Inserts are a crucial part of household and industrial furniture. These small plastic parts which often go unnoticed to the naked eye perform crucial functions like providing a base for the furniture, leveling the furniture, safeguarding the user from edges of the tubes used and providing an aesthetic finish. The inserts have a wing like structure on the exterior which enables them to be inserted and securely held in the tubes. The inserts are assembled into the pipes manually or through machines. The force required to install these inserts in the tube is called a push-in force whereas a pull-out force is the force required for removal of the is called a pull-out force. These forces are experienced by someone who assembles the furniture together. Thus, these forces directly define the ease with which the furniture can be assembled. In the first part of the present thesis, these push-in and pull-out forces are predicted using finite element simulations. These finite element simulations were validated by performing physical assembly and disassembly experiments on these inserts. It was found that the finite element simulations of the insert are useful tool in predicting the push-in forces with a high accuracy.   These push-in and pull-out forces for a single insert vary by 2-5 times when the dimensional variations in the tube are considered. The dimensional variations can be a result of the manufacturing processes from which these tubes are produced. The maximum and minimum dimensions that the tube can have are defined by the maximum material condition (MMC) and the least material condition (LMC). To reduce the variation in push-in and pull out forces, a stricter tolerance control can be applied to the manufacturing process. To avoid this cost while having a lower variation in the push-in and pull out forces, the design of the insert was modified. To achieve this enhanced design of the insert, a metamodel based optimization technique was used in the second part of the thesis. For this optimization, the geometrical parameters - wing height, wing diameter and stem thickness the of the insert were identified as the crucial factors which govern the assembly/disassembly forces. The identification of these parameters was done through a design of experiments. These parameters were then varied simultaneously in a metamodel based optimization which had an objective to minimize the variation in forces observed for an insert when the maximum material condition and the least material conditions are considered. The result for the enhanced design of the insert was then stated in terms of the ratio of these identified parameters. The modified design of the insert not only enables the manufacturer to have better performance, but also reduces the amount of plastic material required for manufacturing of the insert.

The presented work is intended to develop a geometrically reduced order (homogenized) model for a large antenna space structure with flexible joints. An energy equivalence concept is employed to find the continuum model for the system. The kinetic and strain energy expressions of the fundamental elements are found based on the assumptions of the micropolar elasticity theory. Necessary assumptions are made to reduce the order of the strain variables while retaining the effects of the micro-rotations that are coupled to the primary strain terms. As a result, a micropolar-based continuum model is found for the structure with torsional joints. The vibrations equations of motion for various coordinates of the one dimensional equivalent model are presented. Subsequently, the relations between the physical parameters of the distributed parameter model and the radar structure are introduced. The effect of the asymmetric mass distribution as a result of the addition of the radar panel to the truss system is studied. For the purpose of the experimental validation of the suggested model a planar truss structure with Pratt Girder configuration was built and tested in the laboratory. The results for the experimental frequency response functions are shown to be in good agreement with the theory. Finally, the continuum model is used to quantify the effects of the thermally induced disturbances on the satellite system during the eclipse transition. / Ph. D.

The functional performance of membrane oxygenators is directly related to the perfusion dynamics of blood flow through the fiber bundle. Non-uniform flow and design characteristics can limit gas exchange efficiency and influence susceptibility of thrombus development in the fiber membrane. Computational fluid dynamics (CFD) is a powerful tool for predicting properties of the flow field based on prescribed geometrical domains and boundary conditions. Validation of numerical results in membrane oxygenators has been predominantly based on experimental pressure measurements with little emphasis placed on confirmation of the velocity fields due to opacity of the fiber membrane and limitations of optical velocimetric methods. A novel approach was developed using biplane X-ray digital subtraction angiography to visualize flow through a commercial membrane artificial lung at 1–4.5 L/min. Permeability based on the coefficients of the Ergun equation, α and β, were experimentally determined to be 180 and 2.4, respectively, and the equivalent spherical diameter was shown to be approximately equal to the outer fiber diameter. For all flow rates tested, biplane image projections revealed non-uniform radial perfusion through the annular fiber bundle, yet without flow bias due to the axisymmetric position of the outlet. At 1 L/min, approximately 78.2% of the outward velocity component was in the radial (horizontal) plane verses 92.0% at 4.5 L/min. The CFD studies were unable to predict the non-radial component of the outward perfusion. Two-dimensional velocity fields were generated from the radiographs using a cross-correlation tracking algorithm and compared with analogous image planes from the CFD simulations. Velocities in the non-porous regions differed by an average of 11% versus the experimental values, but simulated velocities in the fiber bundle were on average 44% lower than experimental. A corrective factor reduced the average error differences in the porous medium to 6%. Finally, biplane image pairs were reconstructed to show 3-D transient perfusion through the device. The methods developed from this research provide tools for more accurate assessments of fluid flow through membrane oxygenators. By identifying non-invasive techniques to allow direct analysis of numerical and experimental velocity fields, researchers can better evaluate device performance of new prototype designs.

