Thèses de Doctorat et Mémoires de Magister
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Item Approches expérimentale et numérique couplées basées sur l'analyse par la méthode des éléments finis (MEF) et les réseaux neuronaux artificiels (RNA) pour l'évolution de l'endommagement dans les matériaux composites stratifies(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Zara, Abdeldjebar; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)Dans nos travaux de thèse, nous présentons une approche innovante qui repose sur l'exploitation des fréquences naturelles pour la détection et la localisation des dommages, dans le cadre de la surveillance de l'état des structures en matériaux composites stratifiés en GFRP, que nous avons fabriqués selon la technique de moulage au contact. Pour ce faire, nous avons développé et mis en œuvre une approche numérique couplée. Dans un premier temps, une analyse numérique par éléments finis a été réalisée sous l'environnement ABAQUS, afin de simuler le comportement vibratoire des poutres GFRP, qu'elles soient endommagées et non endommagées. L'objectif était de générer les données d'entraînement nécessaires à l'alimentation d'un réseau de neurones artificiels (ANN). Ensuite, nous avons appliqué une technique hybride E-JAYA-ANN pour prédire la longueur des fissures, en utilisant diverses données d'entrée. Cette méthode a permis d'évaluer la précision du modèle proposé, en la comparant avec d'autres approches telles que les couplages JAYA-ANN, WOA-ANN et AOA-ANN, permettant ainsi de mettre en évidence les performances de notre approche. L'utilisation des réseaux neuronaux artificiels (ANN) en combinaison avec des techniques d'optimisation méta-heuristique vise à améliorer la précision des résultats obtenus. Ce processus repose sur une modification des poids et des biais des connexions neuronales, effectuée par rétropropagation (BP). Cette optimisation permet d'ajuster ces paramètres afin de minimiser la fonction d'erreur en fonction des valeurs d'entrée et des résultats souhaités. Ainsi, cette approche représente une avancée significative pour la surveillance et la prédiction de l'état des structures dans des applications d'ingénierie. Dans une deuxième étape, nous avons mis en place une approche couplée impliquant une analyse numérique par éléments finis (MEF) réalisée sous l'environnement ABAQUS, afin d'évaluer l'influence des paramètres géométriques, tels que la variation du nombre de couches et de leurs orientations, sur les propriétés mécaniques des composites stratifiés en CFRP. Le modèle MEF utilise le critère de dommage de Hashin pour simuler le comportement des composites sous flexion. Par la suite, la technique d'optimisation hybride E-JAYA-ANN a été appliquée pour prédire ces propriétés lors des tests de flexion. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux fournis par la technique hybride JAYA-ANN, permettant ainsi une meilleure compréhension de l'influence de la géométrie sur l'optimisation de l'architecture des composites stratifiés à fibres unidirectionnelles, dans la phase d'élaboration des matériaux composites considérésItem Performance des composites stratifiés : caractérisation, simulation numérique et optimisation basées sur une approche hybride(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Fahem, Noureddine; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)Ce travail de thèse explore le comportement des matériaux composites renforcés par des fibres de verre et de carbone, en utilisant différentes architectures de stratification. L'objectif est de développer une compréhension approfondie des phénomènes complexes qui régissent leur comportement, en combinant des méthodes expérimentales et numériques. Des modèles numériques par éléments finis (2D et 3D), intégrant des critères de dommage, ont été utilisés pour étudier l'influence de divers paramètres géométriques, matériaux et d'endommagement, tels que la séquence d'empilement des couches, l'hybridation, les propriétés mécaniques des matériaux sur la réponse mécanique globale du composite. Ces modèles numériques sont développés en utilisant le logiciel Abaqus, un outil d'éléments finis commercial bien connu. Pour améliorer la précision des prédictions, l'intelligence artificielle, et plus précisément les réseaux neuronaux artificiels (RNA), est mise en œuvre en combinaison avec des techniques d'optimisation métaheuristique (PSO, JAYA, JAYA A). Ces modèles RNA prédit la force maximale, le module d'élasticité et l'empilement optimal des couches, en utilisant diverses entrées telles que la longueur des fissures, les contraintes et les déplacements. L'étude vise à évaluer la précision de ces techniques d'apprentissage automatique dans la prédiction du comportement des matériaux compositesItem Hydrodynamic behavior modeling of pumps handling fluids with complex rheological behavior(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2023) Achour, Lila; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)The thesis research work addresses the pumping of fluids with complex rheological behavior. The aim of the thesis is to carry out an exhaustive analysis of the performance and internal flow features of a volute centrifugal pump when handling complex non-Newtonian emulsions. The industrial applications in this field are numerous and can include crude oil emulsion pumping, wastewater pumping, and cosmetic and food emulsions. Two