Thèses de Doctorat et Mémoires de Magister
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Item Couplage de la méthode d’analyse vibratoire avec des méthodes du soft-computing pour la détection et la localisation des endommagements dans les structures(2020) Zenzen, Roumaissa; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)La problématique de l'identification, de détection et de quantification des endommagements dans les structures est posé de façon cruciale et représente un grand défis dans le domaine de la recherche, de par les exigences de plus en plus élevées imposées par la construction de systèmes de haute sécurité en mécanique et en aéronautique, d’ouvrages d’arts en génie civil. Les concepteurs aient dès le début du siècle reconnu l’importance de la mécanique vibratoire pour la prédiction du comportement dynamique des structures. L’explosion récente des moyens informatiques a permis de franchir un grand pas dans l’approche rationnelle de la conception et de l’optimisation des systèmes mécanique. Ceci a permis de développer des techniques d’identification des endommagements dans les structures fiables. L'objectif principal de cette thèse est l'identification d’endommagements dans les structures à l'aide de techniques qui exploitent des mesures vibratoires, de les localiser et de déterminer leur profondeur, afin d'évaluer la durée de vie des structures et de réduire les coûts d'entretien. Pour atteindre cet objectif nous avons proposé un nouvel indicateur de détection d’endommagements basé sur la technique de transmissibilité pour améliorer le rapport de réponse en fréquence locale (LFCR) combiné avec le ANN. L’indicateur proposé est permis de réduire le nombre de collectes de données utilisées dans la technique ANN pour une prédiction rapide et avec une plus grande précision au lieu de collecter des données d'analyse modale. Ainsi une technique de surveillance de l'état de la structure (SHM) pour l'identification des endommagements dans des structures poutres et en treillis utilisant des données de fonction de la réponse fréquentielle (FRF) couplées avec des techniques d'optimisation est présenté. L’algorithme génétique (AG) et l’algorithme de chauve-souris (BA) sont utilisés pour estimer l'emplacement et l’ampleur des endommagements. Les deux techniques d'optimisation sont couplées à des structures modélisées à l'aide de la méthode des éléments finis (FEM). L'approche est basée sur la minimisation d'une fonction objectif en comparant les FRF mesurés et calculésItem Approches numériques pour la résolution des problèmes des paliers hydrodynamiques, liés aux contraintes géométriques et mécaniques(2019) Manser, Belkacem; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)Les paliers hydrodynamiques, éléments de machines omniprésents dans la construction des systèmes mécaniques, sont utilisés pour guider et supporter les arbres en rotation, particulièrement appréciées pour ses caractéristiques d’amortissement à hautes vitesses de rotation. Cependant les performances des machines tournantes lubrifiées par un film fluide sont impactées par de nombreux paramètres interactifs non linéaires, difficiles à analyser. La prédiction du comportement du système par simulation numérique nécessite par conséquent une modélisation approfondie de l’écoulement du lubrifiant dans les paliers hydrodynamiques. C’est dans ce contexte que nous proposons une étude numérique de l'influence des différends paramètres liés aux contraintes mécaniques et géométriques sur les performances d'un palier lisse circulaire de dimensions finies, soumis à une charge et un moment statiques, et fonctionnant en régime hydrodynamique, isotherme et stationnaire établi. Les effets induits par la géométrie du palier (excentricité relative), le degré et l'angle du mésalignement de l’arbre, le comportement rhéologique du lubrifiant de types micropolaire et la configuration (forme, disposition et densité) de textures sur l'évolution des performances du palier ont été analysés et dissertés. Notre approche numérique est de ce fait basée sur la modélisation de l’équation de Reynolds modifiée, en tenant compte des différents paramètres d’influence, tels que : la rupture et la reformation du film fluide, le mésalignement de l'arbre et la texturation de surface du coussinet, ainsi que la non linéarité de la viscosité du fluide et de son comportement rhéologique. Les développements algorithmiques inhérents au modèle mathématique développé ont été mise en œuvre et implémentés sous MATLAB®, dans un code robuste, basé sur la discrétisation basée sur le schéma aux différences finies centrées et la résolution par la méthode itérative de Gauss-Seidel. La validation du modèle numérique parachève cette contribution en s’adossant à une comparaison des résultats obtenus avec des résultats publiés, mettant notamment en exergue une corrélation appréciable de ces résultats. Enfin, une étude de l'influence des différents paramètres interactifs, tels que la rupture du film, l’état de surface, le mésalignement, le comportement micropolaire du lubrifiant, a fait également l’objet d’une étude minutieuseItem Modélisation du comportement à l’impact des composites à matrice thermoplastique et fibres continues(2019) Mahdad, M'hamed; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)Les composites à matrice thermoplastique et à fibres continues sont largement utilisés dans