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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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  • Impact d'une pollution des lubrifiants par de l'eau sur le fonctionnement des organes de guidage des machines tournantes    - Harika Elias  -  13 décembre 2011

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    La littérature montre que la présence de l'eau dans les lubrifiants a de nombreux effets nocifs sur la lubrification. Parmi ces effets, la modification de la viscosité du lubrifiant s'avère la plus dangereuse pouvant aboutir à une défaillance complète du système de lubrification et/ou du composant. De plus, la littérature manque d'études précises qui décrivent la progression de la défaillance avec le temps écoulé après la contamination du circuit de lubrification par de l'eau. Ce travail présente une étude à court terme de l'effet de la contamination par de l'eau du lubrifiant d'une butée hydrodynamique à patins oscillants. La partie expérimentale montre que la présence de 10% d'eau en masse peut ne pas être nuisible à la lubrification. Ce résultat est conditionné par la structure du mélange huile/eau et par le régime de fonctionnement de la butée. Un travail théorique est également conduit dans le but de modéliser l'effet de ce type de contamination sur le comportement de la butée. Celui-ci se base sur l'approximation d'un fluide homogène à l'échelle du film lubrifiant. En effet, le mélange huile/eau est considéré comme une émulsion d'eau dans l'huile. Ainsi, une modélisation de la viscosité de cette émulsion en fonction de la concentration d'eau est réalisée dans une première étape. Cette modélisation a servi ensuite dans le développement d'une théorie de calcul des performances de butées à patins oscillants. Les résultats numériques et expérimentaux montrent les mêmes ordres de grandeur de la variation des caractéristiques des butées due à la présence de l'eau. Cette dernière s'avère ainsi non dangereuse sur la réponse statique de la butée étudiée à court terme.

  • Étude expérimentale et numérique du comportement EHD des joints à hélices en PTFE    - Chiad Mustapha  -  12 décembre 2011

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    Une part importante des systèmes d'étanchéité eest constituée depuis plusieurs décennies par des joints en polymère, aussi bien sur les liaisons statiques (joints toriques, membranes, ...) que pour assurer l'étanchéité de pièces en mouvement (joints à lèvre,...). Par ce travail, nous avons contribué à la mise au point d'une première modélisation d'un organe d'étanchéité dynamique en PTFE, à savoir le joint à hélice circulaire. Nous avons donc modélisé cet organe en procédant ainsi : nous avons déterminé les caractéristiques (E, ν) du matériau utlisé pour fabriquer le joint puis nous avons mesuré sa géométrie fine et caractérisé avec précision son état de surface. Ensuite, nous avons entrepris le calcul de structure avec MSC Marc, afin de modéliser la phase de montage du joint sur l'arbre. Ce travail nous a permis d'accéder à la géométrie déformée du joint, aux différentes largeurs de contact et à la force radiale qu'exerce l'arbre sur le joint. Pour finir, nous avons élaboré la matrice de souplesse qui permet de traduire l'interaction fluide-structure. Tous ces éléments sont indispensables à une modélisation fiable et performante. Cette modélisation est basée sur l'équation de Reynolds modifiée. Cette dernière a été écrite dans le repère adéquat et discrétisée en éléments finis. Une procédure basée sur la méthode de Newton-Raphson a permis de résoudre ce problème fortement non linéaire. Des essais expérimentaux réalisés avec rigueur ont permis la validation du modèle proposé.

  • Modélisation de la lubrification mixte et du comportement thermique des garnitures mécaniques    - Nyemeck André Parfait  -  09 décembre 2011

