Добірка наукової літератури з теми "Module mécatronique"

L’objectif de la thèse est d’étudier l’influence du résinage au niveau d’un module IML (technologie développée par Valéo), dans son assemblage (« packaging ») dans un module mécatronique par rapport à sa la fiabilité sous la contrainte d’un cyclage en température. Ce travail est constitué de deux parties complémentaires : la première, a permis de réaliser une étude macroscopique liée au volume par une simulation des effets thermiques dans le module en utilisant le logiciel COMSOL basé sur la méthode des éléments finis alors que la deuxième s’est porté sur une étude expérimentale aux interfaces au niveau microscopique par la technique d’ellipsométrie. La simulation de l’effet du résinage sur le transport de chaleur dans le module a permis de montrer que la présence du polymère dans le « packaging » a pour effet de limiter le gradient de température latéralement ce qui permet de réduire la déformation de la puce sur son support et le matériau de connexion. L’étude expérimentale a été menée en deux étapes : la caractérisation par les techniques ATG, ATR/FTIR et diffusion Brillouin, d’une part, du polymère seul et d’autre part, lorsqu’il est au contact des différents substrats (Si, CuNi, Al) caractéristiques des éléments qui constituent les interfaces du module. La tenue en température a pu être établie et hiérarchisée par la technique ATG. La présence de CO2 dans les polymères a pu être mise en évidence par spectroscopie ATR et par ellipsométrie dans l’IR proche et moyen. Il a été constaté particulièrement qu’une contrainte thermique douce en milieu humide a pour effet d’augmenter la teneur en CO2 dans les polymères avec comme conséquence une augmentation du volume du polymère, ce qui peut avoir un impact sur sa perméabilité et aussi sur ses propriétés élastiques comme en l’occurrence observée en diffusion Brillouin. Une interaction polymère substrat a été mise en évidence par ellipsométrie sur le silicium et interprétée en termes de liaisons par les siloxanes. Les substrats de Cu-Ni et Al ne modifient pas les polymères mais en atmosphère humide, suite à un cyclage thermique, on note une modification des propriétés optiques des polymères qui sont au contact des deux substrats par la variation des constantes optiques, plus importante pour Al que pour Cu-Ni
The purpose of this thesis is to study the effect of resins at the IML module (technology brought up by Valeo car supplier company), in the packaging of a mechatronic module with respect to its reliability under thermal cycling stress. This work consists of two complementary parts: the first part allows one to perform a macroscopic study in terms of volume through simulation of thermal effects in the module by using COMSOL software based on Finite Elements Method while the second part is devoted to the experimental study at interfaces at the microscopic level by ellipsometry technique. The simulation performed to determine the effect of the resin on the transport of heat in the module allows one to show that the presence of the polymer in the packaging tend to limit lateral temperature gradient which quench the mechanical stress of the chip on its support and the interconnexion material. The experimental study was performed in two steps: the characterization by ATG, ATR/FTIR and Brillouin scattering techniques, on the one hand, of the polymer alone and on the other hand, when it is in contact of different substrates (Si, CuNi, Al) characteristic of principal interfaces encountered in the module. Resistance to temperature rise has been quantified and a classification established by ATG technique. The presence of CO2 in the polymers has been evidenced by ATR and ellipsometry in the NIR and MIR. Particularly, it has been observed that a soft thermal stress coupled to a humid environment tend to increase the CO2 content in the polymers with the result that an increase in the volume of the polymer is expected, which may impact on its permeability as well as on its elastic properties as observed by the way by Brillouin scattering. A substrate-polymer interaction has been evidenced by ellipsometry on silicium and an interpreted in terms of siloxane bonding. Cu-Ni and Al substrates dont modify the polymers but in a humid atmosphere, on may note that temperature cycling results in modification of the optical properties of the polymers which are in contact with both substrates from the variation of their optical constants which is more important for Al than for Cu-Ni

