Génie Mécaniques
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Item 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 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 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 développéesItem Identification de fissures basée sur le couplage réduction de modèle et algorithmes bio-inspirés(2016) Benaissa, Brahim; Belaidi, Idir(Directeur de thèse)Les techniques de contrôle non destructifs (CND) utilisent généralement un principe basé sur des capteurs afin de localiser les dommages, ceci exige une bonne maîtrise des techniques d'emploi des capteurs. Les méthodes numériques pour l'identification de fissures sont par contre très développées et représentent un alternatif, basée sur des méthodes de simulation numérique, telle que la méthode des éléments de frontière, mais dans la pratique n'est pas encore vulgarisée, en raison de coût de calcul élevé. Nous présentons dans ce contexte une nouvelle approche pour l'identification de fissure, dont le problème mathématique sous-jacent est basé sur l'élasto-statique bidimensionnelle. La solution proposée est basée sur la réduction de modèle et la paramétrisation, en introduisant la méthode de " décomposition orthogonale des valeurs propres " (Proper orthogonal decomposition - POD), couplée avec les " Réseaux à fonctions de base radiales" (Radial Basis Functions - RBF). Ces fonctions sont appliquées pour estimer notamment les champs de déplacement mesurés aux bords des structures étudiées, qui correspondent aux paramètres géométriques de la fissure. La procédure d'identification de fissures inverse proposée, est basée sur la minimisation de l'erreur normalisée entre les valeurs de déplacement aux nœuds de frontières de référence et celles calculées, et fait appel aux algorithmes d'optimisation bio-inspirés, de type génétique classique (AG) et l'optimisation par essaim de particules (PSO). Ces derniers sont en effet connus pour leur capacité à éviter les minimums locaux, entre autres…. L'efficacité de l'approche et la stabilité de l'algorithme d'identification ont été testées, en introduisant un bruit gaussien dans les données d'entrée, tandis que la validité de la méthode d'identification de fissure proposée a été démontrée à travers une étude comparative, pour un nombre de points de capteur réduit