Répondant à un besoin grandissant de standardisation et d’adaptabilité pour les systèmes pyrotechniques, nous présentons au travers de ce travail un nouveau concept de leurre infrarouge intelligent, contrôlable à l’aide d’un système d’initiation électronique miniature embarqué. Notre solution innovante se décompose en trois blocs fonctionnels distincts : (1) un bloc d’éjection pyrotechnique contrôlable intégrant trois charges d’éjection dans une seule pièce plastique métallisée, (2) un bloc appelé fonction terminale, constitué d’un pain pyrotechnique infrarouge structuré, couplé à un étage de micro-initiation à base de nano-thermites, adressable et basse énergie, et (3) un bloc de contrôle, connecté et autonome, répondant au STANAG 4187 qui commande l’armement et la mise à feu des fonctions pyrotechniques. Au cours de ce travail, nous avons développé un code de balistique intérieure à paramètres globaux et un superviseur d’optimisation, capable de simuler n’importe quel système à effet mortier, et un code de régression géométrique basé sur la méthode level-set,capable de modéliser la combustion de n’importe quel pain solide multicomposition, compartimenté ou structuré, allumé séquentiellement ou simultanément en plusieurs points.Nous avons montré théoriquement, puis validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler finement la réaction de combustion des pains pyrotechniques IR grâce à un allumage séquentiel de ces derniers, ce qui représente une innovation importante en pyrotechnie. Nous avons validé expérimentalement, qu’il était possible de contrôler la vitesse d’éjection de leurres IR grâce à un allumage partiel d’impulseurs plastroniques. Ce travail a abouti à l’intégration des différents blocs fonctionnels dans un démonstrateur représentatif d’un leurre infrarouge intelligent et miniature : CASSIS. / Answering a growing need for standardization and adaptability in pyrotechnics, we hereby present a smart and safe pyrotechnical infrared (IR) flare electronically controllable through an embedded miniature initiation system. The countermeasure has been designed to fit within a 1”×1”×8” standard cartridge, and consists of three distinct blocks, which are mechanically and electronically interconnected: (1) a pyrotechnical ejection block integrating three ejection charges in a single metalized plastic casing, (2) a micro-initiation stage comprising nanothermite-based micro-initiators and a structured pyrotechnic loaf, (3) a STANAG 4187 compatible electronic control, command and power management block.Throughout this work, we developed a lumped parameter internal ballistics model for the ejection, and conducted a response surface methodology study to extract optimal design parameters. We developed a geometric regression script, based on level set techniques, to model the combustion of multicomponent, sequentially-initiated, partially inerted pyrotechnic loafs. We demonstrated, theoretically then experimentally, that we could control the combustion of IR pyrotechnic loaves using sequential initiation, and that we could control the ejection velocity of IR flares using multipoint mortar ejectors.This work resulted in integrating said technological block in a functional 1’’1’’8’’ controllable, autonomous safe and smart infrared flare demonstrator, CASSIS.

