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Section 60 - Mécanique, génie mécanique, génie civil

Les thèses se rapportant à la section CNU "Section 60 - Mécanique, génie mécanique, génie civil"

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  • Développement de techniques de mesure de surfaces libres par moyens optiques : application à l'analyse de l'écoulement généré par un modèle de bateau en bassin des carènes    - Gomit Guillaume  -  02 décembre 2013

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    Le développement de techniques de mesure optiques de surfaces libres permettant la mesure des ondes générées par un modèle de navire en bassin des carènes est proposé dans ce mémoire. Trois méthodes, toutes basées sur un système de prises de vues stéréoscopiques, sont présentées. La première repose sur l'emploi de procédures d'inter-corrélation des images des caméras composant le système de stéréovision. La seconde s'appuie sur la théorie de la réfraction de la lumière au travers de l'interface air/eau. La troisième méthode est basée sur l'identification des projections de faisceaux laser sur la surface libre vue par un système stéréoscopique. Ces méthodes sont appliquées à la mesure du champ de vague autour d'un modèle de navire tracté dans le bassin des carène de l'Institut Pprime et dans un bassin des carènes de grande taille (B600 de la DGA Techniques hydrodynamique) et permettent la reconstruction et l'analyse du sillage. Les principales caractéristiques des champs de vagues et leurs dépendances au nombre de Froude sont étudiées en détail. Afin de compléter l'étude de l'écoulement généré par le modèle de navire, des mesures de PIV stéréoscopique autour de la carène, des mesures spécifiques de la vague d'étrave et des simulations numériques sont réalisées. L'ensemble de ces données permettent l'analyse de champs de vitesse tridimensionnelle proche de la coque et l'identification du lien des caractéristiques du champ de vague de l'étrave jusqu'au champ lointain.

  • Étude et modélisation des transferts hydriques et thermiques au sein des matériaux inorganiques poreux : application aux matériaux du patrimoine bâti ancien, exemple de l'Hypogée des Dunes à Poitiers et de la crypte de l'abbatiale de Saint-Savin-sur-Gartempe    - Merckx Benoit  -  22 novembre 2013

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    Dans le cadre de la conservation et de la réhabilitation des bâtis anciens, les matériaux utilisés pour leur construction doivent être caractérisés vis-à-vis de leurs propriétés de transferts thermiques et hydriques. La première étape du travail de recherche a concerné la mise au point d'un capteur de conductivité thermique et de teneur en eau des matériaux inorganiques poreux (pierres, bétons, enduits) constitutifs des monuments. Les méthodes d’investigation doivent rester non intrusives. Dans cet objectif, la voie suivie a été d'adapter la mesure de conductivité thermique par une méthode simplifiée du fil chaud, précédemment développée pour les fluides corrosifs, aux pierres de taille utilisées dans le bâti ancien. Afin de transférer cette technologie des fluides vers les solides, plusieurs étapes ont été effectuées : (1) des mesures avec le fil intégré, (2) des mesures de surface, (3) estimation de l'influence de la rugosité de la surface et (4) utilisation de la méthode pour l'estimation de la teneur en eau des matériaux tests. La seconde étape de la recherche a consisté en deux suivis microclimatiques effectués sur deux sites historiques : l'Hypogée des Dunes et l'abbatiale de Saint-Savin-sur-Gartempe. Le travail de thèse a consisté à évaluer l'impact des travaux effectués sur les conditions climatiques dans l'hypogée, et à déterminer l’influence des variations climatiques sur la formation d'un voile biologique dans la crypte de Saint-Savin. Pour ce faire, l'analyse corrélatoire est appliquée au traitement des donnés climatiques.

  • Contribution à la manipulation dextre dynamique pour les aspects conceptuels et de commande en ligne optimale    - Rojas Quintero Juan Antonio  -  31 octobre 2013