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    Les garnitures mécaniques sont des composants utilisés pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées principalement de deux anneaux plans (le rotor et le stator), dont l'interface, qui constitue la barrière d'étanchéité, est lubrifiée par un film fluide. Le fonctionnement optimal est obtenu en minimisant à la fois la fuite et l'usure. Cela correspond à une épaisseur de film de l'ordre du micromètre, et à un régime de lubrification mixte. L'étude bibliographique présentant l'état de l'art a permis de justifier l'utilisation d'une approche multi-échelles pour traiter le problème de lubrification mixte. Une autre partie de cette bibliographie a permis d'identifier les modèles thermiques à mettre en œuvre. Le modèle multi-échelles développé pour l'étude de la lubrification mixte des garnitures mécaniques est ensuite présenté. Ce dernier utilise les surfaces numériquement générées et consiste à décomposer le domaine d'étude en plusieurs sous-domaines. L'équation de Reynolds prenant en compte la cavitation dans le fluide est résolue par la méthode des volumes finis à l'échelle micrométrique dans les sous-domaines de même que le contact normal hertzien des aspérités. Une échelle macroscopique est introduite pour connecter les conditions aux limites aux bornes des sous-domaines. Un champ de pression macroscopique est ainsi obtenu en assurant la conservation globale du débit. Ce modèle prend également en compte, à l'échelle macroscopique, le comportement Thermo-Elasto-HydroDynamique (TEHD) dans les garnitures mécaniques. La discrétisation des équations de chaleur et de déformation est effectuée grâce à la méthode des éléments finis pour une géométrie...

  • Etudes expérimentales de paliers aérostatiques hybrides et des paliers aérodynamiques à feuilles    - Rudloff Laurent  -  30 novembre 2011

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    Le travail présenté dans cette thèse est effectué sur deux bancs d'essais différents. Avec le premier banc d'essais, les caractéristiques dynamiques d'un palier aérostatique à air sont étudiées expérimentalement pour une configuration en rotor rigide. Le rotor est entraîné en rotation à 60 krpm par une turbine Pelton et monté horizontalement sur deux paliers aérostatiques identiques alimentés en air jusqu'à des pressions de 11 bar. La charge dynamique est appliquée soit par l'impact d'un marteau, soit par un balourd additionnel. Le banc d'essais permet la mesure de la pression et du débit d'alimentation des paliers, de la vitesse de rotation, la force d'impact, des déplacements dans les deux paliers, et de l'accélération des paliers. Ces données expérimentales et les équations du PFD appliquées au rotor permettent l'identification des coefficients dynamiques des paliers. Une validation de ces coefficients dynamiques expérimentaux est réalisée grâce à la réponse au balourd. La seconde partie, sur le second banc d'essais, présente les résultats d'une étude expérimentale des caractéristiques statiques et dynamiques d'un palier à feuilles de génération 1. Le banc d'essais est de type palier flottant, et peut atteindre des vitesses de 40 krpm. Deux modules différents sont utilisés pour mesurer les grandeurs de démarrage et les coefficients dynamiques. Avec le premier module, le banc d'essais peut mesurer les couples de démarrage. Dans sa seconde configuration, un module différent permet l'identification des coefficients dynamiques du palier à feuilles. Les coefficients de raideur et d'amortissement sont identifiés à partir des impédances complexes et permettent le calcul des fréquences propres. Les résultats expérimentaux montrent que les caractéristiques du palier testé ont une faible dépendance à la vitesse de rotation, mais varient avec la fréquence d'excitation.

  • Contribution à la manipulation dextre et à la synthèse de prise en vue de la commande de mains mécaniques    - Daoud Naël  -  10 octobre 2011

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    Le travail présenté concerne la manipulation d'objet avec des mains robotiques. Ce mémoire contribue à la mise en oeuvre d'une plateforme expérimentale dédiée à la manipulation dextre avec une main mécanique à 4 doigts et 16 actionneurs. Une grande partie de ce travail a été effectué dans le cadre d'un projet soutenu par l'ANR intitulé ABILIS. En premier, la mise en situation spatiale de la main à l'extrémité d'un bras manipulateur est présentée. Une nouvelle commande a été développée et une modélisation du système bras-main dans son environnement a été réalisée pour permettre la simulation et le pilotage de l'ensemble. Ensuite, le problème complexe de la synthèse de prise est traité. Pour résoudre ce problème, on procède en deux étapes : la configuration de la main par rapport à l'objet est résolue avec un système expert, et ensuite la configuration des doigts sur l'objet est résolue à l'aide d'une approche évolutionnaire utilisant un algorithme génétique. Nous avons pu évaluer et comparer notre approche roboticienne avec une approche neuroscientiste ; à l'issue de ces travaux nous proposons une nouvelle approche mixte pour la résolution du problème de la synthèse de prise. Enfin, une stratégie générale permettant de réaliser une tâche de manipulation fine en bout de doigt est proposée. La manipulation d'amplitude importante conduit rapidement à des situations de blocage (butées, collisions) ; nous proposons une approche originale qui permet de résoudre ce problème en repositionnant les doigts sur l'objet, et ainsi de poursuivre la manipulation. L'ensemble de ces travaux est illustré par de nombreux résultats expérimentaux permettant de valider les approches proposées.

