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SIMMEA - Sciences et ingénierie en matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique

Les thèses soutenues à l'école doctorale "SIMMEA - Sciences et ingénierie en matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique"

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143 ressources ont été trouvées. Voici les résultats 131 à 140
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  • Réduction du frottement et amélioration de la fiabilité de la lubrification des paliers avec des huiles de moteurs automobiles    - Kasai Moritsugu  -  12 avril 2010

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    Du point de vue de la prévention du réchauffement global, il a été nécessaire d'améliorer le rendement des moteurs thermiques en agissant sur la nature des huiles de moteur. D'une part, le règlement sur l'utilisation du plomb dans les matériaux de paliers a été mis en place dans le but d'empêcher la pollution par les métaux lourds. Le développement de matériaux de paliers sans plomb fut donc nécessaire. Bien que l'efficacité d'abaisser la viscosité de l'huile soit très grande, trop peu de recherches ont été réalisées dans ce domaine en raison des incidences sur la lubrification des paliers de moteur. Un dispositif d'essais pour les paliers de moteurs automobiles a été développé afin d'évaluer l'efficacité en termes de frottement et la fiabilité des huiles de moteur. Les performances de composants de lubrifiants tels que les huiles de base, les modificateurs de frottement et les polymères ont été évaluées à l'aide de la machine d'essais développée sur divers paliers. En outre, l'effet du polymère a été analysé expérimentalement et numériquement en régime thermo-hydrodynamique, en collaboration avec l'université de Poitiers. Les résultats ont confirmé que l'efficacité en termes de frottement et la fiabilité de la lubrification des paliers dépendent du type de composants du lubrifiant et varient avec la nature des matériaux des paliers. Ainsi, il est montré que le choix judicieux des composants du lubrifiant, en considérant le type de matériaux de palier employés, améliore les performances des paliers.

  • Caractérisation hydrodynamique des films minces lubrifiants en présence de surfaces texturées    - Zerarka Abdelmalik  -  15 mars 2010

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    La présente étude consiste à analyser l'influence de la profondeur et de la densité surfacique des trous cylindriques sur les coefficients dynamiques et le débit de fuite d'un joint annulaire texturé. Pour cela, cette étude se divise en deux parties. Une première partie est dédiée à analyser expérimentalement à l'aide de maquettes à l'échelle 10/1, d'une part l'écoulement axial (écoulement de type Poiseuille) et d'autre part l'écoulement circonférentiel (écoulement de Couette) du film mince d'un joint annulaire en présence de trous cylindriques. L'étude expérimentale est effectuée pour une texture présentant une densité surfacique de trous cylindriques γ=44%, de diamètre D=31,75mm et pour trois profondeurs : 20mm, 15mm et 10mm. Une transition de la topologie de l'écoulement dans les cavités cylindriques lorsque le nombre de Reynolds augmente a été mise en évidence. Elle est caractérisée par une dissymétrisation significative des structures tourbillonnaires de l'écoulement. Elle montre également, que pour cette configuration géométrique de la texture, la profondeur des cavités cylindriques influence faiblement l'écoulement dans le film mince. La seconde partie consiste à déterminer les coefficients dynamiques et le débit de fuite en fonction de la densité surfacique et de la profondeur des trous cylindriques d'un joint annulaire par la résolution complète des équations du film mince dominé par des forces d'inertie. La comparaison des données cinématiques extraites des simulations numériques et des expériences montre que l'utilisation d'un modèle de turbulence de type k-epsilon est une approximation suffisante si la topologie de l'écoulement reste symétrique ou que la densité surfacique en trous cylindriques reste relativement faible. Dans les autres cas, cette étude constitue une première approche dans la recherche d'un modèle de turbulence plus adaptée.

