Добірка наукової літератури з теми "Non linéarité matérielle"

Cette thèse traite de l'optimisation de forme de structures minces en présence de non linéarités, en utilisant la méthode des éléments finis couplée aux méthodes de programmation mathématique. Notre étude est divisée en trois grandes parties. Dans la première partie on présentera les méthodes mathématiques (suivant leur évolution) nécessaires à la résolution d'un problème général d'optimisation. Ensuite et dans le cas particulier d'optimisation structurale, on analysera les algorithmes numériques qui ont été adoptés par les chercheurs pour la résolution des problèmes d'optimisation en mécanique des structures. On donnera un aperçu général sur les tendances actuelles en optimisation de structures et les algorithmes utilisés dans les codes industriels. Dans la seconde partie, on exposera le problème d'optimisation de forme de poutres (chapitre 4) et de coques de révolution (chapitre 5) en présence de non linéarités géométriques. On évoquera tous les problèmes qui peuvent surgir lors de la prise en compte de ce type de non linéarités, on montrera les techniques et la démarche à suivre pour la résolution numérique de ce type de problèmes. Dans la dernière partie (qui est à caractère industriel), sont traites les problèmes d'optimisation de forme de contours de structures embouties 3D (chapitre 6) et axisymétriques (annexe 4), en utilisant une méthode simplifiée pour la simulation du processus d'emboutissage. Dans ce cas particulier ou le problème peut être très fortement non linéaire, quelques hypothèses simplificatrices ont été prises et certaines nouvelles techniques ont été développées afin de surmonter les difficultés numériques. Dans les différents problèmes traités, on utilisera des formulations totales pour la résolution des problèmes non linéaires. Pour les problèmes à caractère non linéaire géométrique, les variables d'optimisation sont les positions géométriques des pôles définissant la géométrie de la structure. La fonction objectif est définie à partir du critère de von-mises exprime en contraintes planes. Les limitations sont imposées sur la rigidité globale de la structure. Pour les problèmes de mise en forme, les variables d'optimisation et la fonction objectif ont été choisies dans le but de satisfaire des préoccupations industrielles. Ainsi on cherchera la forme optimale du contour de la pièce emboutie qui donnera une pièce dite sans défaut.

La sécurité routière est aujourd’hui un des objectifs principaux des constructeurs automobiles. Pour garantir un haut niveau de sécurité aux conducteurs et passagers mais aussi aux autres usages de la route, comme les piétons et les deux roues, les véhicules sont testés sous tous les angles avant leur commercialisation. Qu’ils soient virtuels ou réels, les essais jalonnent la conception et le développement d’une voiture. Aujourd’hui, la simulation numérique joue un rôle primordial dans le développement des nouveaux dispositifs et équipements. Pour que les modèles numériques offrent toujours plus de prédictivité, le domaine de la simulation numérique est en constante évolution. L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration de la simulation des crash de véhicules. Le sujet de l’étude présentée dans ce document est composé de deux problématiques. La première consiste en la prise en compte des non-linéarités matérielles de type rupture dans le processus de dimensionnement au choc. Dans le domaine du crash, deux types de pièces sont distingués. Celles qui doivent casser en choc comme les suspensions moteur et celles dont rupture est interdite comme le carter moteur ou bien le carter d’embrayage. La rupture est un phénomène délicat à modéliser et également coûteux en temps de calcul. Par conséquent, les premiers modèles pour la simulation de la rupture ont été seulement fonctionnels (désactivation des ressorts de rupture). Avec l’arrivée de méthodes numériques telles que la méthode de suppression d’éléments, de nombreux modèles de rupture ont été développés. Comme ces modèles sont relativement récents, les bases de données matériaux sont souvent incomplètes ce qui rend difficile leur utilisation. Un des objectifs de la thèse est donc l’identification des paramètres matériaux pour le modèle de Mohr-Coulomb et le modèle de Johnson-Cook à l’aide d’essais sur éprouvettes. Une campagne d’essais sur un sous-système automobile a été également effectuée. La corrélation numérique des essais a permis de valider la modélisation« volumique » de la rupture et d’identifier des voies de progrès de la méthodologie actuelle. Le deuxième sujet présenté dans ce document est la modélisation du comportement élastique linéaire des composants qui ne doivent pas casser en choc et la prise en compte des non-linéarités géométriques de type grandes rotations et de contact. Une modélisation par des super-éléments élastiques linéaires adaptés pour les calculs explicites avec grandes rotations a été proposée pour les pièces massives de fonderie. La modélisation