Le rafraîchissement solaire constitue une alternative intéressante à la climatisation réalisée au moyen de machines frigorifiques à compression mécanique de vapeur dont l’alimentation est électrique. Parmi les différentes solutions susceptibles de convenir, l’utilisation d’un cycle frigorifique tri-therme permet une valorisation de chaleur solaire en énergie frigorifique et constitue une voie prometteuse. Cependant, la variabilité des conditions aux limites (météorologiques notamment) et de ses influences temporelles sur le comportement global rend, à ce jour, très difficile, l’évaluation des performances énergétiques du système et plus encore son dimensionnement optimal, compte tenu de l’absence de moyen d’investigation. Cette thèse introduit la problématique du sujet et analyse les différentes technologies de rafraîchissement solaire envisageables à l'heure actuelle, afin d'expliquer la forte prépondérance des systèmes à absorption. Ensuite, pour répondre au problème, une nouvelle méthode de modélisation de ces machines permettant la prédiction des performances en régime transitoire est introduite et appliquée à quatre machines du marché. Puis, une installation pilotede rafraîchissement solaire est présentée dans le but d'analyser et de comprendre son comportement dynamique, afin d'identifier des voies d'optimisation. Enfin, les résultats expérimentaux de cette installation sont utilisés dans le but de développer et valider un outil complet d'analyse et d'optimisation des performances, c'est à dire depuis le champ de capteurs jusqu'à la distribution de froid. Cet outil de modélisation de systèmes de rafraîchissement solaire pourra ensuite être valorisé par la mise au point d'une méthodologie d'aide au dimensionnement de ce type d'installation, destiné au décideur ou à l'ingénieur. / The general context of the thesis is the solar cooling. This is an interesting alternative to conventional air conditioning systems, that is to say systems using mechanical vapour compression from electric power. Among the various solutions that may be suitable, the use of a refrigeration tri-thermal cycle is a promising issue. However, given the lack of means of investigation, the variability of the boundary conditions (including weather) and its temporal influences on the overall behaviour makes it very difficult, to evaluate the energy performance of the system nowadays, and even more difficult its optimal sizing. This thesis introduces the issue of the subject and analyzes the different state-of-the-art solar cooling technologies in order to explain the strong predominance of absorption systems. Then, to address the problem, a new method of modelling of these machines for the prediction of transient performance is introduced and applied to four machines on the market. Then, a solar cooling pilot is presented in order to analyze and understand its dynamic behaviour, to identify ways of optimization. Finally, the experimental results of this plant are used in order to develop and validate a completeanalysis and performance optimization methodology, i.e. from the collector field to the cooling distribution. This modelling tool for solar cooling systems can then be enhanced by the development of a methodology to help the design of this type of installation, for the decision maker or for the engineer.

Avec le développement des énergies intermittentes et la raréfaction des énergies fossiles, le sujet du stockage de l’énergie prend de plus en plus d’ampleur. Une des voies étudiée est le stockage thermique par utilisation de matériaux à changement de phase (MCP). Cette voie est en outre développée pour améliorer l’inertie thermique dans le secteur du bâtiment. Pour utiliser au mieux ces matériaux il est nécessaire de pouvoir prévoir leur comportement énergétique. Cela nécessite une connaissance précise des propriétés thermophysiques, et en premier lieu de la fonction enthalpie massique . Actuellement, il est souvent proposé d'approximer cette enthalpie par l'intégration directe des thermogrammes de la calorimétrie utilisant notamment la notion de capacité calorifique "équivalente". Cette approche est cependant fausse car le thermogramme n’est qu'une représentation en fonction du temps de phénomènes complexes faisant intervenir non seulement les propriétés énergétique du matériaux mais également les transferts thermiques au sein de la cellule du calorimètre. Il en résulte, par exemple, que la forme des thermogrammes, et donc l’enthalpie apparente, dépend de la vitesse de réchauffement et de la masse de l'échantillon ce qui n'est pas le cas de l'enthalpie des MCP qui ne dépend, à pression