisme et impact de la thérapie cellulaire." Nancy 1, 2006. http://www.theses.fr/2006NAN11306.
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Gouyou, Doriane. "Introduction de pièces déformables dans l’analyse de tolérances géométriques de mécanismes hyperstatiques." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0343/document.
Анотація:
Les mécanismes hyperstatiques sont souvent utilisés dans l’industrie pour garantir une bonne tenue mécanique du système et une bonne robustesse aux écarts de fabrication des surfaces. Même si ces assemblages sont très courants, les méthodologies d’analyse de tolérances de ces mécanismes sont difficiles à mettre en oeuvre.En fonction de ses écarts de fabrication, un assemblage hyperstatique peut soit présenter des interférences de montage, soit être assemblé avec jeu. Dans ces travaux de thèse, nous avons appliqué la méthode des polytopes afin de détecter les interférences de montage. Pour un assemblage donné, le polytope résultant du mécanisme est calculé. Si ce polytope est non vide, l’assemblage ne présente pas d’interférence. Si ce polytope est vide, l’assemblage présente des interférences de montage. En fonction du résultat obtenu, deux méthodes d’analyse distinctes sont proposées.Si l’assemblage est réalisable sans interférence le polytope résultant du mécanisme permet de conclure sur sa conformité au regard de l’exigence fonctionnelle. Si l’assemblage présente des interférences de montage, une analyse prenant en compte la raideur des pièces est réalisée. Cette approche est basée sur une réduction de modèle avec des super-éléments. Elle permet de déterminer rapidement l’état d’équilibre du système après assemblage. Un effort de montage est ensuite estimé à partir de ces résultats pour conclure sur la faisabilité de l’assemblage. Si l’assemblage est déclaré réalisable, la propagation des déformations dans les pièces est caractérisée pour vérifier la conformité du système au regard de l’exigence fonctionnelle.La rapidité de mise en oeuvre de ces calculs nous permet de réaliser des analyses de tolérances statistiques par tirage de Monte Carlo pour estimer les probabilités de montage et de respect d’une Condition FonctionnelleOver-constrained mechanisms are often used in industries to ensure a good mechanical strength and a good robustness to manufacturing deviations of parts. The tolerance analysis of such assemblies is difficult to implement.Indeed, depending on the geometrical deviations of parts, over-constrained mechanisms can have assembly interferences. In this work, we used the polytope method to check whether the assembly has interferences or not. For each assembly, the resulting polytope of the mechanism is computed. If it is non empty, the assembly can be performed without interference. If not, there is interferences in the assembly. According to the result, two different methods can be implemented.For an assembly without interference, the resulting polytope enables to check directly its compliance. For an assembly with interferences, a study taking into account the stiffness of the parts is undertaken. This approach uses a model reduction with super elements. It enables to compute quickly the assembly with deformation. Then, an assembly load is computed to conclude on its feasibility. Finally, the spreading of deformation through the parts is calculated to check the compliance of the mechanism.The short computational time enables to perform stochastic tolerance analyses in order to provide the rates of compliant assemblies
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Hähnel, Anthony. "Approche mécano-probabiliste système en conception pour la fiabilité." Clermont-Ferrand 2, 2007. http://www.theses.fr/2007CLF21727.
Анотація:
Une démarche globale pour l'estimation et l'élaboration de la fiabilité de systèmes mécaniques aux différentes étapes de leur processus de conception est proposée. Elle repose sur une approche multidisciplinaire exploitant une représentation système, physique et probabiliste des scénarios de défaillance. Combinant leurs interprétations système sans physique et physique sans système, elle assure la construction de modèles de fiabilité à la fois physiques et systèmes. Plusieurs stratégies d'évaluation sont alors déployées. Utilisant les outils du couplage mécano-fiabiliste (e. G. Chaos polynomial, FORM/SORM), elles fournissent des mesures de fiabilité traditionnelles et permettent également la définition de chaînes de mesures d'importance originales. Celles-ci détaillent le poids et l'influence de chaque scénario et de chacun de leurs paramètres sur la réalisation des défaillances. L'optimisation de la conception est alors en partie assurée par l'analyse de fiabilité elle-même
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Kadry, Seifedine. "Couplage éléments finis et méthode de transformation probaliste." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00717847.
Анотація:
La modélisation des systèmes mécaniques consiste en l'idéalisation mathématique des phénomènes physiques qui les commandent, en reliant les variables d'entrée (paramètres géométriques, conditions de chargement...) aux variables de sortie (déplacements, contraintes...). Les méthodes probalistes, permettent de prendre en compte le caractère aléatoire et la variabilité spatiale et temporelle, dans l'évaluation de la réponse mécanique. L'application de ces méthodes en vue du dimensionnement nécessite de disposer d'un outil efficace permettant d'évaluer la fiabilité des structures concernées. Lorsque le comportement mécanique d'une structure est décrit par un modèle explicite, son étude fiabiliste est aisée grâce à un nombre important de méthodes qui ont montré leur efficacité. Par contre, lorsque la modélisation mécanique est numérique (méthode des éléments finis par exemple), une méthode permettant le couplage des modélisations mécanique et probabiliste doit être utilisée. Dans ce contexte, l'objet de cette thèse consiste à proposer une méthode probabiliste de la réponse d'un système mécanique avec des paramètres aléatoires. La technique proposée dans ce travail est basée sur le couplage des modèles éléments finis et de la méthode de transformation probabiliste, en vue de l'évaluation, sous forme analytique ou semi-analytique, de la fonction de densité de la réponse. Cette méthode est appliquée à différents types de problèmes en vue de démontrer ses avantages et ses limites
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Roucou, Romuald. "Analyse expérimentale et numérique des défaillances mécaniques locales induites dans les interconnexions par les tests paramétriques et les assemblages : optimisation des procédés et des architectures des plots de connexion." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00669635.
Анотація:
La diminution des dimensions critiques dans l'industrie du semi-conducteur requiert l'utilisation de nouveaux matériaux fragiles qui dégradent la résistance mécanique des puces. On s'intéresse plus particulièrement aux étapes précédant la mise en boîtier, à savoir les tests paramétriques qui permettent de vérifier la fonctionnalité électrique de la puce, et les assemblages tels la connexion filaire qui ont pour but d'établir les connexions avec le boîtier. Durant ces opérations, des défaillances mécaniques sont observées dans les interconnexions situées sous le pad. Des techniques expérimentales (par ex : FIB/MEB) sont mises en œuvre une fois les tests ou les assemblages avec des fils d'or et de cuivre réalisés afin de mieux comprendre les raisons d'apparition de ces défaillances ainsi que leur localisation. Des plans d'expériences sont mis en place pour évaluer l'influence des divers paramètres de tests et d'assemblage et également celle des architectures de pad. En parallèle, une nouvelle méthode d'analyse basée sur la nanoindentation est utilisée pour comparer la robustesse mécanique de divers plots de connexion. D'autre part, plusieurs modèles éléments finis complexes, prenant en compte la gestion du contact entre la pointe de test et le pad ainsi que les effets inertiels associés, sont développés dans le but de reproduire les conditions de chargement sur les pads. Finalement, un ensemble d'outils adaptés à l'étude et l'optimisation des architectures de pad, dans une optique industrielle, est présenté de même que des règles de dessin permettant d'accompagner le développement technologique.