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    Nous nous intéressons à la conception des mains mécaniques anthropomorphes destinées à manipuler des objets dans un environnement humain. Via l'analyse du mouvement de sujets humains lors d'une tâche de manipulation de référence, nous proposons une méthode pour évaluer la capacité des mains robotiques à manipuler les objets. Nous montrons comment les rapports de couplage angulaires entre les articulations et les limites articulaires, influent sur l'aptitude à manipuler dynamiquement des objets. Nous montrons également l'impact du poignet sur les tâches de manipulation rapides. Nous proposons une stratégie pour calculer les forces de manipulation en bout de doigts et dimensionner les moteurs d'un tel préhenseur. La méthode proposée est dépendante de la tâche visée et s'adapte à tout type de mouvement dès lors qu'il peut être capturé et analysé. Dans une deuxième partie, consacrée aux robots manipulateurs, nous élaborons des algorithmes de commande optimale. En considérant l'énergie cinétique du robot comme une métrique, le modèle dynamique est formulé sous forme tensorielle dans le cadre de la géométrie Riemannienne. La discrétisation temporelle est basée sur les Éléments Finis d'Hermite. Nous intégrons les équations de Lagrange du mouvement par une méthode de perturbation. Des exemples de simulation illustrent la superconvergence de la technique d'Hermite. Le critère de contrôle est choisi indépendant des paramètres de configuration. Les équations de la commande associées aux équations du mouvement se révèlent covariantes. La méthode de commande optimale proposée consiste à minimiser la fonction objective correspondant au critère invariant sélectionné.

  • Modélisation de la lubrification des surfaces texturées. Application à la butée en régime hydrodynamique    - Gherca Andrei  -  03 octobre 2013

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    La compréhension et la modélisation d'un contact lubrifié en présence de texturation nécessitent une description physique très fine pour comprendre les analyses contradictoires et pour expliquer les résultats très différents en termes de performance présentes dans la littérature internationale. De nombreuses études théoriques et expérimentales ont montré que la texturation des surfaces pourrait améliorer les caractéristiques tribologiques des contacts. La capacité de charge, le coefficient de frottement et la résistance à l'usure sont les principales caractéristiques susceptibles d'être améliorées. La texturation de surface fait appel à de nombreux paramètres géométriques, qui peuvent agir de façon très différente selon le contact. Enfin, les phénomènes supposés expliquer l'apport de la texturation ne font pas l'unanimité dans la communauté scientifique. Ainsi, les différentes contradictions font que ce domaine de recherche est en pleine évolution. Dans ce contexte scientifique, l'objectif principal de cette thèse est de conduire, à travers une étude théorique et numérique approfondie, vers une meilleure compréhension des effets induits par la texturation dans un contact lubrifié. Les paramètres géométriques, essentiels par rapport aux phénomènes physiques générés, font l'objet d'une analyse étendue. Les éléments théoriques obtenus à travers cette étude permettront une optimisation opérationnelle de tous types de dispositifs fonctionnant dans un milieu lubrifié. Parmi ces nombreuses applications, la butée en régime hydrodynamique a été choisie afin d'illustrer la pertinence des résultats de nos recherches.

  • Modélisation de l'interaction entre le coussinet et le corps de bielle    - Nguyen Thiet Lap  -  02 octobre 2013

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    La tête de bielle n'est pas un solide mono-corps mais un solide multi-corps. Le serrage non-adapté des vis d'assemblage et les discontinuités des solides peuvent produire des phénomènes indésirables comme le glissement du coussinet dans son logement. Malgré des logiciels de calculs performants permettant de prédire le comportement des paliers il existe encore de nombreuses avaries notamment liées aux contacts entre le coussinet et son logement. La difficulté de la modélisation du contact coussinet/logement réside principalement dans l'interaction entre les différents solides et les conditions de fonctionnement. Cette étude propose une solution pour analyser ce problème par couplage entre un logiciel de calcul élatohydrodynamique (ACCEL) et un logiciel permettant le calcul du contact avec frottement entre les coussinets et le corps de bielle (ABAQUS). Après une étude bibliographique des études antérieures dédiées à la modélisation numérique et expérimentale des paliers de tête de bielle, la première partie est dédiée à une description des modèles numériques utilisés pour prédire le comportement élastohydrodynamique de paliers lubrifiés ainsi que les techniques employées pour étudier le contact sec avec frottement en mécanique. La deuxième partie présente la solution adoptée pour réaliser le couplage entre le logiciel ACCEL et le logiciel ABAQUS. Le modèle a été premièrement validée dans le cas d'un palier soumis une charge tournante. Par la suite, plusieurs calculs paramétriques, réalisés sur un cas type de palier de tête de bielle, nous ont permis de montrer l'influence des conditions de fonctionnement (diagramme de charge, vitesse de rotation, etc.) ainsi que d'autres caractéristiques de la bielle (coefficient de frottement, épaisseur du coussinet, etc) sur le comportement du palier et plus précisément sur le glissement relatif entre les coussinets et le corps de bielle.