  • Analyse des étanchéités annulaires à bague flottante    - Nguyen Manh Hung  -  04 mars 2011

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    Les étanchéités annulaires à bagues flottantes permettent de réduire de manière significative les fuites dans les machines tournantes fonctionnant avec des gaz ou des fluides cryogéniques. Leur intégration dans la machine n'est pas simple car le fonctionnement correct suppose que la bague flottante soit capable de suivre les vibrations du rotor. Le travail présenté est constitué de deux parties. La première partie consiste de l'analyse du comportement statique et dynamique du joint annulaire qui constitue l'étanchéité principale. Le modèle développé est basé sur un modèle de film mince dominé par des forces d'inertie accompagné d'une forme en enthalpie totale de l'équation de l'énergie. Ce modèle permet la prise en compte du changement de phase dans les fluides cryogéniques. La réponse dynamique du joint annulaire est exprimée sous forme des coefficients dynamiques linéaires. Ces coefficients varient avec le régime de fonctionnement du joint annulaire (excentricité, pression amont/aval et vitesse de rotation) mais ne dépendent pas de la fréquence d'excitation. La deuxième partie est dédiée à la mise au point d'un modèle dynamique. La bague flottante est soumise aux forces fluides engendrées par l'écoulement dans le joint annulaire (l'étanchéité principale), aux forces de frottement mixte entre son nez et le stator (l'étanchéité secondaire est similaire à un joint à faces radiales) et aux forces d'inertie dues à son poids propre. Le rotor joue le rôle d'une excitation externe. Un modèle approprié est développé pour chacune des ces forces. Sont développés deux modèles dynamiques. Le premier modèle est basé sur l'hypothèse que la bague flottante suit le rotor suivant...

  • Localisation de source acoustique en soufflerie anéchoïque par deux techniques d'antennerie : formation de voies et retournement temporel numérique    - Padois Thomas  -  31 janvier 2011

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    Le développement croissant des moyens de transport a engendré des nuisances sonores en zone urbaine et périurbaine. Pour pallier ce problème les industriels sont amenés à effectuer des études en vue de la réduction du bruit. La première étape de ce travail consiste à localiser les zones responsables de la production sonore. Le traitement d'antenne microphonique associé à la formation de voies (beamforming) est une méthode classique et robuste de localisation de sources sonores. Dans le cas de sources aéroacoustiques, cette technique d'imagerie peut être appliquée in situ, engendrant un coût important, ou en soufflerie anéchoïque. L'application de cette technique à des mesures en soufflerie permet ainsi de localiser des sources de bruits dans un écoulement, mais les effets de l'écoulement sur la propagation doivent être pris en compte pour une localisation optimale. Une expérience de localisation de source est mise en place dans la soufflerie anéchoïque Eole afin de valider le traitement par formation de voies associé aux corrections des effets de l'écoulement. Deux modèles correctifs distincts sont testés (modèle d'Amiet et modèle de Koop). Les résultats montrent que cette technique permet d'estimer très précisément la position de la source acoustique. De plus, nous montrons que les effets de l'écoulement sur la propagation sont bien indépendants de la longueur d'onde acoustique. Cependant, les moyens techniques limitent l'étude sur la localisation de source à de faibles vitesses, ainsi un code numérique résolvant les équations d'Euler linéarisées est utilisé afin de simuler des conditions d'écoulement plus diverses. Nous mettons en évidence que le décalage apparent...