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Lanternier, Brice. "Retour d'expérience et fiabilité prévisionnelle : mise en oeuvre de modèles et détermination des facteurs influant la fiabilité pour le calcul de taux de défaillance des matériels mécaniques utilisés en tant que dispositifs de sécurité." Saint-Etienne, 2007. http://www.theses.fr/2007STET4011.
Анотація:
Les exigences d'évaluation en sécurité fonctionnelle nécessitent une quantification du niveau de sûreté d'un matériel par une analyse qualitative et quantitative. Certains industriels n'ayant pas de retour d'expérience (REX) spécifique à leurs activités, ont des difficultés pour fournir des résultats fiables et pertinents. Les concepteurs des bases de données de fiabilité des composants électroniques ont défini des modèles permettant de calculer les taux de défaillance en fonction des paramètres d'utilisation. Il n'existe rien dans le domaine des matériels mécaniques. Cette recherche a donc pour objectif de développer une méthodologie permettant d'améliorer les prédictions de fiabilité des matériels mécaniques et électromécaniques. Ces travaux mettent ainsi en oeuvre des modèles qui permettent d'affiner la prédiction de fiabilité en prenant en compte la spécificité des matériels mécaniques et les facteurs influant la fiabilité. Nous proposons une méthode d'analyse pour différents REX en fonction de la qualité et de la quantité d'informations. Cette étude s'appuie uniquement sur du REX de matériels en exploitation afin de prendre en compte les facteurs d'influence dans la fiabilité, objet de la thèse. Ainsi, afin de traiter de manière optimale le REX issu des bases de données génériques actuelles, nous proposons l'utilisation conjointe de techniques bayésiennes et de pondération des différentes données d'entrées en fonction de facteurs prédéfinis. Le second modèle proposé, entièrement paramétrique, s'appuie sur un modèle à hasard proportionnel qui permet d'obtenir une fonction environnementale traduisant l'impact des facteurs sur la fiabilité. Enfin, une modélisation par des réseaux de neurones pour les REX conséquents en quantité et en qualité est proposéeFunctional safety assessment requires a safety level quantification of equipments by a qualitative and quantitative analysis. Some industrials whose have no specific feedback for their activities experience difficulties to provide reliable and relevant results. Designers of reliability databases for electronic components have defined models for calculating failure rates depending on the parameters of use. There is nothing in the field of mechanical equipment. This research aims to develop a methodology to improve the predictions reliability of mechanical and electromechanical equipment. Thus, this work implements models that allow accurate prediction reliability taking into account mechanical equipment specificity and influential factors reliability. We propose an analysis method for different feedback based on the quality and quantity of information. This study is only based on operating feedback equipment to take into account influencing factors reliability, the subject of this thesis. Thus, in order to deal with efficiently operating feedback resulting from generic databases, the use of bayesian techniques and weighting of various input data according to pre-defined factors is proposed. The second approach, fully parametric, is based on proportional hazard model to get an environmental function reflecting the impact of factors on reliability. Finally, a neural networks mode is available for numerous operating feedback in quantity and quality
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Bereriche, Youcef. "Contribution de l'approche contrainte / résistance à l'évaluation de la fiabilité des structures." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/26617/26617.pdf.
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Guekie, Simo Aubin Thibaut. "Effets de la variation spatiale et temporelle des propriétés des terrains sur les défaillances des réseaux enterrés." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14679/document.
Анотація:
Les interactions entre la nappe phréatique peu profonde et les réseaux d’assainissement sont en général très complexes. Dans le but d’étudier l’impact des variations du niveau de la nappe phréatique sur les dégradations des conduites, un modèle hydrogéologique numérique tridimensionnel (3D) de la nappe phréatique ayant un aquifère multicouche au sein d’une zone de 83 km2 de l’agglomération bordelaise (Mérignac, Pessac, Talence) a été développé, calibré et validé. Pour ce faire, un modèle conceptuel de cet aquifère multicouche a dans un premier temps été défini sur la base des descriptions lithostratigraphiques des forages. Puis un travail géostatistique a été entrepris pour construire les limites des formations géologiques et les cartes piézométriques issues de campagnes de mesures de hauteurs d’eau de la nappe phréatique. Nous avons par la suite développé une méthodologie originale de transformation de l’information lithologique au droit des sondages en perméabilités, puis en champs de perméabilités en utilisant des méthodes géostatistiques. Dans un second temps, les conditions hydrogéologiques ont été simulées en utilisant le logiciel Visual Modflow ©. Les paramètres hydrogéologiques ont été calibrés manuellement et automatiquement sur la base des niveaux d’eau mesurés lors des campagnes de juillet 2010, octobre 2010 et mars 2011. La validation du modèle qui s’est effectuée en simulant les cotes piézométriques au pas mi-décadaire allant de juin 1993 à mai 2012 montre que les chroniques piézométriques observées sur les 35 piézomètres du domaine étudié sont correctement restituées et la dynamique de la nappe phréatique est reproduite. Dans un dernier temps, les distributions spatiales et temporelles des cotes piézométriques simulées ont permis d’identifier les zones d’ennoiement des réseaux d’assainissements en comparant les cotes piézométriques aux cotes des réseaux. Ces zones d’ennoiement ont été comparées aux principaux secteurs de casses de canalisations. Les secteurs de casses de canalisations sont localisés dans les zones à faible probabilité d’ennoiement des conduites. L’environnement naturel hydrogéologique pris comme paramètre isolé ne constitue donc pas un facteur explicatif au phénomène de casses des canalisationsThe interactions between shallow groundwater and sewer network are generally complex. The aim of this research is to study the impact of the water table level variation on the damages of the buried pipes. For this purpose, a three-dimensional (3D) numerical groundwater flow model of the shallow multi-aquifer of the Bordeaux urban area, within a 83 km2 area (Mérignac, Pessac, Talence), is developed, calibrated and validated. In order to do this, in a first step, a conceptual model was built based on stratigraphic descriptions of the boreholes. A geostastistical study was carried out to build the limits of the geological layers and the piezometrical maps from the measurement campaigns of water table levels. Then, an original methodology to transform the description of lithological units to local hydraulic conductivity values is proposed and the reconstruction of hydraulic conductivity fields at the urban scale was performed based on geostatistical methods. In a second step, hydrogeological conditions were simulated using the finite-difference groundwater flow model MODFLOW-2005 (Visual Modflow ©). The hydrogeological parameters were then calibrated manually and automatically based on water table elevation data measured in July 2010, October 2010 and March 2010. The model validation covered 6890 days, from June 1993 to may 2012. The results showed that the simulated heads are quite accurate and reproduce the main dynamics of the system at 35 piezometers. The spatial and temporal distribution of the heads of the piezometers simulated permitted to identify the flooding zones of the sewer network by comparing the piezometric head with the altitude of the networks. The sectors where the pipes are damaged were localized in the zone wherein there is low probability of flooding. Additionally, the natural hydrologic environment, taken as a sole factor, cannot explain the pipe breakage phenomena
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Koné, Gilles Amadou. "Caractérisation des effets thermiques et des mécanismes de défaillance spécifiques aux transistors bipolaires submicroniques sur substrat InP dédiés aux transmissions optiques Ethernet à 112 Gb/s." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14471/document.