  • Etude de stratégies de contrôle du tremblement transsonique sur voilure supercritique    - Browaeys Gaëtan  -  10 mars 2010

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    L'étude porte sur le contrôle actif du phénomène de tremblement transsonique sur une voilure supercritique par l'utilisation de deux stratégies de contrôle : thermique et pneumatique. Des simulations numériques de l'écoulement naturel obtenues par résolution des équations de Navier-Stokes moyennées ont permis la restitution des différents régimes (avec ou sans tremblement) en bonne cohérence avec les données expérimentales. Les observations des champs moyens, des champs turbulents et des signaux de pression permettent d'établir le principe de fonctionnement et les performances des actionneurs. Le tremblement transsonique est alors soit repoussé soit supprimé autorisant ainsi l'élargissement du domaine de vol des aéronefs. L'étude paramétrique des deux actionneurs est réalisée aussi bien en mode de fonctionnement continu que rétroactif. Une campagne d'essai consolide et approfondie les résultats obtenues avec la stratégie pneumatique.

  • Etude expérimentale d'un jet pulsé dans un écoulement transverse à faible nombre de Reynolds : influence de l'excitation sur le mélange et sur la dynamique tourbillonnaire    - Vernet Romain  -  11 janvier 2010

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    Le but de l'étude est l'analyse d'un écoulement généré par l'interaction entre un jet pulsé et un courant principal. Le nombre de Reynolds caractérisant l'écoulement est de 500 et le rapport des vitesses des deux fluides est égal à un. Le forçage est de type sinusoïdal avec une amplitude comprise entre zéro et deux fois la vitesse moyenne du jet. Le paramètre étudié est l'influence de la fréquence de pulsation sur une gamme de 0 à 10 Hz. Une première approche permet à l'aide de visualisations par colorants de caractériser les écoulements générés afin de les classifier en deux catégories. Ces régimes sont séparés par une fréquence caractéristique étant très proche de celle des tourbillons dans le sillage d'un jet continu. La suite du travail consiste en une étude qualitative sur trois fréquences représentatives de ces régimes caractéristiques. L'analyse est effectuée sur des données expérimentales de vélocimétrie par images de particules stéréoscopique (SPIV) et de fluorescence induite par laser (PLIF), ainsi qu'une méthode couplée des deux techniques. Dans un premier temps, une comparaison est faite entre les jets pulsés et le jet continu sur la topologie de la dynamique tourbillonnaire à proximité de la sortie du jet ainsi que dans les zones de sillage. L'étude des différents axes caractéristiques ainsi qu'une étude fréquentielle permettent de mettre en évidence la formation et les trajectoires des tourbillons engendrés par la pulsation. Ensuite, différents critères appliqués sur les champs de concentration favorisent la quantification du mélange et de son efficacité. Le couplage avec les mesures de vitesse offre une explication aux phénomènes liés aux zones stagnantes sous le jet et à la rapidité du processus de mélange. Enfin, la dernière partie est consacrée à une analyse des structures dominantes de l'écoulement à l'aide de la décomposition aux valeurs propres (POD). Après la compréhension de l'organisation des premiers modes spatiaux, une technique de reconstruction tridimensionnelle de l'écoulement est réalisée sur plusieurs plans parallèles sur des champs moyennés en phase. Une dernière approche permet d'ajouter des modes naturels représentant la propagation des tourbillons dans le sillage du jet. Cette technique est une alternative aux mesures tomographiques 3D-3C.

  • Contribution à la génération de mouvements dynamiques pour les robots humanoïdes et au dimensionnement de leurs actionneurs    - Eon Antoine  -  10 décembre 2009

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    Le travail développé dans cette thèse porte sur l'étude et la génération de mouvements de marche et de saut pour les robots humanoïdes. Les outils conçus dans cette optique sont ensuite utilisés afin d'aider à leur dimensionnement. La première partie présente un outil de génération de mouvements pour le robot HRP2. L'assimilation du robot par un pendule inversé, couplée à un modèle de commande prédictive permet de calculer la trajectoire du centre de gravité. Une marche dynamique est synthétisée en résolvant le Modèle Géométrique Inverse. Les écarts de modélisation sont mis en avant à l'aide d'un modèle dynamique. Une solution est proposée permettant une correction efficace de ces écarts. Une méthode de résolution de l'hyperstatisme (phases de double-appui) basée sur une hypothèse de répartition est également proposée. Les trajectoires obtenues sont validées en termes de non-basculement, de performances (actionneurs) et de respect des lois de Coulomb. Enfin, des améliorations substantielles sont apportées au générateur de mouvements permettant le pilotage de quantités dynamiques. Dans une deuxième partie, les concepts précédemment construits sont utilisés pour générer des mouvements pour un humain virtuel défini à partir de données anthropométriques. En considérant un mouvement extrait par un procédé de capture de mouvement, une étude des performances (actionneurs) est menée pour une population d'humains virtuels de tailles et de masses différentes. L'impact de ces paramètres sur le frottement et la localisation du ZMP est mis en avant. Enfin, une base de mouvements jugés dimensionnants est utilisée pour choisir finement les actionneurs d'un robot de taille...