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au développement de modules mécatroniques de puissance adaptés aux nouveaux besoins et normes de l’industrie de l’automobile dans le contexte de l’impact des enjeux climatiques et de la mondialisation sur la démarche industrielle. Nous avons axé notre recherche sur de nouveaux matériaux, sous forme de nano grains d’argent et de procédés d’élaboration par frittage sous pression, dans une démarche d’innovation radicale par opposition à l’innovation incrémentale. Trois techniques de frittage de poudres d’argent ont été explorées comme procédé d’assemblage de deux substrats métalliques : le frittage de la poudre par SPS, par HIP et par presse chauffante (HP). Les propriétés structurales du matériau fritté en fonction des paramètres de frittage (température, pression et durée) ont été étudiées par MEB, EBSD, DRX et par densitométrie. Les résultats sur les propriétés microstructurale et morphologique du matériau fritté telles que la densité, la taille et l’orientation cristallographique des grains nous ont conduit au choix du SPS comme meilleure technique d’assemblage. La conductivité thermique et électrique du matériau élaboré, déterminées par des méthodes classiques (Van Der Pauw et Flash Laser) ou développées à l’UVSQ (Ellipsométrie), nous ont permis de caractériser les échantillons frittés. Les valeurs de ces propriétés de transport, ont été utilisées pour comparer le comportement de l’argent fritté à celui du Pb92,5Sn5Ag2,5 utilisé comme matériau d’interconnexion, dans une étude préliminaire de modélisation et de simulation par la méthode des éléments finis avec le logiciel COMSOL. Les résultats obtenus montrent que l'argent fritté maintient une température inférieure au niveau de la puce et on s'attend à mieux minimiser l'impact des effets thermiques et ainsi améliorer la fiabilité des modules mécatroniques de puissance
In this work, we were interested in the development of mechatronic power module adapted to new needs and standards of the automotive industry in the context of the impact of climate issues and globalization on the industrial approach. We have focused our research on new materials in the form of nano silver grains and processes developed by sintering under pressure in a process of radical innovation as opposed to incremental innovation. Three techniques of sintering powders of silver have been explored as a method to connect two metal substrates: the sintering of the powder by SPS by HIP and hot press (HP). The structural properties of the sintered material as a function of the sintering parameters (temperature, pressure and duration) were studied by SEM, EBSD, XRD and by densitometry. The results on the microstructural and morphological properties of the sintered material such as density, size and crystallographic orientation of the grains have led to the choice of the SPS as the best joining technique. The thermal and electrical conductivity of the sintered material, determined by conventional methods (Van Der Pauw and Laser Flash) or developed at UVSQ (ellipsometry), allowed us to characterize the sintered samples. The values of these transport properties were used to compare the behavior of the sintered silver to that of Pb92, 5Sn5Ag2,5 used as interconnect material in a preliminary study by modeling and simulation using the finite element method of COMSOL software. The results obtained showed that sintered silver maintains a lower temperature at the chip and is expected to better minimize the impact of those thermal effects and thus improve reliability of power mechatronics modules

Le travail présenté ici constitue une ébauche des études nécessaires au développement d'un microrobot autonome inédit constitué de cinq modules locomoteurs identiques, destiné à l'inspection de tubes industriels de diamètre inférieur à 15 mm. Nos efforts ont porté sur l'étude, la fabrication et la mise au point du module locomoteur. Cet actionneur original est constitué d'un cadre forcé en post-flambement, à deux états d'équilibre stable, dont le basculement d'un état à l'autre est obtenu par des fils en Alliage à Mémoire de Forme. Une étude théorique et un modèle statique aux éléments finis en post-flambement ont facilité les choix dimensionnels. La caractérisation d'un prototype d'échelle supérieure a permis d'y adapter des fils AMF éduqués, commandés par effet Joule. Le contrôle de leur transformation par mesure de leur résistance électrique est évoqué. L'étude expérimentale du comportement au contact permet d'évaluer la charge embarquée par le futur microrobot dans un tube vertical
The work presented here constitutes an outline of the studies necessary to develop a new autonomous microrobot constituted by five identical locomotion modules, to inspect industrial tubes of diameter lower than 15 mm. Our efforts focused on the study, the manufacture and the development of the locomotion module. This original-designed actuator is constituted by a postbuckled frame, presenting two states of stable equilibrium, and whose rock up from one state to the other is controlled by Shape Memory Alloy wires. A theoretical study and a static finite elements postbuckling model helped us to make sizing choices. Mechanical characterization tests carried out on a higher scale prototype have permitted to adjust educated SMA wires, controlled by Joule effect. Checking of SMA transformation by the measurement of their electric resistance is being evoked. An experimental study of the contact behavior allows us to evaluate the embarked load by the future microrobot inside a vertical tube

L'ingénierie des systèmes mécatroniques nécessite la conception simultanée et pluri-disciplinaire des différents sous-systèmes mécanique, électronique et informatique. Dans ce contexte, ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre d'un projet plus général portant sur la ``Conception Intégrée en Mécatronique Sûre de Fonctionnement''. Il s'agissait de développer des méthodes devant permettre et faciliter la collaboration entre personnes de spécialités différentes dans le but d'aboutir à un système sûr de fonctionnement sans fixer a priori de contraintes sur un élément du système en particulier. Dans la première partie, nous présentons donc un modèle de vieillissement du transistor MOSFET induit par le mécanisme des porteurs chauds. Nous détaillons ensuite l'étude du vieillissement de structures de bases de l'électronique analogique. Nous proposons une méthodologie de conception permettant de maximiser la durée de vie d'un circuit, donc des micro-capteurs, grâce à l'utilisation du modèle de vieillissement. Dans la deuxième partie, en prenant comme exemple un OTA Miller, nous montrons comment notre méthode permet de concevoir des structures complexes sûres de fonctionnement. Pour clore le manuscrit nous proposons une application originale de notre méthode de conception : un capteur de vieillissement de circuit intégré analogique CMOS.