diverses applications industrielles. L'intérêt croissant pour ces matériaux provient de la possibilité de construire une structure légère et solide. Cependant, ces matériaux composites sont considérés comme étant sensibles à une exposition à un choc de longue durée, même avec une énergie d'impact faible et/ou avec un contact à faible vitesse. Le degré de sensibilité pourrait être important lorsque les dommages et le délaminage des couches constituant les matériaux se produisent. Ainsi, chaque impact pourrait créer des dommages locaux avec des conséquences souvent dramatiques sur les performances mécaniques des structures, par exemple dans le domaine aéronautique. Le présent travail traite de la modélisation expérimentale et numérique des dommages survenant lors du chargement en service ou accidentel de matériaux composites à matrice thermoplastique sous une indentation de faible énergie et à faible vitesse. Des stratifies à base de matrice polypropylène (PP) et fibres d'acier plus fibres de verre-E (SWPP/GFPP) ont été confectionnés suivant les séquences d'empilement [0° 90°]2S. La modélisation repose sur une vaste campagne expérimentale visant à évaluer le comportement non linéaire du matériau composite soumis à un test d'indentation quasi statique (QSI). Un modèle de plasticité Matzenmiller-Lubliner-Taylor (MLT) est utilisé pour l‘étude de l‘endommagement des composites stratifiés. Ce dernier est implémenté dans le code Abaqus/explicit sous des soubroutine en Fortran VUMAT. Ce modèle présente la particularité d‘interpréter la non-linéarité géométrique des plaques composites indentées et dont les lois de comportements seront calibrées par des essais mécaniques (traction, compression)Item Développement d’un outil d’extraction de paramètres cinématiques et dynamiques de la marche humaine(2017) Hessas, Samir; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)Le projet se résume essentiellement sur le développement d’un outil permettant l’extraction des paramètres cinématiques et dynamique de la marche humaine. L’outil en question comporte deux grandes partie complémentaires : i) la première consiste en la réalisation d’un moyen matériel à base de la goniométrie électronique qui sert à extraire les paramètres cinématiques, ii) la deuxième concerne le volet implémentation de la dynamique inverse afin de remonter au paramètres cinétiques et ceci en utilisant une plateforme de force. Cet outil est validé par un instrument commercial de renommé (CODAMOTION), et à été mis en application dans une problématique biomécanique.Item Apport de l’analyse isogéométrique en mécanique numérique : application à la modélisation et simulation numérique de la fissuration dans les matériaux composites(2017) Habib, Sadam Houcine; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)Dans cette thèse, NURBS et T-splines adaptées à l’analyse sont utilisés pour la modélisation et l'analyse des fissures dans des plaques en matériaux composites en utilisant une analyse isogéométrique étendue (XIGA). Les fonctions d'enrichissement de bout de fissure des composites orthotropes et des fissures interfaciales sont mises en oeuvre pour reproduire les champs singuliers, et les fonctions de distance signées sont utilisées pour traiter la face de fissure et l'interface dans les modèles. Pour les T-splines, un algorithme de raffinement compatible est appliqué pour raffiner l'emplacement de la fissure et l'interface localement, ce qui permet d'éviter de produire une propagation excessive des points de contrôle. Comme des paramètres d'analyse, les facteurs d'intensité de contrainte en mode mixte (FIC) sont utilisés et évalués par l'intégrale d'interaction (M-intégrale). Des simulations numériques sont effectuées pour analyser le problème et examiner l'efficacité de la méthode proposée, en focalisant sur la convergence, l'indépendance du domaine d’intégration dans les calculs de FIC, la variation de FIC dans ces matériaux en fonction de l’orientation de la fissure, la direction des fibres et son effet sur un matériau orthotrope fissuré. La validation est faite par d’autres méthodes numériques. À la fin, une étude paramétrique est considérée pour le cas statique d’une fissure interfaciale, et une étude dynamique de la réponse transitoire d’un matériau composite fissuré est également considéréeItem Surveillance vibratoire des structures composites contribution à la détection de défauts, à la localisation et l'estimation de la durée de vie(2016) Khatir, Samir; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)La Détection d'endommagement structurel est un domaine scientifique qui a suscité beaucoup d'intérêt dans la communauté scientifique au cours des dernières années. Il y a eu de nombreuses études et recherches afin de trouver une méthode fiable pour identifier des endommagements dans les éléments structuraux. La plupart de ces méthodes se base sur les données vibratoires des structures comme outil de diagnostic pour résoudre le problème inverse afin de détecter et localiser l'endommagement. Dans la présente thèse, le problème d'identification d'endommagement dans des structures poutres est abordé avec trois techniques d'optimisation : l'algorithme génétique (AG en anglais Genetic Algorithm (GA)), l'optimisation par essaim particulaire(OEPen anglais Particule Swarm Optimization (PSO)) et l'algorithme de chauve-souris (BAT Algorithm). Les fonctions