fixe, que de la température ou de la concentration (pour les solutions). On propose de comparer la sortie d’un modèle numérique direct avec des thermogrammes expérimentaux. L’objectif principal de cette thèse est alors d’utiliser ce modèle dans le cadre d’une méthode inverse permettant l’identification des paramètres de l’équation d’état permettant alors de calculer l’enthapie massique . Dans un premier temps, il est donc présenté le détail d'un modèle 2D dit enthalpique qui néglige la convection, validé par l'expérience, permettant de reconstituer les thermogrammes de corps purs ou de solutions binaires dont les enthalpies sont connues. Il en est déduit une étude de l'influence des différents paramètres ( , , , ...) sur la forme des thermogrammes pour en déduire leurs sensibilités. Une réduction de ce modèle est ensuite effectuée pour réduire le temps de calcul du modèle direct en vue de l’utilisation dans une méthode inverse. Cette dernière est décrite ainsi que les algorithmes d’optimisation correspondants (de Levenberg-Marquardt, génétique ou du simplexe qui s'est avéré le plus rapide) dans un second temps. Nous appliquerons ensuite cet algorithme pour identifier, à partir d'expériences, la fonction enthalpie de corps purs ou de solutions binaires. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible d’identifier une fonction independante de la vitesse de réchauffement et de la masse, ce qui valide la méthode. Une analyse des différentes sources d’erreurs dans le processus d’identification et leurs influences sur le résultat permet d’évaluer la qualité de la fonction enthalpie que l’on identifie. Enfin, cette même approche a été utilisée pour analyser une expérience réalisée sur un échantillon d’un matériau composite utilisé dans le bâtiment (ciment avec inclusion de MCP micro-encapsulé). Dans ce cas encore, nos méthodes permettent une caractérisation énergétique pertinente. / With the development of intermittent sources of energy and the depletion of fossil fuels, the subject of energy storage is becoming an important topic. One of the studied options is tthe latent hermal storage using of phase change materials (PCM). One application for this type of energy storage is to improve the thermal insulation in buildings. To make the best use of these materials it is necessary to be able to predict their energy behavior. This requires a precise knowledge of their thermophysical properties, first of all of the specific enthalpy function of the material . Currently, it is often suggested to approximate the enthalpy by the direct integration of the thermograms obtained through calorimetry experiments (notion of "equivalent" calorific capacity). This approach is false because thermograms are only a time related representation of complex phenomena where thermal transfers arise in the cell of the calorimeter acting with the thermophysical properties. As a result, for example, the shape of thermograms depends on the heating rate and on the mass of the sample, which is not the case for the enthalpy of the PCM, which depends, at constant pressure, only on the temperature or on the concentration (for the solutions). We propose to compare the results given by a of a numerical direct model with experimental thermograms. The main objective in this thesis is then to use this direct model in an inverse method in order to identify the parameters of the equation of state, which enables us to calculate the specific enthalpy . First of all, the detail of an enthalpy model is presented, and then validated by comparison with experiments, allowing us to reconstruct the thermograms of pure substances or of salt solutions, of which the enthalpies are known. A study of the influence of the various parameters ( , , , .,..) on the shape of thermograms is also undertaken in order to deduce their sensibilities. A reduced model is then developed in order to reduce the calculating time of the direct model. This optimized model allows the use of inverse methods with acceptable durations. Several inverses algorithms are then presented: Levenberg-Marquardt, evolutionary and Simplex which has proved to be the fastest). We shall then apply this algorithm to identify, from calorimetric experiments, the enthalpy function of pure substances or of salt solutions. The results that we obtain show that it is possible to identify a function independent of the heating rate and of the mass, which validates the method. An analysis of the various sources of errors in the identification process and of their influences on the result allows us to estimate the quality of the enthalpy function that we identify.