elements combine to explain the complexity of this scientific problem: the first involves the pump and its three-dimensional geometry with a strong coupling with the loop. The second concerns the nonlinear and unstable rheological behavior of the pumped fluid, especially when the pump carries a reduced fraction of the continuous phase. These flows concern fluids with non-Newtonian and particularly unstable behavior. The insights needed to achieve their understanding are sometimes at the limit of chemistry with approaches at the molecular scale. In this work, several approaches were used to study the hydrodynamic behavior of the pump under emulsion flow: an analytical approach, a single-phase CFD simulation, and a two-phase CFD simulation. The analytical approach is based on a mechanistic model for the determination of the emulsion viscosity as a function of the pump operating conditions, which is then coupled to a mechanistic model based on the different losses encountered in volute pumps. The single-phase simulation is based on a CFD study in which the rheological behavior of the emulsions has been considered neglecting the two-phase nature of the fluid, and the two-phase study which considers the two fluids and the different interactions between the phases. The approaches adopted belong to two distinct categories; the analytical approach allows for differentiation of the losses within the centrifugal pump, which is not the case for CFD. However, this shortcoming is compensated for by the entropy analysis, which allows for the localization of energy losses. Finally, the ability of the two CFD approaches considered to accurately predict the performance of pumps handling emulsions is evaluated by comparing the numerical results of a multistage pump (ESP) with the corresponding experimental dataItem Résolution numérique des problèmes liés à la dynamique des paliers lisses, avec prise en comptes de contraintes de forme et de fonctionnement(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2023) Megdoud, Abdelhak; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)Ces dernières années, plusieurs travaux se sont concentrés sur la conception de composants de machines, en mettant particulièrement l'accent sur les systèmes de paliers pour éviter les contacts nocifs. Parmi les études les plus importantes dans ce domaine, figurent celles relatives aux problèmes instationnaires des paliers lisses, qui impliquent généralement le couplage de l'équation de Reynolds avec les équations de mouvement, et le problème du mésalignement fréquemment rencontré dans les paliers. Diverses techniques ont été proposées et explorées dans la littérature pour identifier avec précision et prédire efficacement les solutions de l'équation de Reynolds dans différents régimes et sous différentes contraintes, Cette thèse a pour but de développer l'approche de la Décomposition Propre Généralisée (PGD) pour analyser le comportement des lubrifiants dans les paliers lisses soumis à des charges dynamiques, et pour les paliers mésalignés soumis au régime stationnaire, en considérant les conditions limites de Swift-Stieber. L’approche PGD est une technique de réduction de modèle qui cherche une solution approximative sous forme séparée d’une équation aux dérivées en utilisant une stratégie de direction alternée. Comparée à la résolution classique, la solution PGD est significativement moins gourmande en termes de puissance de calcul. Pour vérifier l'exactitude et l'efficacité de cette approche une étude comparative a été mené entre la nouvelle approche, la méthode classique, les résultats analytiques et quelque résultats disponible dans la littérature. Les résultats de la méthodologie suggérée montrent que le nouveau modèle est plus efficace, converge rapidement et fournit des solutions précises avec une consommation de temps CPU très faible par rapport au modèle de discrétisation complet (FDM)Item Quantification and localization of cracks in steel specimens using improved artificial neural networks with experimental validation(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2023) Oulad Brahim, Abdelmoumin; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)Cracks in any structure are undesirable since they frequently lead to the structure's fracture or failure. API X 70 steel is a critical component in pipeline manufacturing; additionally, it is prone to cracking due to the harsh working conditions it is subjected during its service operation (s). The current fracture detection methods either require disassembly of the tube's substructure for visual inspection or external excitation of the relevant area of the tube for subsequent dynamic analyses...etc; as a result, these approaches are highly complex and time consuming. For crack identification in pipeline steel, a simplified crack identification approach is provided in this work. The crack identification method is straightforward and based on simple stress, strain, and displacement measurements of load and absorbed energy at recognized places. Finite Element Analysis was used in the study, which was done using ABAQUS, a well-known commercial finite element tool. Intelligent systems have recently been praised for solving complicated difficult, multidimensional issues. Artificial neural networks (ANN) have had a lot of success in solving these challenges, although they do have some limitations. The current work examines the