objectifs utilisées dans le processus d'optimisation sont basées sur les données vibratoires des structures telles que les flexibilités modales, les fréquences naturelles et les formes modales. Pour l'étude modale, nous avons utilisé la méthode des éléments finis. Ensuite et dans le but de réduire le temps de calculs, nous avons appliqué la réduction modèle en utilisant la décomposition orthogonale aux valeurs propres (Proper Orthogonal Decomposition (POD)) et les fonctions de base radiale (Radial Basis Function (RBF)). Nous avons élaboré un code sous MATLAB. L'efficacité des fonctions objectifs et de chacun des algorithmes d'optimisation est mise en évidence dans des exemples de test avec un seul et/ ou plusieurs endommagements et différentes conditions aux limitesItem Apports d'approches sans maillage pour la simulation des phénomènes de séparation de la matière: application aux procédés de mise en forme(2016) Hamrani, Abderrachid; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)Avec l'avancé des méthodes numériques, de nouvelles méthodes dites " sans maillage " sont apparues pour remédier à certaines limitations de la méthode des éléments finis. Ces méthodes ont la particularité de n'employer aucun maillage prédéfini : elles utilisent un ensemble de nœuds dispersés dans le domaine considéré et sur ses frontières. L'objectif de cette étude est de montrer l'intérêt de l'application des méthodes sans maillage basées sur les fonctions de base radiale pour la simulation des procédés de mise en forme en général et de poinçonnage rapide en particulier. Une attention particulière sera portée sur la méthode RPIM qui offre l'avantage de proposer une interpolation nodale. La démarche proposée dans ce document consiste: à rappeler succinctement les principes essentiels des méthodes sans maillage en précisant leurs avantages par rapport aux méthodes classiques, à présenter et à mettre en œuvre la technique numérique de la méthode sans maillage RPIM avec un calibrage des paramètres caractéristiques, et enfin, à traiter des exemples numériques de procédés de mise en forme avec amorçage et propagation de fissure qui confirmeront ces avantagesItem Evaluation des effets des paramètres du tournage : modélisation et optimisation multi-objectifs basées sur des méthodes de soft computing – stratégies et précision(2016) Sahali, Mohand Akli; Belaidi, Idir (Directeur de thèse)La quasi-totalité des travaux, dédiés à l'optimisation des paramètres de coupe en tournage, repose sur des stratégies d’optimisation classiques, qui ont toutefois été appliquées efficacement à l'échelle industrielle. Cependant, la robustesse et la fiabilité de ce procédé ont été négligées à tort, car l'existence de quelques facteurs incontrôlables peut altérer la justesse des résultats obtenus et affecter d’écarts risquant de dégrader la qualité des pièces usinées, la productivité et le matériel usinant. Dans un premier temps, nous avons identifié les sources d’incertitudes relatives au procédé de tournage. Puis la quantification et la modélisation des incertitudes ainsi que la maîtrise des mesures de robustesse basée sur différents critères statistiques nous ont permis de développer une approche pour l’optimisation multi-objectifs des paramètres de coupe en nous basant sur une technique d’optimisation innovante de la classe des Soft-Computing, qui a permis de déterminer et de départager les optima performants, robustes et fiables. Nous avons, à cet effet, développé et implémenté sous Matlab™, un algorithme génétique efficient de type Monte Carlo-Genetic Algorithm, intégrant un mécanisme d’évaluation robuste de la fonction « fitness » basée sur les simulations de Monte-Carlo pour le seul calcul de la mesure de robustesse. Cette première approche a été validée, après une application illustrative pour la minimisation du coût et du temps de production sous contraintes des limitations de production liées au système Pièce-Outil-Machine, ayant permis la détermination des résultats performants et robustes, ainsi que leur identification. Cette approche a également montré des limitations concernant la satisfaction des contraintes de production imposées. Dans un deuxième temps, une approche fiabiliste pour l’optimisation multi-objectifs est proposée, introduisant un concept de fiabilité pragmatique basé sur des probabilités de défaillance pour contourner et maîtriser le risque de violation des contraintes d’optimisation stochastiques. Cette deuxième approche est basée sur l’algorithme génétique de tri non dominé probabiliste, dit P-NSGA-II, qui intègre les simulations Monte-Carlo pour un calcul précis aussi bien de la fiabilité, que de la robustesse. L’efficience et l'efficacité de cette approche ont été vérifiées par la résolution de deux problèmes numériques de référence. Les deux cas d’étude traités, qui sont d’une extrême complexité, sont relatifs aux opérations d’ébauche multi-passes et de finition, et se caractérisent par des espaces de recherche, respectivement «clos» et « déformé ». Dans les deux situations explorées, les solutions optimales obtenues par la mise en oeuvre de l'algorithme P-NSGA-II, sont analysées, discutées et comparées avec les résultats obtenus et publiés dans des travaux de recherche de références. En conclusion, cette approche a permis de générer et de départager de façon efficace et précise des solutions performantes, robustes et fiables