Selon des recherches récentes, certains autocars remplis de passagers dépassaient les normes de chargement par essieux ce qui cause l'endommagement des routes. Manifestement, la réduction du poids des autocars en utilisant des matériaux légers tels que l'aluminium est nécessaire. Certes, une conception en aluminium apporte un gain de poids considérable, une préservation de l'environnement tout en augmentant la résistance à la corrosion et aux charges concentrées. Elle nous procure aussi un coût d'entretien réduit et une consommation de carburant des plus moindres. Dans ce projet, la partie châssis de l'autocar a été étudiée. Pour la réalisation de cette étude, un modèle analytique a été développé afin d'analyser la partie vibratoire et dynamique. Pour le modèle vibratoire, le châssis a été simplifié en une poutre simple à parois minces dont le poids, le volume et l'inertie sont très proches de ceux du châssis de référence. Dans la partie dynamique de ce projet, les forces qui agissent sur les points d'appui du châssis de l'autocar ont été calculées. Les résultats des modes vibratoires obtenus pour les châssis conçus en aluminium et en acier de même dimension sont similaires. Par contre, les forces et les contraintes appliquées sur les différents éléments composant l'autocar sont élevées. D'autre part, la conception d'un châssis léger et résistant augmentera certainement les performances dynamiques d'un autocar (accélération, freinage, etc.). La conception préliminaire démontre que le poids global du châssis conçu a diminué de plus de 30 % par rapport à un châssis en acier standard. Ce résultat peut encore être optimisé en utilisant une conception plus améliorée.

Ce projet, réalisé à la demande du Laboratoire International des Matériaux Antigivre, a pour but de mesurer et définir expérimentalement l'impact de revêtements hydrophobes sur les coefficients de traînée et de portance d'un profil NACA 0012. Pour ce faire, la balance aérodynamique du LIMA devait tout d'abord être améliorée afin d'offrir une sensibilité suffisante pour réaliser le projet. Plusieurs améliorations ont été faites, comme le changement des cellules de charge, la diminution du nombre de cellules de charge, le changement du cadre de la balance, etc. Une fois ces améliorations terminées, la reproductibilité, l'exactitude et la sensibilité ont été validés afin de s'assurer de la fiabilité des résultats offerts par la balance. Pour les angles d'attaque étudiés avec les revêtements, soient -6° et 0°, la balance a une reproductibilité de ±2,06% à 360 000 de nombre de Reynolds. Pour valider la sensibilité, des essais à -6° et 0° d'angle d'attaque et des nombres de Reynolds de 360 000 et 500 000 ont été faits avec des papiers sablés. Les résultats de ces essais ont permis de tracer des courbes de tendances du coefficient de traînée du NACA 0012 en fonction de la rugosité de surface et d'établir la valeur de la sensibilité de la balance à ±8 um. Cinq revêtements populaires ont été choisis pour l'expérimentation, soient le Wearlon, le Staclean, le Hirec, le Phasebreak ainsi que le Nusil. Les revêtements sont soumis aux mêmes conditions expérimentales que les papiers sablés, et une rugosité équivalente est trouvée par extrapolation des résultats. Cependant, les rugosités équivalentes de surfaces diffèrent entre -6° et 0°. Les essais avec le Staclean et le Hirec donnent des coefficients de traînée équivalent à ceux avec l'aluminium, alors que le Wearlon, le Nusil et le Phasebreak donnent une augmentation du coefficient de traînée de 13%, 17% et 25% respectivement par rapport à l'aluminium. Pour les coefficients de portance, la balance ne détecte pas l'effet des revêtements, ni des papiers sablés, sur la force de portance ce qui signifie qu'il entre dans l'insensibilité de la balance. La dernière étape expérimentale consistait à mesurer l'impact des revêtements sur la formation de la glace ainsi que sur l'évolution des coefficients de traînée et de portance du NACA 0012 en fonction de l'accumulation de glace sur celui-ci. Le Wearlon a été choisi comme revêtement en raison de sa grande popularité. Des essais à -5°C et -20°C ont été faits et les résultats ont montrés que le Wearlon n'apporte pas d'effet bénéfique au NACA 0012 en conditions d'accumulations de glace. L'augmentation du coefficient de traînée du profil muni du Wearlon débutait plus rapidement que sur l'aluminium et de l'eau gelait légèrement plus loin vers l'arrière du profil pendant les essais, ce qui n'est pas souhaitable. Le coefficient de traînée est supérieur, d'environ 13% pour le Wearlon par rapport à l'aluminium pendant toute l'accumulation de glace, ce qui correspond au même écart lorsque la glace n'est pas en cause. Pour le coefficient de portance, les résultats ne peuvent être utilisés pour une raison qui doit être investiguée.

