Génie Mécaniques
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Item Features extraction and selection fori ndustrial systems condition monitoring(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Sahraoui, Mohammed Amine; Rahmoune, Chemseddine(Directeur de thèse)This thesis presents the development of advanced feature extraction and selection techniques for condition monitoring and fault diagnosis in industrial systems, with a particular focus on rotating machinery and oil & gas infrastructures. The primary contribution lies in proposing a novel wrapper-based feature selection criterion that jointly optimizes overall classification accuracy, class-specific accuracy, and model stability. Two real-world experimental applications were considered to validate the proposed methodology. The first involved a benchmark database of vibration and current signals acquired from bearing fault scenarios in synchronous motors, where an Adaptive Time-Varying Morphological Filtering (ATVMF) technique was applied for advanced signal pre-processing and feature extraction. The second application involved a comprehensive 3W dataset comprising temporal measurements collected via industrial sensors from oil and gas wells, where data normalization between 0 and 1 was implemented to enhance data consistency prior to analysis. In both cases, feature selection was performed using hybrid metaheuristic optimization algorithms combined with machine learning classifiers such as Random Forest. The experimental results demonstrated that integrating ATVMF with the proposed selection criterion notably improves fault detection and classification performance in multi-class and variable-condition scenarios. Furthermore, the framework ensures robustness and computational efficiency, making it suitable for real-time industrial monitoring systemsItem Static and dynamic analysis of the mechanical behavior of complex hybrid structures(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Guenfoud, loubna; Chikh, Noureddine(Directeur de thèse)The work presented in this thesis focuses on analyzing the mechanical behavior and vibrations of hybrid structures. The objective is to propose sandwich structures with aluminum skins and different core configurations: magnetorheological elastomer (MRE) and honeycomb, offering adjustable stiffness and damping capabilities through the application of a magnetic field. These materials are known as smart materials. A bibliographic review is presented, including a detailed overview of the literature on the evolution of materials science, from early human discoveries to the latest advancements in smart materials, as well as innovative concepts for adaptive hybrid structures as intelligent systems. The study conducted consists of two parts: The first part is a comparative study of the mechanical behaviour under static 3-point bending of four sandwich beams with four core configurations: magnetorheological elastomer (MRE), honeycomb, MRE/honeycomb and MRE/honeycomb/MRE. The specimens were fabricated in the motor dynamics and vibroacoustics laboratory. The analysis includes a numerical simulation using ABAQUS software with finite element method modelling. The numerical results are validated by experimental tests. The results obtained show that the developed hybrid beams present better performance in terms of stiffness and damping due to the adjustment of the magneto-mechanical properties of the MRE materials integrated in the core. The second part concerns experimental modal analysis. Performing a modal analysis test generally requires measuring the vibrational response of the structure as well as the excitation force at different points, thereby enabling the calculation of the Frequency Response Function (FRF). The excitation is applied using an impact hammer, and the response is recorded with an accelerometer. Consequently, the identified modal parameters are: resonance frequencies, damping, and mode shapes. These tests are conducted for the sandwich beams with the proposed core configurations and under different boundary conditions. A numerical simulation of the modal analysis was performed using ABAQUS software through finite element modelling on the same types of specimens. The numerical and experimental results are compared and discussed. This study explores the advantages of MRE materials as smart materials, where dynamic mechanical properties can be controlled by an applied magnetic field, opening up prospects for designing innovative solutions for more resilient and reliable structures in applications requiring both high strength and effective vibration controlItem Contrôle des structures tourbillonnaires au sein de fluides immiscibles soumis à des rotations différentielles(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Brahma, Kenza; Mansouri, Kacem(Directeur de thèse)L'écoulement hélicoïdal de deux couches superposées de fluides Newtoniens immiscibles, engendré par la rotation individuellement indépendante des parois d'une cavité cylindrique verticale avec/sans moyeu central, est étudié numériquement au moyen d'une approche hybride combinant les méthodes VOF et LS du code ANSYS-FLUENT. L'étude explore d'abord un modèle d'interface gaz-liquide considérée plane dans un bioréacteur soumis à la rotation du disque inférieur. La