application of the WOA-ANN hybrid model for crack length prediction using various inputs such as strains, stresses, and displacements to assess the technique's accuracy. The proposed method is, nevertheless, compared to GA-ANN, AOA-ANN, and WOABAT-ANN. The use of ANN in combination with metaheuristic optimization techniques aims to increase its significance. The weight of neuronal connection is significant. Some biases are also linked to neurons. Based on the input and goal output values supplied, connection weights and biases are changed to give the least possible error function. This method is commonly referred to as back propagation (BP). The explored approach is relevant to real-world engineering applications and regulates the status of structures. The evolution of fracture mechanics parameters is studied using standard ASTM test specimens. After modeling the tests with the Finite Element Method (FEM), the numerical model is then evaluated with experimental test analysis. With the mesoscopic GTN damage model, FEM is utilized to analyze the tensile failure process of one-sided notch samples and extract the data required for WOA-ANN. Our model is now ready to forecast various scenarios after collecting the data. When compared to other crack detection approaches, the findings produced utilizing WOA-ANN is effectiveItem Modélisation, conception et analyse des ventilateurs tangentiels (cross-flow fans)(Université M'Hamed Bougara : Faculté de Technologie, 2023) Himeur, Rania Majda; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)La technologie des ventilateurs tangentiels est connue depuis la fin du 19ème siècle (brevet de Paul Mortier déposé en 1893). Malgré leur apparition précoce, les ventilateurs tangentiels n'ont pas connu le même essor que les ventilateurs axiaux par exemple, car leur utilité et leur efficacité n'ont pas été démontrées. Par conséquent, très peu de travaux de recherche ont été menés sur ce type de turbomachines notamment en ce qui concerne les règles de conception et d'analyse des performances. En raison de la complexité du champ de l'écoulement à l'intérieur du ventilateur tangentiel, et du vortex excentrique à caractéristiques inconnues qui se forme à proximité de la périphérie interne de la roue, il n'existe aucune méthodologie complète de conception de ce genre de machine à ce jour. Dans nos présents travaux de thèse, nous proposons une contribution à la mise en place d'une méthodologie pour prédire les caractéristiques de performance du ventilateur tangentiel de Eck/Laing, la géométrie la plus utilisée en Europe. Dans une première étape, nous avons modélisé les courbes d'évolution de pressions totale et statique suivant deux approches différentes, d'abord en utilisant des modèles de perte relatifs à différentes machines rotatives, ensuite en appliquant les principes de grille d'aubes de Howell propres aux compresseurs axiaux et adaptés aux ventilateurs tangentiels. Ces deux modèles ont été codés sous C++. Dans une seconde étape, nous avons modifié le rendement à travers un calcul d'optimisation combiné à des simulations numériques de l'écoulement interne du ventilateur tangentiel. La méthodologie proposée, dont l'efficacité a été validée par comparaison avec des essais expérimentaux, est une contribution appréciable à la mise en place d'outils efficients d'aide à l'analyse des performances et au dimensionnement des ventilateurs tangentielsItem Optimisation multi-objectif et multidisciplinaire pour la conception de machines agiles innovantes pour l’usinage à très grandes vitesses : application au système poly-articulé delta(Université M'Hamed Bougara : Faculté de Technologie, 2022) Mansouri, Khaled; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)La conception d’architectures innovantes de machines poly-articulées agiles dédiées à l’UTGV nécessite la mise en œuvre de modèles analytiques et numériques pour l’optimisation du comportement cinématique, statique et dynamique de la machine, avec prise en considération des déformations élastiques et leur compensation au niveau de la commande de la machine. Dans le contexte de cette étude, nous avons, dans une première étape, identifié les paramètres et variables inhérents à chaque élément constitutif d’une machine d’usinage poly articulée de type robot DELTA, dont le but d’optimiser les éléments essentiels de sa structure. Ceci a nécessité une formulation du problème mono- et multi-objectif, en exprimant notamment pour chacun de cas considérés, les fonctions objectives, les contraintes et les espaces de recherche correspondants. Nous proposons ensuite, pour la résolution des problèmes d’optimisation formulés, l’utilisation de méthodes et outils mathématiques, basées sur des algorithmes bio-inspirés performants. Dans une deuxième étape, on s’est intéressé au problème d’optimisation robuste, que nous avons formulé, après avoir identifié les fonctions "objectives", les incertitudes liées aux composantes de la structure, les contraintes et variables géométriques, cinématiques et dynamiques, ainsi que les espaces de recherche. Les incertitudes liées aux différents supports de calcul de la structure ont été ensuite quantifiée et prises en compte, en même temps que les éléments de conception imposés par le cahier des charges. Pour la résolution du problème d’optimisation robuste, nous avons proposé une approche algorithmique basée sur le couplage de l'algorithme génétique et de la