Анотація:
Ces travaux de thèses présentent un protocole expérimental d’évaluation de la fiabilité des transistors bipolaire à double hétéro-jonction submicroniques sur substrat InP. Les mécanismes de défaillances observés ont été mis en évidence grâce à ce protocole qui présente trois étapes : activation, détection et localisation des mécanismes de défaillance. Les tests de vieillissement accéléré ont été réalisés sur les TBH de structure hexagonale avec une base en InGaAs ou en GaAsSb ainsi que les structures TLM. Grâce à l’analyse électrique via la modélisation compacte, nous établissons les premières hypothèses sur l’origine physique des mécanismes de dégradation. Pour les transistors avec une base InGaAs, par exemple, les mécanismes de défaillance mis en évidence sont localisés:- A la périphérie d’émetteur entrainant ainsi une augmentation du courant de base pour VBE<0,6 V pour les tests sous contrainte thermique ainsi que sous contraintes thermique et électrique.- A la jonction base-émetteur, provoquant l’augmentation du courant de base et de collecteur respectivement pour VBE>0,6 V et 0.20,8 V. Cette diminution du courant est plus visible sur le courant de collecteur.Ces hypothèses ont été validées avec l’analyse physique 2D avec le logiciel TCAD Sentaurus. Des signatures électriques similaires ont été observées dans la bibliographie par de plusieurs auteursThis work presents the implementation of an experimental procedure to evaluate the failure mechanisms of submicron Heterojunction Bipolar Transistor on InP substrate. This procedure presents 3 steps: activation, detection and localization of the failure mechanisms. The accelerated aging tests have been used to active the failure mechanisms on hexagonal shape HBTs with InGaAs or GaAsSb base together with TLM. Due to the electrical analysis through the compact modelling, we established the first hypothesis about the origin of the failure mechanisms. For example, on InGaAs HBT, the failure mechanisms observed are located:- At the emitter sidewall. This mechanism leads to the increase of the base current for VBE<0.6 V- At the base-emitter junction leading to the increase of base and collector current for VBE>0,6 V and 0.20.8 V.These hypotheses were validated by 2D physical simulation using TCAD Sentaurus. The same electrical signatures of the failure mechanisms are observed in literature
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Belhenini, Soufyane. "Etude de structures de composants micro-électroniques innovants (3D) : caractérisation, modélisation et fiabilité des démonstrateurs 3D sous sollicitations mécaniques et thermomécaniques." Thesis, Tours, 2013. http://www.theses.fr/2013TOUR4029/document.
Анотація:
Cette étude constitue une contribution dans un grand projet européen dénommé : 3DICE (3D Integration of Chips using Embedding technologies). La fiabilité mécanique et thermomécanique des composants 3D a été étudiée par des essais normalisés et des simulations numériques. L’essai de chute et le cyclage thermique ont été sélectionnés pour la présente étude. Des analyses de défaillance sont menées pour compléter les approches expérimentales. Les propriétés mécaniques des éléments constituant les composants ont fait l’objet d’une compagne de caractérisation complétée par des recherches bibliographiques. Les simulations numériques, dynamiques transitoires pour l’essai de chute et thermomécanique pour l’essai de cyclage thermique, ont été réalisées pour une estimation numérique de la tenue mécanique des composants. Les modèles numériques sont utilisés pour optimiser le design des composants et prédire les durées de vie en utilisant un modèle de fatigueThis work establishes a contribution in an important European project mentioned 3DICE (3D Integration of Chips using Embedding technologies). The mechanical and thermomechanical reliability of 3D microelectronic components are studied by employing standardized tests and numerical modeling. The board level drop test and thermal cycling reliability tests are selected for this study. Failures analysis has been used to complete the experimental study. The mechanical properties of elements constituting the microelectronic components were characterized using DMA, tensile test and nanoindentation. Bibliographical researches have been done in order to complete the materials properties data. Numerical simulations using submodeling technique were carried out using a transient dynamic model to simulate the drop test and a thermomechanical model for the thermal cycling test. Numerical results were employing in the design optimization of 3D components and the life prediction using a fatigue model
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Diatta, Marianne Amemagne. "Fiabilité des diodes de protection ESD soumises à des décharges électrostatiques répétitives." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/4126/.
Анотація:
La sensibilité des composants vis-à-vis des décharges électrostatiques (ESD) reste d'actualité avec la réduction des dimensions technologiques. En effet, les développements industriels et la sévérité de l'environnement subi par les applications électroniques qui sont devenues de plus en plus portatives mènent aujourd'hui au durcissement des conditions de fiabilité requises par les clients. Des spécifications initialement limitées aux systèmes électroniques se voient désormais étendues aux circuits intégrés pour atteindre les composants discrets. Afin de garantir d'excellents niveaux de fiabilité ESD notamment en répétitif, la méthodologie qui a été mise en œuvre consiste à comprendre des mécanismes de dégradation en ESD répétitives à travers les moyens de caractérisation physique, électrique et de simulation électrothermique. En effet, une nouvelle spécification client exige non seulement une immunité ESD de 15 kV pour une norme de type IEC 61000-4-2 mais aussi réclame une garantie de la non dégradation de ses fonctionnalités suite à la répétition de 1000 décharges de 15 kV sur le circuit intégré. Ainsi, la diode bidirectionnelle très souvent localisée en entrée et en sortie des circuits intégrés et permettant ainsi d'assurer leur protection vis-à-vis des décharges électrostatiques (ESD) pouvant surgir durant la durée de vie du système constitue le composant à la base de notre étude. Les investigations physiques de la défaillance ont permis de redessiner le scénario de dégradation en définissant la nature du défaut et sa génération, d'origine structurale pour ainsi décrire son évolution jusqu'à la défaillance. Associer la simulation électrothermique aux résultats expérimentaux permet de confirmer des phénomènes physiques tels que les phénomènes d'électro-thermo-migration surgissant durant une ESD. A l'issue de ces analyses, l'optimisation de la fiabilité de la diode en endurance est confirmée grâce à la suppression du défaut initial par l'amélioration du processus de fabricationThe sensitiveness of components towards electrostatic discharges (ESD) remains a key point in the frame of shrinked technologies. Indeed, industrial developments associated to a harsh environment for more and more smart electronic applications lead to aggressive reliability requirements by customer. Hence, specifications initially dedicated to electronic systems extends to integrated circuits then discrete components. In fact, customers require, in addition to the 15kV robustness for IEC 61000-4-2 norm, to withstand ESD reliability level by specifying immunity of the integrated circuit after applying 1000 discharges of 15kV level. To guarantee this ESD reliability level, especially in a repetitive mode, the methodology developed in this study consists in the understanding of failure mechanisms through physical and electrical characterizations associated to electro-thermal simulations. In integrated circuits, bidirectional diodes often localized at the input and output ensure a protection towards ESD that could occurs during system lifetime. In this context, the study particularly focuses on this discrete protection diode. Physical investigations on repetitive ESD failures describe the failure mechanism from structural defect creation to destruction. Moreover, gathering electro-thermal simulations to experimental results confirms appearance of electro-thermo-migration physical phenomenon during repetitive ESD. As a conclusion, removing the structural defects through a metal barrier considerably improves the ESD endurance and fully satisfy customer requirements while preserving intrinsic performances
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Hadžalić, Emina. "Analysis of pore pressure influence on failure mechanisms in structural systems." Thesis, Compiègne, 2019. http://www.theses.fr/2019COMP2502.