par super-élément est réalisée dans Radioss via un fichier.fxb. Une nouvelle méthode de réduction dérivée à partir de la méthode de MacNeal a été proposée. La base de transformation de celle-ci est constituée par des modes libres complétés par des modes de souplesse résiduelle (MLSR). Le modèle réduit à l’aide de la méthode MLSR est généré avec des routines Matlab développées dans le cadre de la thèse. Afin d’intégrer la modélisation par super-élément dans le processus de dimensionnement au choc PSA, une filière de calcul Abaqus–Matlab–Radioss a été proposée. Un processus de génération du fichier.fxb à l’aide des outils CFAO utilisés chez PSA a été établi. Afin d’optimiser la performance des calculs avec super-élément, trois nouvelles modélisations pour la gestion de contact avec super-élément ont été proposées. Une application de la modélisation par super-élément a été faite pour un modèle de test et également pour un modèle de choc de véhicule
Nowadays, road safety is one of the main aims of car makers. To guarantee a high level of security to car drivers and passengers and also to other road users, such as for example pedestrians and two wheelers, the cars are submitted to a lot of tests before their commercialisation. Whether they are virtual or real, the experiments set out the conception and the development of a car. Nowadays, the numerical simulation plays a prime role in the development of new systems and equipments. In order to offer more and more predictivity by numerical models, the domain of the numerical simulation is inconstant evolution. The aim of this thesis is to contribute to the improvement of a car crash simulation. The subject of the study presented in this document is composed by two themes. The first one consists in inclusion of the material nonlinearities as fracture in the car crash dimensioning process. In car crash, two types of components are distinguished. Those which have to brake during the shock such as engine suspensions and those which have not to brake such as crankcase or clutch housing. The fracture is a phenomenon difficult to model, moreover, its computational time is important. Thus, the first fracture models were only functional (deactivation of fracture springs). With the arrival of numerical methods such as element deletion method, a lot of fracture models were developed. Because these models are relatively recent, the material databases are often incomplete which makes their use more difficult. Thus, one of the aims of this study is the material parameters identification of Mohr-Coulomb and Johnson-Cook fracture model with the aid of experiments on specimens. Another experiment campaign on an automotive subsystem was also realized. The numerical correlation using the material fracture parameters identified in the first step enabled to validate the "volumic"fracture modelisation and to identify the ways of progress of the current methodology. The second theme presented in this document is the modeling of linear elastic behavior of components which have not to brake in car crash and inclusion of geometrical nonlinearities as large rotations and contact. A modeling by linear elastic super elements adapted for explicit simulations with large rotations was proposed for massive cast iron components. The modeling by super elements was realized in Radioss by means of the file.fxb. A new reduction method derived from that of MacNeal was proposed. Its transformation basis is constituted by a free eigen-modes completed by residual flexibility modes. The model is reduced by means of Matlab routines which were developed in the framework of the thesis. In order to integrate the modeling by superelements in the dimensioning car crash process used at PSA, a procedure Abaqus–Matlab–Radioss was proposed. A process for the generation of the file.fxb by means of the CAD/CAMtools used at PSA was established. In order to optimize the simulation performance with superelements, three new models for contact management with a superelement were proposed. The modeling by superelement was applied in a test model and also in a frontal car crash simulation

Ce travail aborde la modélisation des systèmes ultrasonores avec VHDL-AMS. Le but recherché est la prédiction du comportement d'une cellule de mesure dédiée à la mesure des non linéarités ultrasonores. Afin de prévoir dans un futur proche la miniaturisation et la conception d'un système de mesure dont les performances seront estimables grâce à nos modèles, nous procédons par une décomposition du système de mesure en associant à chacun des éléments un modèle comportemental développé en langage VHDL-AMS. L'originalité de nos travaux repose sur la prise en compte du paramètre de non linéarité B/A dans la modélisation du milieu de propagation. Les résultats de simulation sont rigoureusement comparés avec les outils tels que Matlab ou PSPICE et ainsi que les mesures obtenues in-vitro. Ce travail se décompose en 4 parties : L'état de l'art de la modélisation des systèmes ultrasonores ; L'analyse théorique de la propagation non linéaire et les méthodes de mesure du paramètre B/A ; La modélisation des transducteurs piézocéramiques et du milieu de propagation non linéaire avec VHDL-AMS ; La modélisation et la conception d'une cellule de mesure des non linéarités ultrasonores en pulse-écho et transmission. Les résultats obtenus prédisent à priori qu'un milieu peut être caractérisé en fonction de la mesure du paramètre B/A estimé pour certains milieux liquides et biologiques. Les perspectives ouvertes par ce travail ont été soulignées par des membres de la communauté scientifiques à différents congrès internationaux