Les mesures de réactivité par la technique d'oscillation, comme celles effectuées dans le réacteur Minerve, permettent de tester de nombreux paramètres neutroniques sur des matériaux, des combustibles ou des isotopes spécifiques. Généralement, les effets attendus sont très faibles, tout au plus de l'ordre de la dizaine de pcm. La modélisation de ces expériences doit donc être particulièrement précise, afin d'obtenir un retour fiable et précis sur les paramètres ciblés. En particulier, les biais de calcul doivent être clairement identifiés, quantifiés et maîtrisés afin d'obtenir des informations pertinentes sur les données nucléaires de base. L'enjeu de cette thèse est le développement d'un schéma de calcul de référence, dont les incertitudes sont clairement identifiées et quantifiées, permettant l'interprétation des mesures par oscillation. Dans ce document plusieurs méthodes de calcul de ces faibles effets en réactivité sont présentées, basées sur des codes de calculs neutroniques déterministes et/ou stochastiques. Ces méthodes sont comparées sur un benchmark numérique, permettant leur validation par rapport à un calcul de référence. Trois applications sont ici présentées dans le détail : une méthode purement déterministe utilisant la théorie des perturbations exacte pour la qualification des sections efficaces des principaux produits de fission en REP, dans le cadre d'études sur l'estimation de la perte du réactivité du combustible au cours du cycle ; une méthode hybride, basée sur un calcul stochastique et la théorie des perturbations exacte, permet d'obtenir un retour précis sur les données nucléaires de bases d'isotopes, dans notre cas l'241Am; et enfin, une troisième méthode, reposant sur un calcul perturbatif Monte Carlo, est utilisée pour une étude de conception. / Reactivity measurements by the oscillation technique, as those performed in the Minerve reactor, enable to access various neutronic parameters on materials, fuels or specific isotopes. Usually, expected reactivity effects are small, about ten pcm at maximum. Then, the modeling of these experiments should be very precise, to obtain reliable feedback on the pointed parameters. Especially, calculation biases should be precisely identified, quantified and reduced to get precise information on nuclear data. The goal of this thesis is to develop a reference calculation scheme, with well quantified uncertainties, for in-pile oscillation experiments. In this work are presented several small reactivity calculation methods, based on deterministic and/or stochastic calculation codes. Those method are compared thanks to a numerical benchmark, against a reference calculation. Three applications of these methods are presented here: a purely deterministic calculation with exact perturbation theory formalism is used for the experimental validation of fission product cross sections, in the frame of reactivity loss studies for irradiated fuel; an hybrid method, based on a stochastic calculation and the exact perturbation theory is used for the readjustment of nuclear data, here 241Am; and a third method, based on a perturbative Monte Carlo calculation, is used in a conception study.

Ce travail, mené conjointement entre CNPP et le Laboratoire d’Énergétique et de Mécanique Théorique et Appliquée, est consacré à la mise en place d’un modèle d’évacuation de personnes, dans l’optique d’une application en Ingénierie de Sécurité Incendie. Le modèle de cheminement de personnes développé dans ce manuscrit est un modèle physique reposant sur une équation de conservation de la densité de personnes. Il est basé sur des hypothèses simples et réalistes résultant de l’observation de mouvements de foule, et utilise une vision macroscopique des personnes caractérisées par une densité moyenne. Ce modèle est mis en œuvre sur des cas de vérification et de comparaison issus de la littérature. Des expériences d’évacuation sont réalisées à échelle réelle afin de récolter des données quantitatives sur le mouvement des personnes et de valider de façon pertinente le modèle de cheminement de personnes. En outre, une stratégie est proposée afin d’intégrer dans la modélisation les contraintes thermiques et optiques liées au feu ainsi que leur impact sur le processus d’évacuation. Enfin, des simulations d’évacuation intégrant les effets du feu sont effectuées sur une configuration à grande échelle / This work was conducted as a collaboration between CNPP and the laboratory LEMTA. It was devoted to the implementation of an emergency egress model offering prospects for use in Fire Safety Engineering. The pedestrian movement model described in this manuscript is a physical model relying on a people density balance equation. This model is based on three fundamental assumptions resulting from pedestrian phenomena commonly observed, especially in crowds. Its mathematical formulation assumes that people are regarded as a mean density in a macroscopic way. The pedestrian model was tested on verification and comparison cases extracted from literature. Evacuation drills were also performed at real scale without fire constraints to collect some quantitative data like egress times or flows, and to validate the people motion model. Furthermore, a mathematical strategy is propounded in order to integrate thermal and optical stresses into the evacuation model and to take into consideration their incidence on evacuation processes. Finally, egress simulations are achieved on a large-scale configuration considering different scenarios involving fires

No description available.