Анотація:
Cette thèse porte sur la sécurité globale des structures en matériaux hétérogènes saturés soumis à des charges extrêmes, et est appliquée à des problèmes d’interaction fluide-structure, tels que l’interaction barrage-réservoir. Un modèle numérique d’interaction est proposé pour prédire les principales tendances et le comportement général d’un barrage en matériau saturé en interaction avec le réservoir dans des analyses de défaillance d’intérêt pratique. Le modèle numérique proposé est d’abord présenté dans un cadre bidimensionnel (2D), puis étendu à un cadre tridimensionnel (3D). La structure est considérée comme un milieu poreux saturé constitué d’un matériau cohésif. On suppose que le fluide externe en interaction avec la structure agit comme une source de saturation des pores. La réponse de la structure en matériau saturé est décrite avec un modèle lattice discrete couplé de type poutre, basé sur la discrétisation du domaine avec la tessellation de Voronoï, où les liens cohésifs sont représentés par des poutres de Timoshenko non linéaires avec un champ de déplacements enrichi en termes de discontinuités fortes. Le couplage entre la phase solide et le fluide dans les pores est traité avec la théorie de Biot et la loi de Darcy décrivant l’écoulement d’un fluide à travers d’un milieu poreux. La prise en compte numérique du couplage interne ajoute un degré de liberté supplémentaire du type pression à chaque nœud de l’élément fini de Timoshenko, qui est ensuite utilisé pour résoudre les problèmes d’interface entre la structure et le fluide. On considère que le fluide externe dans le réservoir est limité à des petits mouvements, ce qui nous permet de le modéliser avec la théorie des ondes acoustiques. Pour cela, la formulation lagrangienne avec l’approximation mixte déplacement-pression est choisie. Le traitement de l’interface fluide-structure dans le modèle numérique d’interaction est résolu d’une manière simple et efficace. Notamment, les éléments finis de la structure et du fluide externe partagent les mêmes degrés de liberté dans les nœuds communs, permettant ainsi la résolution du système d’équations avec une approche de calcul monolithique. Toutes les implémentations et les simulations numériques sont effectués avec la version recherche du code informatique FEAP (Finite Element Analysis Program). Les modèles numériques proposés pour la structure, le fluide externe et le modèle d’interaction sont validés dans le régime élastique linéaire en comparant les résultats calculés avec les valeurs de référence obtenues soit avec des solutions analytiques, soit avec des modèles continus. Les simulations numériques dans le régime non linéaire ont comme but de démontrer les capacités du modèle proposé de capturer la réponse complète à l’échelle macro et les mécanismes de rupture des structures en matériaux saturés. Enfin, la capacité du modèle d’interaction proposé de traiter la défaillance localisée progressive d’un barrage construit en matériau cohésif poreux sous l’interaction barrage-réservoir a été testé pour un programme de chargement spécifique. Pour prendre en compte les effets de la température, le couplage thermique est introduit dans le modèle numérique de la structureThis thesis studies the issue of the overall safety of structures built of heterogeneous and pore-saturated materials under extreme loads in application to fluid-structure interaction problems, such as the dam-reservoir interaction. We propose a numerical model of interaction capable of predicting main tendencies and overall behavior of pore-saturated dam structure interacting with the reservoir in failure analyses of practical interest. The proposed numerical model is first presented in two-dimensional (2D) framework and later extended to three-dimensional (3D) framework. We consider the structure built of porous cohesive material. We assume that the external fluid in interaction with the structure acts as a source of pore saturation. We model the response of the pore-saturated structure with the coupled discrete beam lattice model based on Voronoi cell representation of domain with inelastic Timoshenko beam finite elements enhanced with additional kinematics in terms of embedded strong discontinuities acting as cohesive links. The coupling between the solid phase and the pore fluid is handled with Biot’s porous media theory, and Darcy’s law governing the pore fluid flow. The numerical consideration of internal coupling results with an additional pressure-type degree of freedom placed at each node of the Timoshenko beam finite element, which is later used at the fluidstructure interface. The confined conditions met for external fluid placed in the reservoir enable the modeling of external fluid motion with the acoustic wave theory. For the numerical representation of the external fluid limited to small (irrotational) motion, we choose a Lagrangian formulation and the mixed displacement/pressure based finite element approximation. The end result are the displacement and pressure degrees of freedom per node of external fluid finite elements, which allows for the issue of the fluid-structure interface to be solved in an efficient and straightforward manner by directly connecting the structure and external fluid finite elements at common nodes. As a result, all computations can be performed in a fully monolithic manner. All numerical implementations and computations are performed with the research version of the computer code FEAP (Finite Element Analysis Program). The proposed numerical models of structure, external fluid and ultimately numerical model of interaction are validated in the linear elastic regime of structure response by comparing computed results against reference values obtained either with analytical solutions or continuum models. The numerical simulations in the nonlinear regime of structure response are performed with the aim to demonstrate the proposed coupled discrete beam lattice model capabilities to capture complete macro-scale response and failure mechanisms in pore-saturated structures. Finally, the proposed numerical model of interaction ability to deal with the progressive localized failure of a dam structure built of porous cohesive material under damreservoir interaction for a particular loading program was tested. To account for the temperature effects, the thermal coupling is introduced in the numerical model of the structure
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Belmansour, Ahmed-Tidjani. "Évaluation de l'efficacité de lignes de production avec machines multi-états et stocks intermédiaires." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28247/28247.pdf.
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Croston, Tania. "Etude expérimentale du comportement d'une poutre en béton armé en flexion trois points réparée par matériaux composites (approche probabiliste)." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002602.
Анотація:
Le béton armé (BA) a été largement étudié, surtout à travers son comportement mécanique et ses capacités physico-chimique. Par contre la notion de réparation des ouvrages de génie civil par des solutions composites est plus rarement traitée. Cette recherche porte essentiellement sur : l'analyse de l'influence du degré de fissuration sur la résistance ultime des éprouvettes réparées et l'application des concepts de fiabilité afin d'estimer la probabilité de défaillance. Dans ce but, des poutres en BA ont été pré fissurées par des essais en flexion 3 points jusqu'à 2 niveaux différents d'endommagement puis réparées. L'insertion d'une tige en composite (soit fibre de carbone, soit fibre de verre) et le collage d'une plaque en carbone sur la face tendue de la poutre courte, ont été utilisés comme méthodes de réparation. Lors des essais en flexion de poutres réparées, leur comportement a été évalué à l'aide d'un microscope à longue distance et par la technique d'émission acoustique. A partir des résultats obtenus, nous avons constaté que les deux méthodes de réparation sont très efficaces. En effet, les éprouvettes réparées ont considérablement augmenté leurs résistances ultimes. Une approche probabiliste utilisant les méthodes Monte Carlo et FORM pour déterminer la probabilité de défaillance de l'éprouvette testée en flexion trois points a été utilisée. Ces résultats nous ont permis d'élaborer des abaques qui mettent en relation la force résistante de l'éprouvette, le coefficient de variation et la probabilité de défaillance.
