Cette thèse est dédiée à la conception optimale de la machine synchrone à rotor bobiné modulaire sans balais pour les systèmes embarqués. Cette machine est basée sur une structure POKIPOKITM développée par Mitsubishi Electric Coopération avec les convertisseurs de puissance intégrée pour augmenter la capacité de tolérance aux défauts. L'analyse électromagnétique est utilisée pour étudier les différentes machines synchrones à rotor bobiné et donc, pour sélectionner la structure qui offre la meilleure tolérance aux défauts et les performances les plus élevées. D’abord, le choix des nombres de phases, d’encoches et de pôles est un point critique. Ensuite, quelques machines sont analysées et comparées selon les critères tels que la densité de couple, le rendement, l'ondulation de couple. La machine avec 7 phases, 7 encoches et 6 pôles est alors choisie. Cette machine est ensuite comparée à la machine synchrone à aimant permanent monté en surface. Le résultat démontre que la machine synchrone à rotor bobiné modulaire sans balais possède le potentiel de remplacer la machine synchrone à aimant permanent dans notre application parce qu’elle présente des performances similaires avec une capacité de tolérance aux défauts élevée. Dans un second temps, une fois la structure 7phases/7encoches/6pôles choisie, cette machine est optimisée en utilisant NOMAD (qui est un logiciel d'optimisation de boîte noire) afin de minimiser le volume externe sous les contraintes électromagnétiques, thermiques et mécaniques. Comme ce problème d'optimisation est extrêmement difficile à résoudre, quelques relaxations ont été effectuées pour tester les différents algorithmes d'optimisation : fmincon (de Matlab) et NOMAD. Nous remarquons que NOMAD est plus efficace que fmincon pour trouver des solutions à ce problème de conception où certaines contraintes sont calculées par des simulations numériques (ANSYS Maxwell ; code éléments finis). En utilisant la méthode NOMAD basée sur l’algorithme Mesh Adaptive Direct Search, nous obtenons des résultats optimaux qui satisfont toutes les contraintes proposées. Il est nécessaire de valider ce design optimisé en vérifiant toutes les contraintes par des simulations électromagnétiques et thermiques en 3D. Les résultats montrent que le couple moyen obtenu par la simulation en 3D est inférieur à la valeur souhaitée. Par conséquent, en augmentant la longueur de la machine, une nouvelle machine corrigée est ainsi obtenue. Nous observons que les pertes de fer obtenues en 3D sont plus élevées qu'en 2D en raison du flux de fuite dans la tête de bobinage. En prenant les valeurs des pertes analysées par la simulation en 3D, la température de surface de la nouvelle machine analysée par la méthode Computational Fluid Dynamics est plus élevée que celle calculée dans l’optimisation. Enfin, un prototype de machine est construit et quelques tests expérimentaux est réalisés. Le résultat montre que la force électromotrice à vide a une forme d'onde similaire par rapport à la prédiction numérique en 3D et la différence de couple statique maximum entre les tests expérimentaux et les simulations par éléments finis en 3D est faible. / This thesis is dedicated to the design and the optimization of modular brushless wound rotor synchronous machine for embedded systems. This machine is constructed based on POKIPOKITM structure with integrated drive electronics. Finite element analysis based optimization becomes more popular in the field of electrical machine design because analytical equations are not easily formalized for the machines which have complicate structures. Using electromagnetic analysis to comparatively study different modular brushless wound rotor synchronous machines and therefore, to select the structure which offers the best fault tolerant capability and the highest output performances. Firstly, the fundamental winding factor calculated by using the method based on voltage phasors is considered as a significant criterion in order to select the numbers of phases, stator slots and poles. After that, 2D finite element numerical simulations are carried out for a set of 15 machines to analyze their performances. The simulation results are then compared to find an appropriate machine according to torque density, torque ripple and machine efficiency. The 7phase/7-slot/6-pole machine is chosen and compared with a reference design surfacemounted permanent magnet synchronous machine in order to evaluate the interesting performance features of the wound rotor synchronous machine. In the second design stage, this machine is optimized by using derivative-free optimization. The objective is to minimize external volume under electromagnetic, thermal and mechanical constraints. Given that