simulation indique qu'à des taux de rotation modérés, le noyau hélicoïdal éclate sur l'axe et donne naissance à un vortex de type bulle qui évolue et migre vers la surface sous forme de vortex toroïdal en augmentant la vitesse de rotation. Les résultats montrent que la rotation ou chauffage différentiels des parois constituent des moyens non intrusifs efficaces de control de l'évolution des structures tourbillonnaires. En outre, l'utilisation de nano-fluides, même à faible concentration de nano-particules, s'avère aussi une approche pour la suppression des vortex et la prévention de la stagnation. L'investigation est étendue au cas du modèle liquide-liquide immiscibles, en considérant l'écoulement d'une configuration huile-glycérine sous effet de la rotation du disque supérieur en contact de la phase la plus visqueuse (l'huile). La simulation révèle, à partir d'un seuil critique du taux de rotation, l'apparition d'un vortex axial proche du disque tournant distinct et associé à une élévation significative de l'interface ; laquelle est constituée de recirculations fines et intenses. L'étude montre que ces structures et cette topologie sont très sensibles aux effets combinés du taux de rotation et de la fraction volumique des fluides. En particulier, il ressort qu'une diminution du volume de la phase huileuse favorise et accentue l'élévation de l'interface et provoque l'expansion de la bulle jusqu'à son détachement de l'axe pour former un vortex toroïdal. Ce dernier éventuellement impacte et coalesce avec l'interface fortement concave avant de disparaitre. Par ailleurs, l'étude révèle que la co-rotation (contre-rotation) différentielle de la paroi latérale favorise (élimine) efficacement les structures secondaires-En outre, la simulation montre qu'un swirl additionnel induit par la rotation d'un moyeu central engendre l'apparition de vortex de Taylor dans la phase la moins visqueuse (glycérine) attribués à une instabilité centrifuge en accord qualitatif avec les observations expérimentalesItem Caractérisation expérimentale des élastomères magnétorhéologiques anisotropes(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Bendjeddou, Walid; Aguib, Salah(Directeur de thèse)Ce travail s'inscrit dans l'étude des élastomères magnétorhéologiques anisotropes, des matériaux intelligents dont les propriétés mécaniques évoluent sous l'effet d'un champ magnétique. Une première phase de recherche bibliographique a permis d'explorer les différentes catégories de matériaux composites jusqu'aux MREs anisotropes, mettant en lumière leur structure et leurs mécanismes d'interaction avec les champs externes. Ensuite, un modèle mathématique a été développé pour exprimer le comportement sous l'effet de plusieurs paramètres, en donnant importance à l'intensité du champ magnétique et de l'orientation des chaînes de particules. Une étude expérimentale a ensuite été menée pour analyser le comportement de ces matériaux sous diverses sollicitations, notamment en fonction du taux de charge et de la fréquence d'excitation. Une caractérisation hors axe a permis d'approfondir l'effet de l'anisotropie en faisant varier l'intensité du champ magnétique et l'angle d'orientation des particules. Enfin, une validation du modèle a été effectuée par comparaison avec les résultats expérimentaux, permettant d'extraire les paramètres du modèle et d'évaluer sa capacité à décrire précisément le comportement des MREs anisotropesItem Identification et caractérisation des défauts dans les structures métalliques et composites(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2025) Brihmat, Chahira; Lecheb, Samir(Directeur de thèse)De nombreux composants industriels sont soumis à des essais non destructifs pour détecter d'éventuels défauts ou fissures pendant leur utilisation. Cependant, les méthodes courantes telles que les ultrasons, le courant de Foucault ou les rayons X sont coûteuses et n'offrent pas une localisation précise des défauts. Certaines techniques mesurent les réponses statiques, stationnaires ou transitoires ainsi que les fréquences propres, ce qui, lorsqu'exploité numériquement, pourrait permettre une identification plus précise des défauts. Cette problématique relève des problèmes inverses d'identification, particulièrement complexes dans la simulation numérique des structures mécaniques, suscitant des activités de recherche importantes, notamment dans le domaine des éléments de frontière. Dans ce contexte, le présent travail a pour objectif de développer une méthode robuste pour détecter et caractériser des fissures linéaires dans des plaques structurales. Par la suite, nous étendrons cette méthode ou on a fait une hypothèse que la fissure d'une forme elliptique est située dans des plans horizontal et après incliné. En utilisant la combinaison de la méthode des éléments finis (FEM) avec le logiciel Abaqus et l'algorithme d'évolution différentielle adaptative basée sur l'historique des succès (SHADE), nous avons visé à minimiser l'écart entre les fréquences expérimentales et numériques des plaques fissurées. Cette approche a permis d'identifier des paramètres clés tels que la longueur, l'orientation et l'emplacement des fissures. Deux méthodes de validation ont été utilisées en démontrant l'efficacité de notre méthode pour la détection précoce et précise des