  • Analyse théorique des amortisseurs à film fluide fonctionnant à des nombres de Reynolds élevés    - Gehannin Jérôme  -  09 décembre 2009

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    L'amortisseur à film fluide (Squeeze Film Damper ou SFD) est un composant couramment utilisé dans l'industrie aéronautique permettant d'apporter de l'amortissement aux arbres en rotation supportés par des roulements et fonctionnant en régime surcritique. Le mouvement de l'arbre dû à son excitation extérieure est alors amorti par un film mince confiné entre le roulement et le carter. Une modélisation du comportement fluide du film mince est nécessaire à une bonne estimation des efforts générés par le mouvement de l'arbre. Pour des conditions de fonctionnement industrielles, le SFD est muni de systèmes d'alimentation et d'étanchéité devant être pris en compte dans la modélisation. De plus, les dépressions importantes engendrées dans le film entrainent la vaporisation du fluide, qui doit aussi être modélisée. Cependant, pour des configurations de fonctionnement réelles, l'écoulement est inertiel, ce qui ne permet plus une modélisation simple basée sur l'équation de Reynolds. Le modèle doit alors être basé sur un système d'équations similaire aux équations Navier Stokes de la Mécanique des Fluides.

  • Précipitation électrostatique de particules submicroniques par décharge à barrière diélectrique : étude électrique, granulométrique et aérodynamique    - Dramane Boni  -  09 décembre 2009

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    Nous avons, dans le cadre de ce travail, développé la Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) dans deux électrofiltres de géométries différentes. L'un des électrofiltres est de configuration Fil -Cylindre et l'autre de configuration Plan-Plan. Le premier volet de l'analyse de la précipitation électrostatique a consisté à déterminer l'efficacité de collecte des électrofiltres. Les résultats obtenus ont montré que l'utilisation de la DBD pour la précipitation donnait non seulement de très bons résultats en configuration Fil-Cylindre, mais également en configuration Plan-Plan (plus de 99% d'efficacité). Le second volet de notre étude a été consacré à la caractérisation des phénomènes EHD à l'intérieur des électrofiltres DBD à l'aide de moyens métrologiques optiques. Les résultats ont montré que le vent électrique a une influence minime sur la précipitation. En dehors du processus de génération du vent électrique dû à la différence de rayon de courbure entre les électrodes, il semblerait que les streamers soient impliqués dans le phénomène de précipitation. D'un point de vue organisationnel, ce travail s'articule autour de quatre chapitres. Dans le premier chapitre, nous présentons la précipitation électrostatique comme un outil de dépollution de l'air. Le deuxième chapitre est consacré à la caractérisation électrique des électrofiltres. Le troisième chapitre aborde l'analyse des performances granulométrique des électrofiltres. Enfin, le quatrième chapitre traite l'aspect EHD des phénomènes opérant à l'intérieur des électrofiltres.

  • Étude et modélisation de la lubrification mixte et des modes d'avaries associés dans les paliers moteur    - Dragomir Fatu Ramona  -  08 décembre 2009