méthode de Monte Carlo. Dans la dernière étape, nous avons réalisé une optimisation topologique des barres de la structure de la machine, pour mettre en évidence l’intérêt de la réduction des masses. Une étude comparative des différentes méthodes de résolution mises en œuvre de résolution parachève notre présent travail.Item Mise en place d’une méthodologie de dimensionnement couplée à des méthodes d’optimisation géométrique pour l’analyse et le contrôle des performances des turbomachines axiales compressibles(2018) Ait Chikh, Mohamed Abdessamad; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)Les turbomachines sont omniprésentes dans notre environnement domestique et industriel. Les applications vont de la climatisation à la distribution d’eau et de l’automobile aux moteurs aéronautiques et navals. La conception de ces machines pose un problème complexe de design, dont la résolution nécessite une expérience approfondie, en raison d’un grand nombre de paramètres de conception à considérer, toujours plus grand que le nombre d’équations possibles. Le développement actuel de nouveaux outils numériques et de méthodes d’optimisation performantes et pertinentes, ont permis de rendre plus flexible et plus rapide la procédure de résolution. Cette dernière est basée sur le paramétrage de la géométrie, un modèle pour l’évaluation de la performance d’une géométrie donnée, et la définition d’une fonction objectif et des contraintes pour comparer des solutions. Dans ce présent travail, nous mettons en exergue la nécessité de mettre en oeuvre une approche d’optimisation du design, dans le cadre de la conception des turbomachines axiales de compression à fluide incompressible (pompe et ventilateur). L’approche proposée est basée sur le design inverse analysé par la méthode directe, et son couplage avec des méthodes d’optimisation de type bio- et socio-inspiré dans leur version mono- et multi-objectif, à l’exemple des algorithmes génétiques (GA), de l’optimisation par essaime particulaire (PSO), de la recherche de coucou (CS) et de l’optimisation basée sur l’enseignement et l’apprentissage (TLBO). Différentes formulations d’optimisation sont proposées et adaptées à la résolution du problème du design des turbomachines considérées. Chaque formulation représente une approche, basée sur des nouvelles fonctions objectif, avec prise en compte d’un nombre de contraintes géométriques et mécaniques le plus élevé possible. Enfin, les résultats du design optimal des machines considérées ont été validés par simulation numérique basée sur la dynamique des fluides numérique (CFD), et dans certains cas, par comparaison avec des approches de design relevées de la littérature consultéeItem Caractérisation des propriétés physiques et mécaniques des nanocomposites à matrice PA et PE chargés avec de la montmorillonite et du graphène(2018) Rahmaoui, Fath Eddine Zakaria; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)Dans ce travail de thèse, l’influence des nanoplaquettes de graphène commercialisées (Gr) sur les propriétés de deux matrices thermoplastiques à l’état solide et à l’état fondu a été étudiée, en comparaison avec deux types d’argile organiquement modifiées (OMMT1 et OMMT2). Le premier volet est consacré à l’étude des nanocomposites à matrice apolaire (le polyéthylène haute densité) chargé avec de l’argile organiquement modifiée (OMMT1) et/ou du graphène (Gr). L’utilisation d’un compatibilisant, le polyéthylène greffé anhydride maléique, mène à un nanocomposite, avec des propriétés rhéologiques et mécaniques améliorées au détriment des propriétés mécaniques à la rupture. Par ailleurs, le compatibilisant réduit le degré de dispersion des particules de graphènes en fragilisant le matériau dû à la diminution de la viscosité durant le malaxage. Plus intéressant encore, les nanocomposites constitués de nanoplaquettes d’argile et de graphène simultanément montrent de meilleures caractéristiques de renforcement à l’état solide et à l’état fondu. Ce résultat peut être partiellement expliqué par la viscosité élevée des nanocomposites à charge d’argile qui aide à séparer les particules de graphène durant le malaxage. La seconde partie est liée à l’étude des nanocomposites à matrice polaire (Le polyamide-12) chargée avec de l’argile organiquement modifiée (OMMT2) et/ou du graphène (Gr). Il a été constaté que le taux d’augmentation de la rigidité dans les nanocomposites à 5% d’OMMT2 est plus élevé que celui à 2% d’OMMT2. L’étude rhéologique a confirmé l’intérêt de combiner les nanocharges OMMT2 et graphène et indique la présence d’un réseau de percolation renforcé. De plus, il a été constaté que plus la viscosité du nanocomposite à charge d’argile est élevée, plus les particules de graphène sont minces, ce qui résulte en un renforcement plus solideItem Réduction de modèle par PGD dans les problèmes d'élasto-hydrodynamiques liés aux paliers lisses(2017) Cherabi, Bilal; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)La résolution numérique des problèmes de lubrification hydrodynamique des paliers lisses par les méthodes classiques (différences finies, éléments finies) nécessite des temps de simulation longs et une capacité de stockage importante qui rend le cout de calcul très élevé. Afin de pallier les limitations en terme de taille du problème à résoudre (grand nombre de d.d.l), des méthodes de réduction de modèle basées sur la séparation des variables ont été développées