an accurate finite element analysis for machine performance takes a long time. Moreover, considering that the average torque can be obtained by simulating the model with only four rotor positions instead of one electric period, optimization strategy is proposed to reduce computational time and therefore, obtain a fast convergence ability by defining relaxed problems which enable minimizing the external volume of the machine under only several constraints such as average torque, torque ripple and copper losses. By testing relaxed problems, two different optimization methods (NOMAD and fmincon) are compared in order to select an appropriate method for our optimization problem. Using NOMAD method based on Mesh Adaptive Direct Search, we achieve optimal results which satisfy all of the constraints proposed. In the third design stage, all constraints are validated by 3D electromagnetic and thermal simulations using finite element and computational fluid dynamics methods. The 3D results show that the average torque obtained is lower than the desired value. By increasing the length of the machine, a new corrected machine is thus obtained. It can be observed that the iron losses obtained in 3D are higher than that in 2D due to the leakage flux in the end-winding. Then, the machine temperature is analyzed by using ANSYS Fluent. Note that the surface temperature is higher than that calculated in the optimization and the coil temperature is 8.48°C higher than the desired value (105°C). However, some dissipation by the shaft and the bearings of the machine are expected to reduce the machine temperature. Finally, a machine prototype is built and some experimental tests are carried out. The results show that the electromotive force has a similar waveform compared to 3D prediction and the difference of the measured and predicted maximum static torques is small.

L'utilisation des composites dans la construction des bâtiments ou des ouvrages d'art est de plus en plus importante car ces matériaux présentent des atouts indiscutables comme un très bon rapport performance / poids ou une facilité de mise en oeuvre. Cependant, leur essor est ralenti par certaines faiblesses dont l'une des plus importantes est leur souplesse qui induit des déplacements élevés et des risques d'instabilités importants qui ne permettent pas d'exploiter tout le potentiel de ces matériaux. Dans le cas d'éléments de structure fléchis, une des solutions consiste à associer les profilés composites à une dalle en béton armé. La connexion est établie par des butées mécaniques, par collage, ou l'association des deux. L'objectif général de ce travail est d'étudier le comportement des structures mixtes GFRP-Béton fléchies sous chargement statique instantané : Cette étude comporte un volet expérimental lourd et un volet de modélisation numérique. Elle a été abordée à 3 échelles : matériaux, interface, et structure. Trois modes de connexion ont été exploités. Sur le plan expérimental, nous avons d'abord caractérisé tous les matériaux utilisés : composite, béton, adhésif, acier des armatures et des connecteurs. Puis, la caractérisation à l'échelle de l'interface a été effectuée par l'essai push-out dans différentes configurations (7 séries d'essais au total). Enfin, le comportement à l'échelle d'éléments de structure a été étudié sur des mono-poutres pour des portées allant de 2 m à 4.8 m, sur des poutres composites seules ou sur des poutres mixtes (10 poutres au total). Une passerelle bi-poutre de 4.8 m de portée a également été testée dans la même configuration et jusqu'à la ruine. La modélisation du comportement de ces poutres hybrides a été effectuée selon 2 cas théoriques. Elles ont d'abord été modélisées dans le cadre de la théorie des poutres multicouches, dans le domaine élastique et à l'approche de la ruine. Selon le mode de connexion, le glissement à l'interface est pris en compte ou négligé. Ces poutres ont également été modélisées par la MEF en utilisant des éléments volumiques et en considérant une connexion parfaite. Les résultats d'essais montrent le comportement correspondant à chaque mode de connexion : la connexion par butées mécaniques simples est à ce jour celle qui s'avère la plus efficace. Les écarts modèle / calculs restent acceptables sauf à proximité de l'interface où les déformations peuvent être affectées par la fissuration du béton qui reste difficile à prédire de façon précise. La simulation numérique donne des valeurs très proches de la réalité et répond aux questions posées lors de l'expérience / Advanced composites are increasingly used in construction thanks to their indisputable advantages such as high strength to weight ratio and ease of implementation. However, their growth is hindered