This thesis abords ultrasound modelling systems with VHDL-AMS. Goal is prediction of a measurement cell behaviour dedicated to ultrasound non linearity measurements. To preview in a near future miniaturisation and conception of a measurement system which performances could be estimated with ours models, we proceed by a decomposition of the measurement system with associating to each elements a behavioural model developed in VHDL-AMS language. Originality of ours works is the integration of the non linearity parameter B/A in the propagation medium modelling. Simulation results are rigorously compared to implantation in Matlab and PSPICE software and in vitro measurement. This work is divided in 4 parts : State of the art of the ultrasound modelling systems ; Theoretical analysis of the non linear propagation and measurement methods of the parameter B/A ; Piezoceramic transducers and non linear medium modelling with VHDL-AMS ; Modelling and conception of a non linearity measurement cell in pulse-echo and transmission mode. Results obtained show that a medium could be characterized as function to the B/A parameter estimated with different biological and liquid mediums. Perspectives open by this work has been highlighted by scientific community members at different international congress

Ce travail de thèse (CIFRE, Orkidia Audio SARL, Bidart) porte sur l'identification et la caractérisation des non-linéarités d'un moteur de haut-parleur électrodynamique traditionnel et sur la réalisation d'un moteur de haut-parleur ne contenant que des aimants permanents. La première partie est consacrée à l'analyse des non-linéarités propres au moteur. En particulier, nous mettons en évidence que l'ensemble des caractéristiques du moteur dépendent du courant circulant dans la bobine, de la fréquence de ce courant et de la position de la bobine dans le circuit magnétique. Nous proposons un modèle pour la dépendance de l'impédance bloquée du haut-parleur avec la fréquence, due aux courants de Foucault, mettant en évidence que les trois dépendances sont couplées les unes aux autres, devenant alors chacune une source potentielle de distorsion dans les haut-parleurs. A l'origine de ces trois dépendances se trouvent principalement les éléments ferromagnétiques doux constituant le circuit magnétique d'un haut-parleur traditionnel. La seconde partie du travail de thèse traite alors de l'utilisation de circuits magnétiques dits "tout aimant" parce qu'uniquement constitués d'aimants permanents. Nous montrons que les propriétés électriques et magnétiques linéaires de ces aimants permettent à elles-seules d'améliorer la linéarité du moteur aux hautes fréquences. La dernière source possible de distorsions vient alors du fait que le facteur de force du haut-parleur peut encore dépendre du déplacement de la bobine. Deux structures ont alors été conçues et brevetées, permettant de résoudre ce problème en étendant alors la linéarité du transducteur aux basses fréquences
This PhD thesis (CIFRE, Orkidia Audio SARL, Bidart) deals with identification and characterization of the nonlinearities of traditional electrodynamic loudspeaker motors and with the achievement of a loudspeaker motor totally made of magnets. The first part of the dissertation is dedicated to the analysis of the nonlinearities specific to the loudspeaker motors. More particularly, it is shown that most of the motors characteristics depend on the current flowing through the voice-coil, on the frequency of this current and on the position of the voice-coil in the magnetic circuit. The dependence of the loudspeaker blocked impedance with frequency due to eddy currents is modelled, showing that each dependence is coupled to the other and therefore becomes a source of distortion in loudspeakers. These three dependences find their origin in the use of ferromagnetic materials in the magnetic circuit of traditional loudspeakers. Thus, the second part of the dissertation deals with the use of a magnetic circuit indicated as "magnet-only structure" because it is totally made of permanent magnets. It is shown that electrical and magnetic linear properties of the magnets improve the linearity of loudspeaker motors at high frequencies. The last source of distortion comes from the fact that the force factor of the loudspeaker can still be a function of the voice-coil displacement. Thus, two structures that have been conceived and patented solve this problem and extend the linearity of the transducer to the low frequencies