L'objectif principal de cette thèse est de développer une nouvelle interface pour la simulation des procédures de chirurgie mini-invasive. L'interface développée introduit les modalités visuelle, haptique et thermique pour les futures générations de simulateurs et de robots chirurgicaux. La particularité de cette recherche réside dans l'utilisation de la stimulation thermique dans une perspective d'application pour la chirurgie. Dans ce cadre, plusieurs modèles de transfert de chaleur ont été développés, implémentés et évalués pour des applications de téléprésence et de réalité virtuelle. Des sensations intéressantes ont été enregistrées, ce qui a une conséquence directe sur la capacité de distinguer entre des objets dans l'environnement et particulièrement dans le domaine médical où la sensation thermique est en corrélation avec la présence d'anomalies dans certaines maladies. Un nouveau dispositif haptique est conçu et réalisé en analysant les tâches chirurgicales en termes de dextérité, d'espace de travail, de force et de couple exigés. Nous avons tenu compte des exigences générales de conception mécaniques des interfaces haptiques à partir de ce qui a été établi dans la littérature de l'haptique. Le dispositif complet a été interfacé avec un logiciel de simulation en réalité virtuelle (SOFA). Nous avons intégré dans SOFA le module nécessaire pour la simulation thermique. L'intégration était réussie et un scénario de simulation réaliste avec le retour d'information visuel que thermique a été réalisé. Des résultats préliminaires utilisant la simulation complète sont présentés.

La nécessité de simuler des systèmes complexes et multi-physiques est de plus en plus courante dans l'industrie, en particulier avec l'avènement de la conception mécatronique. Ce phénomène couplé à la pression économique poussant les industriels dans la voie de l'optimisation de leurs produits conduit à une augmentation forte des temps de simulation que les progrès techniques ne parviennent pas à compenser. Les travaux menés lors de cette thèse ont permis de proposer une approche hybride analytique/éléments finis pour la simulation temporelle de la dynamique des transmissions par engrenages en présence de non-linéarités de contact. Couplée à une réduction des modèles éléments finis, cette approche permet la résolution rapide de la dynamique d'un réducteur et offre ainsi la possibilité d'intégrer le réducteur comme composant d'un système complexe tel qu'un système mécatronique. La résolution de la dynamique du réducteur peut être menée en parallèle des autres physiques en prenant en compte des couplages forts. L'optimisation d'un tel système est abordée sur un exemple pour clore cette étude.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la conception des systèmes mécatroniques. Les travaux se positionnent dans les premières phases du cycle de conception, là où les principaux efforts méthodologiques sont à mener pour améliorer la qualité et la fonctionnalité des produits, et reposent sur le prototypage virtuel (modélisation et simulation). Une approche méthodologique envisageable est de reformuler le problème de conception sous une forme inverse, pour directement utiliser les spécifications du cahier des charges, usuellement exprimées sur les sorties, pour calculer les inconnues du problème. Dans ce contexte, le laboratoire Ampère développe une méthodologie de conception et dimensionnement, basée sur l'inversion de modèle, utilisant le formalisme bond graph, pour proposer une démarche reposant sur des critères dynamiques et énergétiques, et dont la principale originalité est sa phase d'analyse structurelle, permettant une hiérarchisation d’analyse suivant différents niveaux de la structure physique du modèle (topologie, phénoménologie, paramétrage). L'objectif est de contribuer au développement de cette méthodologie, en l’étendant aux modèles appartenant à la classe des systèmes singuliers, porté par la velléité de décliner la démarche à la conception fonctionnelle du châssis automobile et de ses sous-systèmes, comportant un certain nombre d'abstractions de modélisation et d'idéalisations. Cette déclinaison est proposée, d’une part, au niveau de la structure du modèle et, d’autre part, à un niveau considérant sa phénoménologie et ses lois de comportement. Elle requiert la mise en place préalable d'un référentiel algébrique, essentiellement issu de travaux sur la commande des systèmes, pour constituer une base de validation des extensions graphiques (digraphe et bond graph) proposées. En plus de la généralisation qu'ils constituent à la classe des modèles singuliers, les présents travaux proposent une uniformisation des précédentes approches de la méthodologie, originellement appliquées respectivement aux modèles directs et aux modèles inverses, de sorte qu'il n'est à présent plus nécessaire de les différencier
The context of this PhD thesis is the modeling and design of mechatronic systems. The study is positioned in the early design stage of the conception cycle (V-Cycle), where the main efforts have to be produced in terms of methodology, to enhance the quality and the functionality of the products, and based on virtual prototyping (modeling and simulation). One of the possible methodology is to reformulate the design problem as an inverse problem, in order to directly use the design specification of the product, usually given in terms of the system outputs, and then solve the design problem. In this context, the Ampere laboratory of INSA Lyon has developed a conception and design methodology, based on inverse approach and using the bond graph formalism, to propose a step-by-step method based on dynamic and energetic criteria, with a structural analysis phase that allows hierarchical analysis steps, depending on the structural physical layout of the model (topological, phenomenological, parameter set). The aim of the present works is to contribute to the development of this methodology, by enhancing it to the class of descriptor systems. This choice is led by the aim to apply the methodology in the context of chassis design and vehicle dynamics, where, among other, multi-body models represented as a differential-algebraic equation (DAE) system could occur. The contributions are proposed at the level of the topology of the model, as well as at the level of the phenomenological / behavioral aspects. A preliminary step is to enhance the existing algebraic framework to support graphical extension (in term of digraph and bond graph). The overall methodological extensions allow, firstly, a generalization of the approach to the class of descriptor systems, and, secondly, to reach a standardization of the procedures, previously dedicated to direct or inverse models, so as no mandatory differences between those models have to be done anymore