  • Analysis of thermal effects in circumferential groove journal bearings with reference to the divergent zone    - Cristea Alex Florian  -  12 décembre 2012

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    Ce travail porte sur l'étude des effets thermiques dans un palier hydrodynamique, alimentée par une rainure circonférentielle (CGJB) sous charge statique, en tenant compte des phénomènes de rupture de film dans la zone divergente. La recherche expérimentale a été réalisée à l'Université de Poitiers ; elle a permis une détermination minutieuse des champs de pression et de température sur la portée située à l’avant d’un CGJB et dans la section médiane de sa rainure. Ces mesures sous un régime stationnaire sont originales par rapport celles existantes, quel que le type de palier, de par le grand nombre de points de mesure, 180 pour la pression et 144 pour la température, l'instrumentation de haute précision, la large plage de conditions d'exploitation (pression spécifique variant de 0,125 à 2 MPa et vitesse linéaire de l’arbre allant de 5,25 à 21 m/s). Des études du régime transitoire de démarrage au régime stationnaire établi ont été effectuées pour de faibles charges. Des expériences effectuées à l'Université "Politehnica" de Bucarest ont montré une bonne corrélation entre la perte de portance, anti-portance et la rupture du film sur un patin Rayleigh (RSP), ce qui est essentiel pour l'évaluation des phénomènes de rupture dans les paliers. Quelques modèles théoriques ont été utilisés pour évaluer les risques de serrage au démarrage qui est une instabilité thermoélastique catastrophique. Les principaux résultats sont l’obtention d’une base fiable de données expérimentales permettant le développement des modèles théoriques avancés et l’infirmation d’une répartition de pression constante dans la zone divergente et de pression et température constantes dans la rainure d'alime

  • Optimisation de la lubrification des paliers de tête de bielle : démarche méthodologique    - Lavie Thomas  -  29 novembre 2012

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    Le but de ce travail est de proposer une démarche structurée pour l'étude des liaisons lubrifiées bielle/vilebrequin. Bien que cette source de déperdition énergétique ne soit pas primordiale, il n'en est pas moins vrai que la maîtriser est un enjeu pour les motoristes. Les normes anti-pollution imposées aux constructeurs automobiles étant de plus en plus strictes, un effort doit être réalisé sur l’ensemble des composants afin de réduire de façon significative les pertes d’énergie dans les moteurs. La tendance actuelle est à la diminution de la viscosité du lubrifiant, toutefois ce n'est pas sans conséquence sur l'intégrité des liaisons. La démarche proposée, qui s'appuie sur un logiciel TEHD consiste à utiliser la méthode des plans d’expériences afin de créer des métamodèles de la puissance dissipée et de la sévérité du cas traité. Une optimisation multi-objectifs (déperdition et sévérité) par algorithme évolutionnaire et utilisant les métamodèles est ensuite menée afin de déterminer les combinaisons de facteurs offrant les meilleurs compromis par rapport à ces deux objectifs. La méthodologie proposée s'avère pertinente puisque des modèles analytiques simples se substituent très avantageusement aux lourds calculs TEHD. Afin de valider le logiciel TEHD sur l'évaluation des puissances dissipées, une comparaison numérique/expérimentale est conduite sur un banc d’essais permettant de reproduire les conditions réelles de fonctionnement des bielles dans les moteurs.

  • Contribution à l'analyse des paliers fluides et des joints d'étanchéité utilisés dans les turbopompes spatiales    - Hassini Mohamed Amine  -  22 novembre 2012