On propose par le biais de cette thèse un outil numérique pour l’étude statique et dynamique des structures viscoélastiques constituées de matériaux à gradient de propriétés (FGM) pour le contrôle des vibrations par amortissement passif. L’objectif est de mettre à la disposition des ingénieurs un code générique basé sur l’approche élément fini pour des calculs de dimensionnements sur des poutres sandwich FGM à âme viscoélastique destinées aux applications exigeant la légèreté et une bonne résistance thermique et mécanique comme le domaine de l’aérospatial, de l’automobile et du nucléaire. Pour atteindre cet objectif nous avons d’abord proposé un modèle numérique pour l’étude statique et des vibrations libres des poutres sandwich FGM à comportement élastique. Ce modèle élément fini est implémenté dans l’environnement du code Matlab. A l’aide de ce code nous comparons les différentes théories de poutre pour différentes configurations géométriques et différentes conditions aux limites. Ainsi, la limite de la théorie classique de poutre dans l’étude des structures courtes est soulignée. Aussi, avec ce modèle numérique, l’étude du couplage flexion membrane et rotation membrane est possible. De là, il est montré que les structures FGM sont très sensibles aux effets de couplages spatiaux et du gauchissement à cause de la répartition non symétrique de la matière dans leurs sections droites. Dans le code proposé, la résolution du problème de vibrations est possible grâce à des méthodes classiques de résolution des problèmes aux valeurs propres et vecteurs propres. Pour introduire de l’amortissement passif dans la structure sandwich FGM, nous avons proposé un modèle de poutre sandwich dont les faces sont en matériaux FGM et le cœur en matériaux viscoélastiques. Ce modèle est également implémenté dans le langage de programmation Matlab et proposé sous forme d’un outil générique. L’intérêt de cet outil numérique réside dans sa capacité à calculer les propriétés modales ainsi que le comportement de la structure sandwich FGM viscoélastique tout en prenant en compte la dépendance en fréquence du comportement viscoélastique, les conditions aux limites et le couplage membrane-flexion et membrane-rotation propres aux matériaux FGM. Le problème de vibrations libres est fortement non linéaire dans ce cas à cause de la non linéarité matériaux induite par la couche molle. Dans le code proposé, la résolution de ce problème est possible grâce au couplage de la technique d’homotopie, de la méthode asymptotique numérique et de la différentiation automatique. Par ce travail, l’apport des matériaux FGM dans l’amélioration du pouvoir amortissant des structures est démontré. Dans la suite du travail, nous proposons une formulation élément fini pour calculer l’amplitude des vibrations forcées des structures sandwich FGM viscoélastiques. La résolution du problème de vibration forcée est possible par utilisation de la méthode des bandes passantes. Une étude sur la contribution des matériaux FGM dans la réduction des amplitudes de vibrations est menée pour différentes lois viscoélastiques. Il est prouvé dans cette étude que par un contrôle direct du gradient de composition des matériaux FGM, il est possible d’optimiser le pouvoir amortissant des structures même pour les modes de basses fréquences pour lesquels les matériaux composites classiques présentent un pouvoir amortissant nécessitant des améliorations
This thesis proposes a numerical tool for the static and dynamic study of viscoelastic structures made of Functionally Graded Materials (FGM) for vibration control by passive damping. The objective is to make available to engineers a generic code based on the finite element approach for sizing calculations on FGM sandwich beam with viscoelastic core for applications requiring lightness and good thermal and mechanical resistance such as aerospace, automotive and nuclear. To reach this objective we first proposed a numerical model for the static and free vibration study of FGM sandwich beams with elastic behavior. This finite element model is implemented in the Matlab code environment. Using this code, we compare different beam theories for different geometric properties and boundary conditions. Thus, the limit of the classical beam theory in the study of short structures is highlighted. Also with this numerical model, the study of axial-bending and axial-rotation coupling is possible. From this, it is shown that FGM structures are very sensitive to spatial coupling and warping effects because of the non-symmetrical distribution of the material in their cross sections. In the proposed code, the resolution of the vibration problem is possible using classical eigenvalue and eigenvector problem solving methods. Then to introduce passive damping in the FGM sandwich structure, we proposed a sandwich beam model with FGM materials faces and viscoelastic materials core. This