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Melle, Samuel. "Analyse et modélisation des phénomènes de chargement de diélectriques dans les MEMS RF : application à la fiabilité prédictive de micro-commutateurs électromécaniques micro-ondes." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011359.
Анотація:
Ces dernières années ont vu l'émergence de nouveaux composants micro-ondes, les micro-commutateurs MEMS RF, possédant des performances très attrayantes pour de nombreux domaines d'application : spatial, automobile, téléphonie mobile& Cependant, une problématique majeure retarde actuellement leur industrialisation : leur fiabilité. Ce manuscrit de thèse a pour but principal de mettre en place les procédures d'investigation de la fiabilité des MEMS RF comprenant le développement des outils matériels et méthodologiques permettant d'analyser et de modéliser les phénomènes régissant la fiabilité de ces composants. Le premier chapitre effectue un état de l'art critique des bancs de tests et des résultats publiés par les laboratoires internationaux travaillant sur la fiabilité des MEMS RF. Le second chapitre détaille le banc de fiabilité développé dans le cadre de nos travaux. Nous présentons les différentes parties le constituant ainsi que les mesures des propriétés des MEMS RF qu'elles permettent d'effectuer en vue d'analyser leur fiabilité. Le troisième chapitre se focalise sur la méthodologie mise en place en vue d'étudier la fiabilité des micro-commutateurs capacitifs. Cette méthodologie est basée sur la détection et l'analyse des modes de défaillance d'une part et sur la modélisation du mécanisme de défaillance d'autre part. Nous proposons ainsi un modèle du chargement du diélectrique, principale cause de défaillance de ce type de composants, et introduisons un facteur de mérite de la fiabilité des MEMS RF permettant une évaluation comparative de leur durée de vie. Dans un quatrième chapitre, nous présentons les trois axes de recherche sur lesquels des études préliminaires ont été effectuées en vue d'améliorer la fiabilité des MEMS RF capacitifs : l'optimisation technologique, l'optimisation de la commande et l'optimisation de la topologie des micro-commutateurs
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Ouaida, Rémy. "Vieillissement et mécanismes de dégradation sur des composants de puissance en carbure de silicium (SIC) pour des applications haute température." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10228/document.
Анотація:
Dans les années 2000, les composants de puissance en carbure de silicium (SiC) font leur apparition sur le marché industriel offrant d'excellentes performances. Elles se traduisent par de meilleurs rendements et des fréquences de découpage plus élevées, entrainant une réduction significative du volume et de la masse des convertisseurs de puissance. Le SiC présente de plus un potentiel important de fonctionnement en haute température (>200°C) et permet donc d'envisager de placer l'électronique dans des environnements très contraints jusqu'alors inaccessibles. Pourtant les parts de marche du SiC restent limitées dans l'industrie vis à vis du manque de retour d'expérience concernant la fiabilité de ces technologies relativement nouvelles. Cette question reste aujourd'hui sans réponse et c'est avec cet objectif qu'a été menée cette étude axée sur le vieillissement et l'analyse des mécanismes de dégradation sur des composants de puissance SiC pour des applications haute température. Les tests de vieillissement ont été réalisés sur des transistors MOSFET SiC car ces composants attirent les industriels grâce à leur simplicité de commande et leur sécurité "normalement bloqué" (Normally-OFF). Néanmoins, la fiabilité de l'oxyde de grille est le paramètre limitant de cette structure. C'est pourquoi l'étude de la dérive de la tension de seuil a été mesurée avec une explication du phénomène d'instabilité du VTH. Les résultats ont montré qu'avec l'amélioration des procédés de fabrication, l'oxyde du MOSFET est robuste même pour des températures élevées (jusqu'à 300°C) atteintes grâce à un packaging approprié. Les durées de vie moyennes ont été extraites grâce à un banc de vieillissement accéléré développé pour cette étude. Des analyses macroscopiques ont été réalisées afin d'observer l'évolution des paramètres électriques en fonction du temps. Des études microscopiques sont conduites dans l'objectif d'associer l'évolution des caractéristiques électriques par rapport aux dégradations physiques internes à la puce. Pour notre véhicule de test, la défaillance se traduit par un emballement du courant de grille en régime statique et par l'apparition de fissures dans le poly-Silicium de la grille. Pour finir, une étude de comparaison avec des nouveaux transistors MOSFET a été réalisée. Ainsi l'analogie entre ces composants s'est portée sur des performances statiques, dynamiques, dérivé de la tension de seuil et sur la durée de vie moyenne dans le test de vieillissement. Le fil rouge de ces travaux de recherche est une analyse des mécanismes de dégradation avec une méthodologie rigoureuse permettant la réalisation d'une étude de fiabilité. Ces travaux peuvent servir de base pour toutes analyses d'anticipation de défaillances avec une estimation de la durée de vie extrapolée aux températures de l'application viséeSince 2000, Silicon Carbide (SiC) power devices have been available on the market offering tremendous performances. This leads to really high efficiency power systems, and allows achieving significative improvements in terms of volume and weight, i.e. a better integration. Moreover, SiC devices could be used at high temperature (>200°C). However, the SiCmarket share is limited by the lack of reliability studies. This problem has yet to be solved and this is the objective of this study : aging and failure mechanisms on power devices for high temperature applications. Aging tests have been realized on SiC MOSFETs. Due to its simple drive requirement and the advantage of safe normally-Off operation, SiCMOSFET is becoming a very promising device. However, the gate oxide remains one of the major weakness of this device. Thus, in this study, the threshold voltage shift has been measured and its instability has been explained. Results demonstrate good lifetime and stable operation regarding the threshold voltage below a 300°C temperature reached using a suitable packaging. Understanding SiC MOSFET reliability issues under realistic switching conditions remains a challenge that requires investigations. A specific aging test has been developed to monitor the electrical parameters of the device. This allows to estimate the health state and predict the remaining lifetime.Moreover, the defects in the failed device have been observed by using FIB and SEM imagery. The gate leakage current appears to reflect the state of health of the component with a runaway just before the failure. This hypothesis has been validated with micrographs showing cracks in the gate. Eventually, a comparative study has been realized with the new generations of SiCMOSFET
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Xu, Longfei. "Mechanical behaviour of compacted earth with respect to relative humidity and clay content : experimental study and constitutive modelling." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSET005/document.