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    La conception des turbomachines à haute densité énergétique nécessite de plus en plus la maîtrise d'un plus grand nombre de paramètres fonctionnels. La moindre défaillance d'un composant conduit quasi immédiatement la machine à la rupture. C'est en particulier le cas pour le comportement des composants à films minces. L'appellation "film mince" correspond à tout espace de très faible épaisseur situé entre le rotor et le stator de la turbomachine. Leur but est soit de limiter les fuites de manière à optimiser les performances intrinsèques de la machine, soit alors à supporter et stabiliser le rotor. Ces derniers cas sont plus appelés communément "joints lisses ou annulaires" et "paliers fluides". Lorsqu'un fluide circule dans un espace de très faible épaisseur, typiquement quelques centièmes de millimètres sur une distance très longue, son champ de vitesses, donc de pression, dépend fortement des phénomènes visqueux aux parois dont l'une est mise en rotation et l'autre est immobile. Les efforts fluides sur ces parois peuvent être alors importants et doivent être pris en compte dans le dimensionnement de la machine. La connaissance précise de ces écoulements très complexes est indispensable pour déterminer les efforts statiques et dynamiques appliqués au rotor de manière à pouvoir dimensionner un fonctionnement calme.

  • Écoulements induits en guide d'onde acoustique fort niveau    - Reyt Ida  -  20 novembre 2012

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    La propagation d'une onde acoustique en guide est associée, pour de forts niveaux, à un certain nombre de phénomènes de l'acoustique non linéaire. Parmi ces phénomènes, les écoulements redressés (ou vent acoustique), l'effet d'une discontinuité et la transition à la turbulence, à l'étude dans ce mémoire, sont associés à la génération d'écoulements induits. L'étude expérimentale de ces phénomènes repose sur l'adaptation des méthodes de vélocimétrie Laser : Vélocimétrie Laser par effet Doppler (VLD) et Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) à la mesure des différents écoulements. Ainsi, des mesures PIV en sortie de convergent, viennent compléter des mesures VLD réalisées antérieurement. Dans l'espoir de mieux appréhender les spécificités de la transition à la turbulence en guide d'onde acoustique, l'évolution de la couche limite de Stokes est étudiée pour des amplitudes de vitesse acoustique croissantes. Une étude expérimentale des écoulements redressés dans un guide d'onde à section carrée est proposée et les spécificités liées à cette géométrie sont recherchées. En outre, l'évolution des tourbillons du vent acoustique en guide d'onde cylindrique est analysée lorsque le vent devient rapide et certains facteurs pouvant être à l'origine de cette évolution sont modifiés. La répartition harmonique dans le guide est ainsi modifiée, puis l'influence des conditions thermiques est abordée en couplant les mesures de vitesses à des mesures de température moyenne dans le guide et en paroi. Une comparaison avec des résultats issus de simulations numériques permet de conforter l'évolution des écoulements redressés observée.

  • Adaptation de la méthode de projection de franges pour la mesure du relief de grands objets et pour la modélisation anthropométrique : application à l'étude de flotteurs sous pression et au suivi de pathologie de l'abdomen    - Leandry Ismaëlle  -  12 novembre 2012

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    L'étude proposée porte sur l'adaptation d'une méthode de mesure optique à la mesure de la topologie d'objet de grandes dimensions et à une distance de travail proche. La méthode optique utilisée est la projection de franges car elle permet l'étude de grands objets. Dans un premier temps, des essais expérimentaux ont été réalisés pour évaluer l'exactitude du développement actuel ; ce dernier utilisant une analyse de franges s'appuyant sur la combinaison d'une méthode quasi-hétérodyne utilisant une transformation de Fourier et d'une méthode de code gray. Après avoir quantifié les erreurs et déterminé leurs sources, le choix du développement d'une procédure d'étalonnage et de nouvelles équations associées à cette procédure se sont imposés. Le nouvel étalonnage est quant à lui basé sur une interpolation polynomiale de points définissant un volume de grandes dimensions. Un objet étalon a été spécialement conçu pour cette procédure de calibration. Pour évaluer l'erreur du à la calibration, une étude systématique de cas de polynômes dont le plus haut degré varie de 1 à 4 a été effectué. Cette approche a permis de déterminer le degré optimal du polynôme à utiliser. Dans le meilleur cas, l'estimation de l'erreur a permis d'évaluer la précision de l'étalonnage à 1 mm sur un objet de 2 m évalué à une distance de 2 m. La méthode a été par la suite appliquée, dans un cadre industriel à l'étude de flotteurs et dans un cadre médical à l'étude du relief de la paroi abdominale. D'un point de vue médical, cette méthode permet d'obtenir rapidement et facilement la morphologie du corps humain. Elle permet aussi d'effectuer un meilleur suivi des pathologies morphologiques des patients.

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