  • Etude de la transition solide-liquide au sein d'un fluide thixotrope    - Zarrouk Ziad Ben Mohamed  -  14 décembre 2010

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    Ce travail propose un modèle mathématique permettant de décrire le comportement thixotrope des suspensions de laponite. Ce modèle de comportement est élaboré afin de contrôler les propriétés physicochimiques de la suspension. Dans un premier temps, nous avons utilisé un modèle simple cinétique découlant directement du modèle d'Herschel-Bulkley. Par la suite nous avons mis en avant le modèle à double cinétique développé au cours de ce travail. Par la suite grâce aux techniques de mesures rhéologiques classiques, les protocoles de détermination des paramètres de ces deux modèles ont été mis en place. Une étude à l'échelle locale du comportement du fluide permettait de mieux comprendre comment s'organise la structure de la suspension en écoulement. Dans cette perspective nous avons, grâce à la technique de vélocimétrie par images de particules (PIV), réalisé des mesures de champs de vitesses locales. Ceci nous a permis d'observer le comportement de la suspension dans ses différents états, en écoulement et au repos. De plus, cette étude nous a permis de mettre en évidence dans le cas de la géométrie employée "disques coaxiaux", la formation d'un cône statique dont la taille dépend de la vitesse imposée au disque tournant. L'étude de la validité et de la bonne adéquation du modèle développé passe par une étude comparative mettant en jeux d'une part le modèle déjà existant d'Herschel-Bulkley et notre modèle. Une étude numérique faisant appel au code de calcul commercial Star-CD a été effectuée. Les deux modèles utilisés ont été introduits dans le code et des simulations ont été effectuées. La comparaison entre les résultats des mesures de PIV et les simulations ont mis en évidence que le modèle mis en place est plus représentatif de la physique de l'écoulement de la suspension de laponite que le modèle d'Herschel-Bulkley.

  • Etude d'un jet rectangulaire supersonique à nombre de Mach 1.45 vectorisé par actionneur fluidique    - Jaunet Vincent  -  13 décembre 2010


  • Etude en fretting, sous conditions thermiques et vibratoires sévères, de paliers avec butées en matériaux carbonés imprégnés en contact avec des arbres en acier ou en alliage de titanes nitrurés    - Sylvestre Manuel  -  07 décembre 2010

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    De nombreux assemblages mécaniques sont soumis à des sollicitations vibratoires occasionnant des déplacements de faibles amplitudes entre les pièces en contact sec (fretting). Les micro-glissements entre les surfaces provoquent des dégradations susceptibles d'altérer la fiabilité des structures. L'étude présentée a pour objectif d'améliorer la compréhension des phénomènes tribologiques dans un contact arbre / palier avec butée soumis à ce type de sollicitations et a des contraintes thermiques importantes. Le contact se trouvant dépourvu de lubrification fluide ce sont les matériaux le composant qui ont pour rôle d'accommoder les déplacements entre les surfaces. Pour ce faire du carbone amorphe et du graphite sont utilisés pour confectionner les paliers mis en contact contre des arbres en acier et en alliage de titane. Pour améliorer les propriétés tribologiques du système des imprégnations à base de métaux mous et de polymère ont été testés sur les matériaux carbonés. L'imprégnation des ces composés entraine des conséquences variables. Il a été observé qu'elle était plus efficace avec une structure de type graphite, et que les diverses imprégnations se comportaient différemment vis à vis des conditions thermiques sévères. Une nitruration plasma de l'acier et de l'alliage de titane à également été testée pour améliorer les propriétés tribologiques du système. Le traitement est très efficace sur l'alliage de titane, il augmente ses propriétés de résistance à l'usure et d'adhésion. Pour l'acier les résultats sont moins sensibles à cause d'une augmentation de la rugosité de surface de ce dernier lors du traitement qui entraine une abrasion accélérée des composés carbonés.

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