Анотація:
La terre compactée est considérée comme un mélange granulaire dans lequel l'argile joue un rôle de liant mais cette dernière exhibe une forte interaction avec l'eau. Pendant la durée de vie en service, la terre compactée est soumise aux changements de l’humidité relative. En raison de ces changements des conditions ambiantes perpétuels, la teneur en eau dans la terre varie, impactant leur performance mécanique. Le présent travail a ainsi pour but d’étudier l’impact de l’humidité relative et de la teneur d'argile sur le comportement mécanique de la terre compactée. Il se réalisera au travers d’études expérimentales et d'une modélisation constitutive. Dans la première partie de cette thèse, quatre terres régionales de provenances et de teneurs d'argile différentes sont identifiées. Une étude comparative a été réalisée entre le double compactage statique et le compactage dynamique. En parallèle, trois types d'essais spécifiques : essais de succion par la méthode de papier-filtre, essais de retrait et essais d'absorption d'eau, ont été menés pour donner des indications préliminaires quant aux effets d'interaction entre l'eau et l'argile. Dans la deuxième partie, l’impact de l’humidité relative et de la teneur d'argile sur le comportement de cisaillement a été étudié, prenant en compte des cycles de chargement-déchargement. En adoptant une définition particulière de la contrainte effective de Bishop, il a également été observé que les états de rupture dans le plan (p'-q) pour tous les échantillons sont alignés approximativement à une ligne droite unique passant par l'origine, quelque soit la succion et la pression de confinement. Sur la base des résultats expérimentaux, un nouveau modèle constitutif a été développé pour la simulation du comportement mécanique de la terre compactée. Ce nouveau modèle a ainsi été formulé dans la cadre de la mécanique de l'endommagement des milieux continus et de la théorie de Bounding Surface PlasticityCompacted earth is regarded as a granular mixture in which clay plays a role of binder but it also exhibits an important interaction with water. During their service life, compacted earth can be subject to large changes in relative humidity. Those perpetual changes of environmental conditions induce continuous changes of water content of the earth that impact significantly its mechanical performances. The present work aimes at studying the mechanical behavior of compacted earth with respect to relative humidity and clay content. It involves an extensive experimental study and a constitutive modelling. In the first part of this thesis, four kinds of local earth are identified with different clay contents. A comparison of compaction method was then conducted between a double static compaction and dynamic compaction. Three types of specific tests: suction test by filter paper method, shrinkage test and sorption-desorption test were carried out, thereby providing a preliminary insight on the interaction effects between clay and water. In the second part, the impact of clay and moisture contents on the shear behavior of compacted earth was investigated taking into account loading-unloading cycles. Adopting a particular definition of Bishop's effective stress, failure states of all samples were observed to lie approximately on a unique failure line crossing the origin in the (p'-q) plane regardless of matric suction and confining pressure. Finally, based on the above experimental results, a new constitutive model was proposed, based on the theories of Bounding Surface Plasticity and continuum damage mechanics, aiming to simulate mechanical behaviour of compacted earth
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Chocat, Rudy. "Évaluation de la fiabilité en tolérance aux dommages pour les composants de moteurs spatiaux." Electronic Thesis or Diss., Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2435.
Анотація:
Afin d’assurer leur mission, la conception des moteurs spatiaux doit prévenir tous les modes de défaillance en suivant des règles de justification particulières. La tolérance aux dommages consiste à certifier la tenue des composants pendant la durée de la mission en présence d’une potentielle anomalie non détectée, qui est par hypothèse conservative, assimilée à une fissure. Pour éviter l’addition de conservatismes, la présence d’incertitudes, due notamment à l’utilisation de modèles numériques, peut être appréhendée par les approches probabilistes. L’objectif de ce travail est de proposer une méthodologie pour évaluer la fiabilité, définie par la probabilité de défaillance, en tolérance aux dommages des composants de moteurs spatiaux. Le nombre de vols restreint, les faibles probabilités visées ainsi que les modèles, possiblement coûteux, qui fournissent une information mixte respectivement quantitative, ou qualitative, dans le cas de composants sûrs, ou défaillants, limitent l’utilisation des méthodes existantes. Dans un premier temps, ce travail présente une méthode originale de sensibilités fiabilistes pour identifier les variables les plus influentes en dépit de l’indisponibilité du gradient dans la zone de défaillance. Dans un second temps, une méthodologie d’évaluation de la fiabilité qui couple méta-modèles de régression et de classification est proposée pour évaluer les faibles probabilités en limitant le nombre de simulations du modèle de tolérance aux dommagesTo succeed their mission, the design of space engines must prevent the whole failure modes following dedicated design rules. The damage tolerance has to ensure the mechanical strength of the component considering the potential presence of a undetected defect which is, in a conservatve way, defined as a crack. To avoid the addition of unknown margins, uncertainties, implied by the use of numerical model, can be treated in the probabilitic framework. The goal of this work is to propose a methodology to assess the reliability (probability of failure), of damage tolernace for space engine components. The small rate of flights, the low targeted probability of failure and the use of models, possibly time consuming, which provide a mixed information respectively quantitative, or qualitaive, for a safe, or failed, component limit the use exting approaches. This work firstly present an orignal method to identify significant variables with a unavailable gradient in the failure region. Then, a reliability assessment methodology is proposed coupling regression and classification to compute low probabilities reducing the number of damage tolerance simulations. Finally, this contribution is applied to academical and damage tolerance test cases to lead to a complex space engine case
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Legha, Daniel. "Predictive maintenance and remote diagnosis for electro-mechanical drives of Very High Speed Trains." Electronic Thesis or Diss., La Rochelle, 2023. http://www.theses.fr/2023LAROS015.
Анотація:
L'objectif principal de cette recherche est de mettre en œuvre des méthodes de diagnostic prédictif et à distance pour les systèmes d'accessibilité du train, qui sont entraînés par des moteurs à courant continu. Ces systèmes sont les suivants : Les portes intérieures, le gap filler, la porte d'accès des passagers et l'ascenseur. La recherche aborde de multiples équations de maintenance prédictive et de télédiagnostic, telles que : Test de la tension de la courroie, pour tous les types de portes intérieures. Le bon état de la butée d'ouverture de la porte, pour tous les types de portes intérieures. Signature du bon fonctionnement des portes intérieures, à l'aide des signaux enregistrés dans le Big Data, tels que le courant et la tension du moteur, la position de la porte, la vitesse, les capteurs de position, la durée des cycles et d'autres informations contextuelles enregistrées sur le sous-système. Signature du bon fonctionnement du Gap Filler, qui a les mêmes objectifs que la signature du bon fonctionnement des portes intérieures. En ce qui concerne l'aspect théorique, la recherche vise à identifier un ensemble de modes de défaillance sélectionnés sur la base des signaux suivants : Courant du moteur, tension du moteur, position du moteur, vitesse du moteur, capteurs de position et données contextuelles telles que la température, l'inclinaison... La recherche vise à étudier les signaux en régime transitoire et non transitoire, avec et sans capteurs de position dans certains cas, avec une ingénierie des caractéristiques basée sur le domaine temporel, le domaine fréquentiel et le temps-fréquence. En outre, la recherche aborde les techniques d'apprentissage automatique pour la classification des données et des défaillances. L'objectif principal est de travailler sur des techniques basées sur le signal, et si possible, des recherches supplémentaires seront effectuées en utilisant des techniques basées sur le modèleThe main objective of this research is to implement predictive and remote diagnosis solutions for the train’s accessibility systems, which are driven by direct current motors. And these systems are the Internal Doors, the Gap Filler, the Passengers’ Access Door, and the Lift. The research tackles multiple predictive maintenance and remote diagnosis equations, such as: Test of the belt tension, for all the types of Internal Doors. The good condition of the door open stopper, for all types of Internal Doors. Signature of proper operation of Internal Doors, using the Big Data recorded signals such as the motor current, motor voltage, door position, speed, position sensors, cycles’ timings, and other contextual information recorded on the subsystem. Signature of proper operation of Gap Filler, which has the same objectives as the signature of proper operation of Internal Doors...Regarding the academic side, the research aims to identify a set of selected failure modes based on the following signals: Motor current, Motor Voltage, Motor position, Motor speed, Position sensors, and contextual data such as the temperature, the cant/tilt... The research aims to study the signals intransient and non-transient regimes, with and without position sensors in some cases, with features engineering based on the time domain, the frequency domain, and time-frequency. Furthermore, the research tackles Machine Learning techniques for data/failure classification. The main objective is to work on signal-based techniques, and if possible, additional investigation will be done using model-based techniques
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Rotimbo, Mbourou Donald Romarick. "Contribution à la surveillance et au diagnostic de défauts dans les systèmes de transmission par courroie." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSES052.