model is also implemented in the Matlab language and proposed as a generic tool. The interest of this numerical tool lies in its ability to compute the modal properties as well as the behavior of the viscoelastic FGM sandwich beam while taking into account the frequency dependence of the viscoelastic behavior, the boundary conditions and the axial-bending and axial-rotation coupling specific to FGM materials. The free vibration problem is non-linear in this case due to the material non-linearity induced by the soft layer. In the proposed code, the resolution of this problem is possible thanks to the coupling of the homotopy technical, the asymptotic numerical method and the automatic differentiation. Through this work, the contribution of FGM materials in the improvement of the damping power of structures is highlighted. In the continuation of the work, we propose a finite element formulation to compute the amplitude of forced vibrations of viscoelastic FGM sandwich structures. The resolution of the forced vibration problem is possible by using the bandwidths method. A study on the contribution of FGM materials in the reduction of vibration amplitudes is carried out for different viscoelastic laws. It is proved in this study that by a direct control of the composition gradient of FGM materials it is possible to optimize the damping power of structures even for low frequency modes for which classical composite materials have a damping power requiring improvement

Ce travail de thèse présente la démarche utilisée pour construire un modèle éléments finis en statique ou en dynamique d'un pneumatique d'avion gros porteur prenant en compte la géométrie, la structure matérielle complexe, les différents matériaux et leurs propriétés ainsi que les interactions entre le pneumatique et le sol (contact, frottement et couplage thermomécanique). Des essais ont été effectués afin d'identifier les paramètres géométriques et matériaux.Ces simulations utilisant une approche Lagrangienne et une approche mixte Eulérienne/Lagrangienne ont été réalisées sur le modèle proposé. La seconde approche qui réduit considérablement le temps de calcul a été validée pour simuler le roulement en dérapage du pneumatique. Le modèle permet ainsi d'estimer le torseur des efforts dans le contact pneumatique /sol. Nous montrons l'influence des paramètres de chargement (charge verticale, pression de gonflage et vitesse de roulage) et de l'angle de dérapage sur le moment d'autoalignement (MZ) et sur le potentiel d'adhérence (µY) correspondant au rapport entre l'effort latéral et l'effort vertical dû au poids de l'avion. Nous présentons aussi une étude de sensibilité aux paramètres géométriques et matériels.Des essais de Coulomb et de diffusion thermique ont permis d'identifier la loi d'évolution du coefficient de frottement en fonction de la température (béton, asphalte) et l'évolution de la température dans l'épaisseur du pneumatique. Ceci a permis de prendre en compte les effets thermiques dans le modèle et de proposer un modèle de couplage thermomécanique qui met en évidence la décroissance de µY et la chute rapide de MZ vers des valeurs négatives au-delà d'un angle de dérapage critique βmax variant avec les conditions de chargement du pneumatique. Ces variations sont observées expérimentalement
This PhD Thesis presents the approach adopted for the setting of numerical model based on Finite Element Method for jumbo-jet tire. The model takes into account the real geometry, the complex material structure, the various materials and their properties as well as the interactions between the tire and the ground (contact, friction and thermal-mechanical coupling due to friction). Tests are performed in order to identify geometrical and material parameters.Static and dynamic simulations using a Lagragian approach and an Eulerian/ Lagrangian mixed approach were performed on this proposed model. This second approach which significantly reduces the computational cost time was validated for cornering tire simulation. The model allows thereby to estimate the forces in the tire/ ground contact patch. We show the influency of loading parameters (vertical load, inflating pressure and rolling velocity) and of the slip angle on the self aligning torque (MZ) and on the lateral friction coefficient (µY) corresponding on the ratio between lateral force and vertical load due to the aircraft weight. We also present a sensitivity study on geometrical and material parameters.Coulomb's and thermal diffusion tests were performed in order to identify the friction coefficient law as function of temperature (on concrete and asphalte surfaces) and the temperature evolution in the aircraft tire thickness. These tests allowed to take into account thermal effects in the model and to propose a thermal-mechanical coupling model which emphasized the decreasing of µY and the rapid vanishing of MZ towards zero beyond a critical slip angle βmax varying with the tire loading conditions. These variations were observed experimentally