Ce travail presente les etudes et developpements ayant abouti a l'introduction, dans le logiciel plexus-r, d'un nouveau type de sous structure : le solide modal. Plexus-r est un programme d'analyse par elements finis et de simulation mecatronique developpe par sfim industries et le cea (commissariat a l'energie atomique) qui permet la modelisation de systemes souples poly-articules asservis. Il fait ainsi coexister, au sein d'un meme prototype virtuel, des elements finis classiques (poutres, coques), des elements finis robotiques (articulations, capteurs, actionneurs), des elements de controle (fonctions de transferts, equations d'etat), des sous-structures rigides et des solides modaux. Le solide modal est caracterise, dans le cadre d'une hypothese de grands deplacements et petites deformations, a l'aide d'un nombre restreint de degres de liberte : les modes propres (rigides et deformables) du solide qu'il modelise. La technique utilisee consiste a definir les mouvements de corps rigide et les deformations comme des combinaisons lineaires de ces modes propres. Le solide modal prend son interet lorsque le rapport qualite/temps de calcul de la modelisation elements finis d'une sous-structure devient penalisant ; dans ce cas, il se substitue a cette description classique. La logique du solide modal est basee sur l'introduction dans la bibliotheque de plexus-r d'un nouveau type d'element fini : l'element modal. Cet element, qui n'a pas de representativite physique, est un element a un noeud, a un degre de liberte. Chaque element est relatif a un mode propre, rigide ou deformable, et admet comme degre de liberte l'amplitude modale associee a ce mode. Le solide modal est ainsi defini comme un super element compose d'un ensemble de n elements modaux. N etant egal au nombre de modes utilises pour caracteriser le solide modelise.

Depuis plusieurs décennies, la modélisation moyenne de convertisseurs statiques a fait l'objet de nombreuses études. En effet, nous avons intérêt à transformer le système original en un système continu qui représente macroscopiquement au mieux les comportements dynamiques et statiques du circuit, notamment en vue d'une étude système. Le modèle dit « moyen » trouve un vaste champ d'applications que ce soit en commande, en simulation (rapide et système) ou encore en analyse des modes... Cependant, la modélisation moyenne peut s'avérer laborieuse dés que le nombre de semi-conducteurs du convertisseur devient important. Dans cette optique, plusieurs auteurs ont essayé d'apporter une aide automatique dans le processus de calcul de ces modèles afin d'épargner l'utilisateur de cette fastidieuse tâche de calcul faite à la main. Néanmoins, actuellement, la démarche de modélisation n'a jamais été entièrement automatisée. Dans cette perspective, les objectifs de cette thèse visent à fournir un outil d'aide à la génération automatique de modèles exacts et moyens dans le cas de la conduction continue et/ou discontinue et en partant d'un a priori sur le fonctionnement du convertisseur à étudier : la description du circuit, le mode de fonctionnement et la commande du convertisseur statique. La conception d'un tel outil repose sur trois étapes principales et qui sont l'analyse topologique du circuit, le calcul des matrices d'état pour chaque configuration du convertisseur statique et enfin une mise en équations des modèles. Les modèles générés sont sous forme symbolique ce qui permet de les réutiliser dans plusieurs logiciels.