Le contrôle de stabilité est un sujet essentiel dans les systèmes avancés d’aide à la conduite développés par les constructeurs et équipementiers automobiles. Les systèmes de sécurité actifs sont devenus un standard dans les véhicules particuliers, tels que : le contrôle électronique de la stabilité (ESC) et le système de contrôle de traction (TCS). La description du comportement dynamique du véhicule pendant le mouvement, est fondamental dans le fonctionnement des nouveaux systèmes de sécurité active. Certains systèmes actifs sont déjà implémentés dans des véhicules standards comme des options supplémentaires, pour améliorer la sécurité sur la route ou pour le confort du conducteur et des passagers. Cependant, ces systèmes ont besoin d’informations sur la dynamique de véhicule, qui représente les caractéristiques de mouvement du véhicule sur la route. L’accès à ces informations est souvent difficile, pour des raisons technologiques ou économiques. De ce fait, nous développons des algorithmes, basés sur la technique d’observation d’état, pour estimer une partie de ces variables notamment, les efforts dynamiques du contact pneumatique/chaussée et l’angle de dérive dans son environnement. En revanche, ces systèmes sont conçus pour faire face à l’état actuel du véhicule où la situation de danger a toujours eu lieu, la capacité de ces systèmes est limitée à minimiser les effets de danger. L’objectif ultime est de prévoir et d’éviter efficacement un accident avant qu’il se produise. Par conséquent, ce travail est dédié aussi à développer une méthode de prédiction des risques pour rappeler au conducteur la vitesse de sécurité pour négocier les virages à venir. Dans un premier temps, nous développons dans ce mémoire une nouvelle approche pour estimer la répartition de la charge verticale sur chaque roue dans un environnement réel. L’influence de l’angle de pente est considérée dans la phase de reconstruction du modèle du véhicule. Les forces verticales sont estimées en utilisant un filtre de Kalman. Afin d’estimer la force latérale du pneu, un filtre de Kalman entendu et un filtre Particulaire ont appliqués pour tenir compte des non-linéarités du modèle de véhicule. Deux techniques différentes d’observateurs sont proposées et comparées avec des données expérimentales. Dans un deuxième temps, nous étendons, à l’instant futur, la prise en compte de l’évaluation de risque d’accidents. La prédiction des paramètres de la dynamique du véhicule, l’évaluation du risque potentiel ainsi que la détermination d’une vitesse d’alerte à l’approche des virages, sont introduites pour réduire le risque potentiel d’accident dans les virages. Enfin, la dernière partie du mémoire est consacrée à l’application en temps réel, sur un véhicule démonstrateur, du processus d’observation d’état développé précédemment. Les résultats expérimentaux sont réalisés pour démontrer la performance des estimateurs intégrés en temps réel. / Nowadays, a variety of advanced driving assistance systems are being developed by research centers and automobile manufactures. Stability control is an essential topic in the modern industrial automobile society. Driving safety is widely concerned in the passenger cars to prevent potential risks. More and more electronic active safety systems are fitted out as a standard option, such as Electronic Stability Control (ESC) and Traction Control System (TCS). These safety systems are efficient in helping the driver maintain control of the car and also are considered highly cost-effective. However, for the future development trend of these systems, a more complex and integrated control unit requires more information about the vehicle dynamics. Some fundamental parameters such as tire road forces and sideslip angle are effective in describing vehicle dynamics. Nevertheless, it is lacking an effective and low-cost sensor to measure directly. Therefore, this study presents amethod to estimate these parameters using observer technologies and low-cost sensors which are available on the passenger cars in real environment. In addition, these systems are designed for dealing with vehicle current state where danger situation has always occurred, the capacity of these systems is limited to minimize the effects. We were wondering whether shall we predict and effectively avoid a crash before it occurred. Therefore, this work is also addressed to develop a risk prediction method for proposing driver a safe speed to negotiate the upcoming curves. First, this dissertation develops a new approach to estimate the vertical load distribution in real environment. The influence of bank angle is considered in the phase of reconstruction of vehicle model. The vertical tire force on banked road is estimated by using Kalman filter. In order to estimate the lateral tire force, two nonlinear observers are addressed to solve the nonlinearity of vehicle model. The Extended Kalman filter is widely discussed in the previous literature, while we firstly use a Particle filter to estimate the vehicle dynamics parameters. Two different observer technologies are proposed and compared using the experimental data. Second, extending the consideration of road safety to the future instant. Prediction of vehicle dynamics parameters, evaluation of potential risk as well as establishment of advisory speed on curves are introduced to reduce the possibility of crash occurrence on curves. Last but not least, the real-time sampling and process system is presented, the estimator with EKF and PF has been developed as a real-time application. Experimental results are performed to demonstrate the performance of these integrated systems in real-time.