by a main weak point: low stiffness. Advanced composites risk instabilities under high loads which make it not possible to exploit their full potential. Considering flexural elements, one of the solutions proposed consists in associating the composite profiles with a reinforced concrete slab. The connection of both materials is either established by bolting, bonding or a combination of both techniques.In this study, 3 different connection modes were tested on structural elements with different spans. Previously, to characterize the mechanical behavior of the interface, 35 push out specimens having bolted or bonded connections were prepared and tested. In addition, all materials used were characterized.A composite beam (Pu1) and 8 hybrid beams (PB1-PB8) were tested under 3 points bending up to failure. The results are exploited to construct and test a hybrid footbridge. 7 push out series were tested and digital image correlation was used to analyze the behavior at the interface and measure the displacement fields to determine the slip. Concrete, GFRP, bolts, the adhesive and the concrete reinforcing steel bars were all characterized.The experimental data obtained from the tests is compared to calculation results obtained by a multi-layer beam model within service limit states and at ultimate ones. Besides, a 3D finite element model was developed to provide more accurate results.The results allow distinguishing 3 behavior modes relative to the 3 connection types: the connection by mechanical studs proves to be the most efficient so far. The measurements are also compared to the results obtained by a multi-layer beam model. The differences are acceptable except in the vicinity of the interface where the deformations can be affected by the cracking of the concrete which remains difficult to predict precisely. The 3D simulations present with an excellent agreement the experiments and explain some observations obtained

The thesis is concerning rotator assembly at Indexator. A need to increase production has been seen and it can be done by implementing an optimized assembly process. In addition to the assembly process a new design on workstations and new test equipment is needed.The study resulted into three assembly process proposals. The processes were balanced, layouts were produced and Plant simulation was utilized to produce simulation models. Each proposal were analyzed based on cost, performance, ease of implementation, flexibility and worker condition. This resulted in a stationary assembly process being most promising and a 3D simulation model was produced for visualization and better understanding. The stationary assembly process has a capacity for 90 rotators per day, while reducing the amount of workers by one.The layout of the workstations was done based on the assembly process layout and further developed to make the work cell lean and ergonomic. It resulted in three workstations to perform the assembly. The test bench was developed by creating target specifications, establish a test procedure and decide components for the test bench layout. The finished test bench can measure dynamic torque, count particles to ensure cleanliness and is able to run the test unattended. / Examensarbetet handlar om montering av rotatorer på Indexator. Målet är att ta fram en optimerad monteringsprocess som kan implementeras i Indexators fabrik utan svårigheter. Den nya monteringsprocessen kommer kräva en ny design på arbetsstationerna och nya testbänkar.Fyra koncept på monteringsprocessen togs fram, baserat på monteringens behov och målsättning. Efter utvärdering så modifierades de fyra koncepten till tre förslag på monteringsprocesser. Processerna balancerades, layouter utvecklades och simuleringsmodeller producerades för varje process. Varje förslag analyserades baserat på kostnad, prestanda, implementation,flexibilitet och arbetar-förhållande. Resultatet blev en stationär monteringsprocess och en 3Dsimulering gjordes för visualisering och förståelse. Den stationära monteringsprocessen har en kapacitet på 90 rotatorer per dag och reducerar behovet av montörer.Layouten för monteringsstationerna baseras på processens layout och har modifierats för ergonomiska aspekter. Inom monteringsstationerna så utvecklades layouten för att minimera antalet onödiga rörelser för montören. Testriggens design utvecklades genom att analysera de behov som fanns, skapa en kravspecifikation samt utvärdera och besluta om testprocedur, upplägg för testrigg och dess ingående komponenter. Testriggen uppfyller målsättningen som är att kunna mäta dynamiskt vridmoment, räkna partiklar för att säkerställa renhet i rotatorn och kunna utföra testningen självgående för att frigöra montören under testprogrammet.