Анотація:
Dans cette thèse, nous nous proposons d’investiguer les signaux expérimentaux provenant des transmissions par courroie, afin d’envisager par exemple le diagnostic de la tension. N’étant pas issu du domaine de la Mécanique, nous présentons donc une bibliographie exhaustive et thématique sur la théorie et l’expérimentation dans les systèmes transmissions par courroie. Le résumé de ce travail a permis de choisir une approche de modélisation mécanique correspondant au mieux aux conditions réelles de fonctionnement de notre système. Elle inclut les variations temporelles dans la vitesse de rotation du moteur qui entraîne la transmission entière et des changements dans la tension de la courroie. Malheureusement, nous n’avons pas réussi à implémenter numériquement les équations de simulation. Néanmoins, les conclusions que nous en tirons nous aident par la suite à mieux comprendre et interpréter les résultats expérimentaux obtenus, après application de l’ensemble des procédures de Traitement du signal. Notre panoplie d’outils de traitements numériques est tirée d’une longue analyse comparative des différents algorithmes de Traitement du Signal existants, dédiés à la surveillance, au diagnostic et au pronostic des défaillances observées sur les roulements et les engrenages. Nous les avons réadaptés pour convenir à l'étude des paramètres variables (tension, charge et/ou vitesse) qui peuvent apparaître dans les transmissions par courroie. Le principal intérêt de notre travail est le développement d’une procédure automatisée et efficace, permettant un suivi fiable des défaillances, dans les domaines d’analyses : modale, traditionnelle (temporelle, fréquentielle, spectrale), synchrone, temps-fréquence et surtout « cyclostationnaire » . Dans ce dernier domaine, avec des méthodes d’extraction de sources à partir d’un signal préalablement rééchantillonné, nous étudions spécifiquement les composantes périodique et aléatoire. Chaque type de défaut (variations au niveau de la tension, la charge et/ou la vitesse) a une signature que nous cherchons à distinguer avec des indicateurs de condition(temporels, fréquentiels et spectraux). Nous essayons de comparer les résultats expérimentaux à la théorie sur les transmissions par courroie. Grâce aux méthodes et algorithmes développés dans ce travail de thèse, nous apportons une contribution permettant de traiter un certain nombre de problèmes inhérents aux transmissions par courroies, à partir de leurs signaux expérimentaux acquis sur des accéléromètres, des jauges de contraintes et des codeurs optiquesIn this PHD, we investigate experimental signals recorded from belt drives with a diagnosis aim of belt tension. Our research works present an exhaustive and thematic bibliography on theory and experimentation in belt drive to complete our insufficient knowledges in mechanical domain. We choosed a theoritical approach nearest real conditions of our belt drives bench. We included time fluctuaction in drive shaft speed and blet changes. Unfortunately, we could not resolve motion equations because existence of numerical limits. All conclusions will be used to understand and interprate experimental results after our signal processing numerical procedures. Our tools panel of numerical process comes from a comparative analysis extracted in several scientific documents and differents algorithms. They dedicate to surveillance, diagnosis and pronostic oriented toward bear and gear defaults. A adaptation in our belt case is necessary with variables parameters (tension, load and/or speed) affecting our case. In our automatic approach, we study several faults in analysis domains : modal, traditionnal (time, frequency, spectrum), synchronous, time-frequency and « cyclostationary » . In this last domain, we extract both comopnent (discret and random), after an previous resmapling operation applying to raw collected signal. Each falut type has a specific signature to discriminate with pertinent condition indications (time, frequency and spectrum domains). All results are discussed at the end of this PHD document. Our developped methods and algorithms are a contribution to process belt drives problems, from exprerimental signals recording with acceleromertes, constraint gauges and optical coders
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Rodriguez, obando Diego Jair. "From Deterioration Modeling to Remaining Useful Life Control : a comprehensive framework for post-prognosis decision-making applied to friction drive systems." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAT086/document.