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    La maîtrise des conditions de lubrification mixte est un challenge complexe à relever puisqu'elle nécessite d'appréhender plusieurs phénomènes couplés: écoulement du fluide entre les rugosités, déformations élastoplastiques des aspérités, usure des surfaces. Le but de cette étude est de proposer une approche des phénomènes de lubrification mixte dans le contexte des paliers moteur. Le premier chapitre donne un aperçu des principales études théoriques et modélisations numériques dédiées à l'analyse du comportement des paliers. Le deuxième chapitre est dédié au phénomène d'écoulement du fluide entre deux surfaces rugueuses. En partant du modèle proposé par Patir et Cheng, une nouvelle définition des facteurs d'écoulement est proposée. Ce modèle prend en compte la direction des textures de surface. Plusieurs calculs paramétriques ont permis de définir des critères de choix pour les surfaces de calcul utilisées pour déterminer les facteurs d'écoulement. Le but de chapitre 3 est de détailler trois principaux modèles de contact existants, de les comparer afin d'extraire les avantages et les inconvénients de chaque modèle et surtout de voir leurs applications dans l'étude de la lubrification mixte des paliers de moteurs. Afin de mieux comprendre leurs limites, les modèles statistiques ont été comparés à un modèle déterministe, en éléments finis. Le chapitre 4 est dédié à l'étude de l'usure. Trois modèles d'usure basés sur la loi d'Archard sont présentés. Les différents modèles d'écoulement, de contact et d'usure sont finalement intégrés dans un programme de calcul numérique et utilisés pour prédire le comportement d'un palier de tête de bielle.

  • Influence des défauts cristallins sur les changements de phase induits par faisceaux d'ions dans les films minces d'oxyde d' yttrium Y2O3    - Lacroix Bertrand  -  07 décembre 2009

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    Dans ce travail, nous avons étudié le comportement structural des films minces d'oxyde d'yttrium sous faisceau d'ions, lors de leur élaboration et sous irradiation. Une attention particulière a été portée sur le rôle des défauts cristallins en combinant les techniques de DRX, MET et RBS. Les films déposés sur différents substrats par pulvérisation ionique présentent un écart important par rapport à la structure cubique-C idéale, avec de nombreux défauts induits lors de la croissance par effet d'" atomic peening " (lacunes d'oxygène et paires anti-Frenkel). L'état de contrainte résultant a été décrit par un modèle triaxial, permettant d'interpréter les évolutions expérimentales observées. Les cinétiques de remise en ordre sous recuit de la structure défective ont été étudiées par DRX in situ. Une forte influence de la contrainte initiale (et donc de l'énergie élastique emmagasinée) a été clairement mise en évidence. Pour les forts états de contraintes résiduelles, la transformation est observée à basse température (dès 250°C). Une approche thermodynamique justifie que la structure cubique-C défective peut être assimilée à une phase de type fluorine stabilisée par la contrainte. Enfin, deux comportements sont observés sous irradiation aux ions xénon, avec à basse énergie (<180 keV) une amorphisation de la structure, et à haute énergie une transition cubique-monoclinique. Pour justifier l'existence de ces deux régimes, le mécanisme de transformation a été expliqué par un effet de stabilisation, par la contrainte, de boucles lacunaires dans les plans {111}, de rayon sur-critique dépendant de la taille des cascades.

  • Biomimétisme, génération de trajectoires pour la robotique humanoïde à partir de mouvements humains    - Boutin Luc  -  02 décembre 2009

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    La reproduction fidèle de la locomotion humaine est une problématique d'actualité concernant les robots humanoïdes. Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objectif de définir une procédure permettant l'imitation par les robots humanoïdes du mouvement humain. Dans un premier temps les techniques de l'analyse du mouvement humain sont présentées. Le protocole de mesure adopté est exposé, ainsi que le calcul des angles articulaires. La problématique de la détection des évènements de contact est abordée en proposant l'adaptation des méthodes existantes pour des mouvements complexes. Les algorithmes sont validés par une série de mesures effectuées sur une trentaine de sujets sains. La deuxième partie traite de la transposition du mouvement humain aux robots. Une fois la problématique générale et le processus de transposition définis, le critère d'équilibre des robots marcheurs est présenté. A partir des données du mouvement humain capturé, les trajectoires de référence des pieds et du ZMP sont définies. Une modification de ces trajectoires est ensuite effectuée dans le cas de risque de collision entre les pieds notamment dans le cas de l'exécution d'un slalom. Finallement un algorithme de cinématique inverse, développé pour cette problématique est utilisé pour déterminer les angles articulaires du robot associés aux trajectoires de référence des pieds et du ZMP. Plusieurs applications sur les robots HOAP-3 et HPR-2 sont présentées. Les trajectoires sont validées vis-à-vis du maintien de l'équilibre grâce à des simulations dynamiques du mouvement ainsi que vis-à-vis des limites des actionneurs.

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