The Master Thesis performs search concerning advanced small and medium power light-water reactors’ designs, including different possibilities to gain a license for their development and operation. The work covers the principal theory about the area of neutronics calculations, principal equations and simplifications. There are several different methods for solution of neutronics calculations. The thesis gives an overview of two principal groups of codes – deterministic methods and Monte Carlo method. The survey shows computational codes examples based on mentioned methods. The computational code PARCS is chosen for further study, which contained description of the input and output file, process of the model creation and conditions for neutronics calculation the of selected reactor design. Based on these facts, the transient calculation has been prepared within the thesis. Thee analyses are described – reactor emergency shutdown, reactor shutdown with stuck group of control and emergency shutdown rods and reactor shutdown with faulty reaction of emergency shutdown rods.

The progress in ultrasound techniques goes hand in hand with increasing of diagnostic machine acoustic outputs. Ultrasound biological effects can adversely influence the development of human fetus. Recent studies of thermal effect on biological tissues are usually based on simulation of simple ultrasound transducers. The aim of this work is to build a flexible model of diagnostic system to simulate temperature increase during fetal development. Different types of ultrasound probes were used for generation of acoustic field with simulated piezoelectric element properties. Optimized linear and phased arrays were modeled with dynamic beam steering and focus. Computer simulations were concentrated on extreme conditions in obstetric ultrasonography and 3D tissue model was compared with real ultrasound probes measurements. To detect temperature increase, the bone tissue phantom was used. Results point out potential risks for fetus with diagnostic ultrasound probes. Based on the results of this work, practical recommendations increasing safety of obstetric examinations were drawn.

Denna studie undersöker den möjliga förändring som kommer ske när 3D-simulering som arbetssätt får ta en allt större plats i en textil produktframtagningsprocess. Detta genom att besvara om det finns en marknad och ett intresse för ett förändrat arbetssätt. Undersöka vilka för- och nackdelar ett arbetssätt av implementerad 3D har. Samt utforska hur branschens yrkesroller kommer påverkas av detta. Situationen av COVID-19 har påvisat hur sårbar en produktframtagningsprocess på andra sidan jorden är i en global kris och därmed har intresset för ett arbetssätt av 3D ökat. Studien bedrivs med en abduktiv metod av kvalitativa undersökningar i form av fokusgrupp och intervjutillfälle. Rapportens resultat påvisar att marknaden är öppen och angelägen för ett nytt arbetssätt i form av 3D-baserad produktutveckling. COVID-19 har varit en bromskloss för många företag inom textilbranschen vilket har lett till ett ökat intresse och öppenheten för implementeringen av 3D. Efterfrågan och intresset av 3D-kompetens ses även på de utbildningar i programvaran CLO3D som redan från första terminsstart drevs med överfulla klasser. Implementerad 3D ses som det nya och framtida sätt att uppnå en mer effektiv och lättlöpande arbetsprocess. / This study examines the possible change that will take place when 3D-simulation will take a major place in a textile product development process. This by answering whether there is a market for a changed way of working. Investigate the advantages and disadvantages of an implemented 3D approach. And explore how the industry's professional roles will be affected by it. COVID-19 has shown how vulnerable a product development process on the other side of the world becomes in a global crisis and because of that the interest of 3D has increased. The study is conducted with an abductive method of qualitative research methods in the form of a focus group and an interview. The report's results show that the market is open for a new way of working in the form of implement 3D. The prevailing pandemic has led to a more open sight for implementing 3D. The demand and interest in 3D-competence has also been seen in the course of CLO3D software that from the first semester start with overfull classes. Implemented 3D is seen as the new way to achieve a more efficient and flexible work process.