Анотація:
La durée de vie utile résiduelle (RUL) peut être simplement définie comme une prédiction du temps restant pendant lequel un système est capable d'exécuter sa fonction prévue ; elle est mesurée à partir de l'instant présent jusqu'à la défaillance finale. Cette durée prévue dépend principalement de l'état de détérioration des composants du système et de leurs conditions de fonctionnement futures prévues. Ainsi, la prédiction de la RUL est un processus incertain et son contrôle n'est pas une tâche triviale. En général, le but de la prévision de la RUL est d'influencer la prise de décision pour le système. Dans cette thèse, on a présenté un cadre compréhensible pour le contrôle de la RUL. Les incertitudes du modèle ainsi que les perturbations du système ont été prises en compte dans le cadre proposé. Des questions telles que le traitement de l'incertitude et l'inclusion d'objectifs RUL dans la stratégie de contrôle sont étudiées, depuis la modélisation jusqu'à une architecture de contrôle globale finale. On a montré que l'on peut prédire la RUL à partir d'une estimation appropriée de la détérioration et d'hypothèses sur les conditions de fonctionnement futures. Les systèmes d'entraînement par friction sont utilisés pour illustrer l'utilité de l'architecture globale susmentionnée. Pour ce type de système, le frottement est à la fois source du mouvement et source de la détérioration. Ce double caractéristique de frottement est une motivation pour contrôler automatiquement la détérioration du système en maintenant un compromis entre les exigences de mouvement et les valeurs RUL souhaitées. Dans cette thèse, un nouveau modèle orienté contrôle pour les systèmes d'entraînement par friction, qui inclut un modèle dynamique de la détérioration, est proposé. Le degré de détérioration est considéré en fonction de l'énergie dissipée, à la surface de contact, pendant la transmission mécanique de puissance. Une approche est proposée pour estimer l'état actuel de la détérioration d'un système d'entraînement par friction. L'approche est basée sur un Filtre de Kalman Etendu (EKF en anglais) qui utilise un modèle augmenté incluant le système mécanique dynamique et la dynamique de détérioration. L'EKF fournit également des intervalles qui incluent sûrement la valeur de détérioration réelle avec une valeur de probabilité. Une nouvelle architecture de commande de la RUL est proposée, elle comprend : un système de surveillance de l'état de détérioration (par exemple l'EKF proposé), un estimateur de l'état de fonctionnement du système, un système de commande de la RUL et un principe actionneur de la RUL. L'estimateur des conditions de fonctionnement est basé sur l'hypothèse qu'il est possible de quantifier certaines caractéristiques des exigences de mouvement, par exemple le rapport cyclique des couples moteur. Le contrôleur RUL utilise une fonction de coût qui pondère les exigences de mouvement et les valeurs RUL souhaitées pour modifier un filtre à paramètres variables, utilisé ici comme principe actionneur RUL. Le principe actionneur RUL est basé sur une modification des couples exigés, provenant d'un éventuel système de contrôle de mouvement. Les résultats préliminaires montrent qu'il est possible de contrôler la RUL, selon le cadre théorique proposéRemaining Useful Lifetime (RUL) can be simply defined as a prediction of the remaining time that a system is able to perform its intended function, from the current time to the final failure. This predicted time mostly depends on the state of deterioration of the system components and their expected future operating conditions. Thus, the RUL prediction is an uncertain process and its control is not trivial task.In general, the purpose for predicting the RUL is to influence decision-making for the system. In this dissertation a comprehensive framework for controlling the RUL is presented. Model uncertainties as well as system disturbances have been considered into the proposed framework. Issues as uncertainty treatment and inclusion of RUL objectives in the control strategy are studied from the modeling until a final global control architecture. It is shown that the RUL can be predicted from a suitable estimation of the deterioration, and from hypothesis on the future operation conditions. Friction drive systems are used for illustrating the usefulness of the aforementioned global architecture. For this kind of system, the friction is the source of motion and at the same time the source of deterioration. This double characteristic of friction is a motivation for controlling automatically the deterioration of the system by keeping a trade-off, between motion requirements and desired RUL values. In this thesis, a new control-oriented model for friction drive systems, which includes a dynamical model of the deterioration is proposed. The amount of deterioration has been considered as a function of the dissipated energy, at the contact surface, during the mechanical power transmission. An approach to estimate the current deterioration condition of a friction drive system is proposed. The approach is based on an Extended Kalman Filter (EKF) which uses an augmented model including the mechanical dynamical system and the deterioration dynamics. At every time instant, the EKF also provides intervals which surely includes the actual deterioration value which a given probability. A new architecture for controlling the RUL is proposed, which includes: a deterioration condition monitoring system (for instance the proposed EKF), a system operation condition estimator, a RUL controller system, and a RUL actuation principle. The operation condition estimator is based on the assumption that it is possible quantify certain characteristics of the motion requirements, for instance the duty cycle of motor torques. The RUL controller uses a cost function that weights the motion requirements and the desired RUL values to modify a varying-parameter filter, used here as the RUL-actuating-principle. The RUL-actuating-principle is based on a modification of the demanded torques, coming from a possible motion controller system. Preliminary results show that it is possible to control de RUL according to the proposed theoretical framework
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Rotimbo, Mbourou Donald Romarick. "Apports des techniques d’analyse vibratoire à la compréhension et au diagnostic des phénomènes variables dans les systèmes de transmissions par courroies : exploitation des signaux de jauges de contraintes et de la vitesse angulaire instantanée." Thesis, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSES052/document.
Анотація:
Dans cette thèse, nous nous proposons d’investiguer les signaux expérimentaux provenant des transmissions par courroie, afin d’envisager par exemple le diagnostic de la tension. N’étant pas issu du domaine de la Mécanique, nous présentons donc une bibliographie exhaustive et thématique sur la théorie et l’expérimentation dans les systèmes transmissions par courroie. Le résumé de ce travail a permis de choisir une approche de modélisation mécanique correspondant au mieux aux conditions réelles de fonctionnement de notre système. Elle inclut les variations temporelles dans la vitesse de rotation du moteur qui entraîne la transmission entière et des changements dans la tension de la courroie. Malheureusement, nous n’avons pas réussi à implémenter numériquement les équations de simulation. Néanmoins, les conclusions que nous en tirons nous aident par la suite à mieux comprendre et interpréter les résultats expérimentaux obtenus, après application de l’ensemble des procédures de Traitement du signal. Notre panoplie d’outils de traitements numériques est tirée d’une longue analyse comparative des différents algorithmes de Traitement du Signal existants, dédiés à la surveillance, au diagnostic et au pronostic des défaillances observées sur les roulements et les engrenages. Nous les avons réadaptés pour convenir à l'étude des paramètres variables (tension, charge et/ou vitesse) qui peuvent apparaître dans les transmissions par courroie. Le principal intérêt de notre travail est le développement d’une procédure automatisée et efficace, permettant un suivi fiable des défaillances, dans les domaines d’analyses : modale, traditionnelle (temporelle, fréquentielle, spectrale), synchrone, temps-fréquence et surtout « cyclostationnaire » . Dans ce dernier domaine, avec des méthodes d’extraction de sources à partir d’un signal préalablement rééchantillonné, nous étudions spécifiquement les composantes périodique et aléatoire. Chaque type de défaut (variations au niveau de la tension, la charge et/ou la vitesse) a une signature que nous cherchons à distinguer avec des indicateurs de condition(temporels, fréquentiels et spectraux). Nous essayons de comparer les résultats expérimentaux à la théorie sur les transmissions par courroie. Grâce aux méthodes et algorithmes développés dans ce travail de thèse, nous apportons une contribution permettant de traiter un certain nombre de problèmes inhérents aux transmissions par courroies, à partir de leurs signaux expérimentaux acquis sur des accéléromètres, des jauges de contraintes et des codeurs optiquesIn this PHD, we investigate experimental signals recorded from belt drives with a diagnosis aim of belt tension. Our research works present an exhaustive and thematic bibliography on theory and experimentation in belt drive to complete our insufficient knowledges in mechanical domain. We choosed a theoritical approach nearest real conditions of our belt drives bench. We included time fluctuaction in drive shaft speed and blet changes. Unfortunately, we could not resolve motion equations because existence of numerical limits. All conclusions will be used to understand and interprate experimental results after our signal processing numerical procedures. Our tools panel of numerical process comes from a comparative analysis extracted in several scientific documents and differents algorithms. They dedicate to surveillance, diagnosis and pronostic oriented toward bear and gear defaults. A adaptation in our belt case is necessary with variables parameters (tension, load and/or speed) affecting our case. In our automatic approach, we study several faults in analysis domains : modal, traditionnal (time, frequency, spectrum), synchronous, time-frequency and « cyclostationary » . In this last domain, we extract both comopnent (discret and random), after an previous resmapling operation applying to raw collected signal. Each falut type has a specific signature to discriminate with pertinent condition indications (time, frequency and spectrum domains). All results are discussed at the end of this PHD document. Our developped methods and algorithms are a contribution to process belt drives problems, from exprerimental signals recording with acceleromertes, constraint gauges and optical coders