fissures, renforçant la fiabilité des structures. Dans une phase suivante, nous avons étudié les ondes de Lamb dans des pipelines fissurés par le biais de simulations numériques. Les variations dans les signaux ont été exploitées pour identifier les caractéristiques des fissures, incluant leur profondeur, leur longueur, leur forme et leur orientation. La période de réception des réponses a été analysée en fonction de l'angle d'orientation de la fissure. Cette approche complète permet une compréhension approfondie des défauts structurels, contribuant ainsi à la maintenance et à la durabilité des composants mécaniques. Les résultats obtenus et les performances remarquables en termes de temps de calcul font du couplage entre SHADE et FEM une méthode complémentaire adaptée pour résoudre les problèmes d'identification de fissuresItem 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 Contribution à l'étude des phénomènes d'apparition des ondes de surface dans une enceinte soumise à des vibrations(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2024) Guedifa, Réda; Hachemi, Madjid( Directeur de thèse)L'excitation paramétrique d'un fluide possédant une surface libre provoque l'ondulation de surface. Les ondes de surface peuvent présenter un comportement complexe près de la résonance, avec des échanges d'énergie, des superpositions de structures et des compétitions entre les modes. Les chercheurs se sont intéressés plus spécifiquement à la physique des couches de fluide, en examinant la concurrence des modes et les mécanismes de sélection des motifs d'onde. Cette thèse présente nos résultats expérimentaux ainsi des résultats analytiques et numériques antérieurs sur les ondes de surface et les instabilités interfaciales. L'amortissement des ondes de surface a été étudié de manière approfondie, tant analytiquement qu'expérimentalement, en prenant en compte les incertitudes liées aux variations de température et à la contamination de la surface libre. L'effet de la tension superficielle a été également pris en compte, ce qui augmente l'amplitude de forçage nécessaire pour développer une interface ondulée. Les ondes de surface non linéaires peuvent donner lieu à des mouvements non planaires, des instabilités, des mouvements chaotiques et à la désintégration de la surface libre. La compétition entre les différents modes et structures peut entraîner un comportement chaotique. Une résonance non linéaire connue sous le nom de résonance interne ou auto paramétrique peut également se produire. Les ondes de surface peuvent présenter une grande variété de motifs, tels que des rayures, des carrés, des hexagones et des spirales. L'utilisation d'un nouveau nombre adimensionnel est une piste prometteuse pour étudier la réponse de la surface libre. Des recherches futures devraient se concentrer sur l'utilisation de différents types de fluides et sur le développement d'une modélisation statistique de l'amortissement des liquides. Il est également nécessaire de mener des recherches expérimentales et analytiques approfondies, ainsi que des simulations numériques, pour explorer davantage la question du faible niveau de remplissage des fluidesItem Analyse de la fiabilité structurelle et conception de réservoirs composites de stockage d'hydrogène(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2024) Sid Amer, Youcef; Benammar, Samir(Directeur de thèse)L’object if de cette thèse est l’analyse de la fiabilité et la conception de réservoirs composites de stockage d’hydrogène à haute pression. Pour ce faire, deux approches ont été adoptées : dans le premier cas, la méthode de Monte Carlo est utilisée pour analyser les distributions des marges de sécurité et illustrer la variabilité de la réponse mécanique de la structure en fonction de plusieurs paramètres de conception. Dans le deuxième cas, la méthode de Subset Simulation est employée pour développer un cadre de calcul permettant la quantification des très petites probabilités de défaillance des réservoirs composites de stockage d’hydrogène à haute pression. L’étude a montré la faisabilité et la précision de ces deux méthodes dans la prédict ion de la pression d'éclatement. En outre, l’étude a révélé que les incertitudes associées à la pression interne et à l'épaisseur des couches circonférentielles affectent de manière significative la fiabilité de la structure et peuvent conduire à une réduction de la marge de sécurité et à la défaillance du réservoirItem Contribution à l'analyse de la fiabilité et des défaillances des trépans de forage dans les systèmes de forage rotatifs(Université M'Hamed Bougara Boumerdès : Faculté de Technologie, 2024) Kessai, Idir; Benammar, Samir(Directeur de thèse)En forant un puits d'exploration ou bien d'exploitation, le système de forage pourrait être sujet à de nombreux problèmes et phénomènes qui le rendent inefficace pour achever les opérations de forage dans les délais qui leur avaient été accordés. Parmi ces problèmes, les défaillances des trépans de forage ont tendance à se manifester fréquemment sur pas mal de chantiers pétroliers. Dans ce contexte, la présente thèse vise à analyser et à évaluer la fiabilité et les défaillances de ces trépans en se servant de plusieurs approches telles que le modèle masse-ressort, la méthode des éléments finis et l'apprentissage profond.