L'utilisation des matériaux légers et résistants dans la fabrication industrielle des automobiles, est un sujet actuel qui préoccupe plusieurs centres de recherche. Ceci a pour but de réduire le poids, et de diminuer la consommation en carburants. Dans ce contexte, nous nous intéressons à étudier l'effet des sollicitations de la route sur les différents éléments du véhicule en particulier sur les pièces de la suspension en aluminium. Dans le cas réel, les sollicitations sont aléatoires et complexes, elles nécessitent des modélisations par des processus stochastiques, elles sont basées sur la densité spectrale de puissance (PSD). Il y a plusieurs normes pour caractériser le profil de la route, on note : ISO 8608, IRI (Indice de Rugosité International) et le SEI (Spektraler d'Ebenheits). Pour la réalisation de cette étude, un modèle analytique d'un quart de véhicule en trois dimensions a été développé. Ce modèle est utilisé pour la simulation des interactions route - véhicules. Dans la partie cinématique de ce projet, les vitesses et les accélérations des points situant dans la partie mobile de la suspension ont été déterminées en utilisant des méthodes vectorielles. Ces résultats nous permettent d'élargir le domaine de notre étude pour développer les équations du mouvement à partir de la seconde loi de Newton. Ces équations ont permis de calculer les forces appliquées sur les triangles inférieur et supérieur de la suspension. Les résultats obtenus sont utilisés dans le calcul de la réponse du véhicule à différents types d'excitation de route, ainsi que le calcul des fréquences naturelles du système. Dans l'avenir, cette étude, peut nous aider à mieux modéliser ce genre de problème complexe. Ceci nous permettra de répondre à quelques interrogations dans le domaine de la sécurité, la stabilité et la fiabilité des véhicules, en particulier de prévoir les zones à contraintes maximales afin de pouvoir augmenter la durée de vie des pièces fabriquées en aluminium.

Les engrenages sont utilisés dans divers secteurs industriels, notamment le secteur aérospatial. La tendance actuelle de l'industrie aérospatiale est de rechercher des moyens de diminuer les émissions polluantes générées par la fabrication et le fonctionnement de leurs produits. Le procédé de fabrication des engrenages comprend une étape de traitement thermique qui a pour effet d'améliorer la résistance à la flexion en pied de dent et à la pression de contact. La cémentation est actuellement le traitement préféré, car il améliore grandement la résistance des engrenages et est un procédé bien maîtrisé. Uinduction thermique est un traitement thermique alternatif à la cémentation qui intéresse l'industrie aéronautique parce qu'il est moins polluant et qu'il donne des résultats prometteurs. Le présent mémoire présente une étude expérimentale de la résistance à la flexion en pied de dent de roues droites cylindriques en acier AISI 4340 traitées thermiquement par induction. Lors d'un traitement thermique par induction, plusieurs paramètres peuvent être variés (temps, fréquence, puissance, géométrie de l'inducteur, etc.). Les roues dentées ont été traitées selon neuf traitements différents dans lesquels sont variés le temps, la puissance et la fréquence. La résistance à la flexion en pied de dent est principalement fonction du profil de dureté et du profil des contraintes résiduelles. Seuls les profils de dureté ont été mesurés. Le mémoire explore les liens entre la résistance à la flexion en pied de dent et les paramètres des traitements thermiques par induction.

Cette thèse traite de la simulation numérique du processus de soudage par impulsion magnétique. Le but est de pouvoir prédire la soudabilité d'un essai. Une première partie permet de se familiariser avec le procédé et une recherche bibliographique est présentée. Le soudage par explosion sert de comparatif pour dégager les critères de soudabilité, tandis que les études numériques sur le formage par impulsion magnétique permettent une première approche de la modélisation par le couplage séquentiel. La seconde section traite de la simulation électromagnétique dans ANSYS, simulation qui part d'un courant imposé dans une bobine pour arriver au calcul des forces de Lorentz qui vont propulser le tube extérieur sur le tube intérieur, tout deux placés de façon concentrique dans la bobine. Le modèle développé est vérifié et une étude de sensibilité des paramètres matériau et de dispositif est menée. Dans la troisième partie le modèle mécanique est développé dans ABAQUS/Explicit et les différentes opportunités de couplage ainsi que les nombreuses difficultés présentées. Par un couplage séquentiel, un outil de simulation du formage a été codé et par couplage séquentiello-faible, l'outil de simulation du soudage. Enfin une dernière partie permet d'exploiter l'outil numérique pour optimiser les essais ; l'analyse est faite selon 3 critères : vitesse d'impact, vitesse de collision et angle d'impact. Dans un premier temps, une étude de sensibilité rend compte des tendances des influences des divers paramètres ; ensuite un cas concret fictif est pris et une méthode est mise en place pour optimiser les paramètres que l'utilisateur choisira afin de parvenie au meilleur cordon de soudure.

L'accumulation de la glace atmosphérique sur le réseau de transport et de distribution de l'énergie électrique est à l'origine de problèmes divers de natures électriques et mécaniques. Le délestage naturel de la glace accumulée peut aussi causer d'énormes perturbations dans le réseau et s'avérer être très dangereux. Les risques encourus ne pouvant pas être totalement éliminés, il est possible de les réduire et améliorer la fiabilité du réseau de distribution de l'énergie électrique en développant des systèmes de déglaçage et de prévention du givrage. Pour ce faire, la connaissance des propriétés mécaniques de la glace atmosphérique et de son comportement est primordiale. L'objectif de cette étude dans le cadre de la problématique du délestage, est le développement d'un outil numérique afin de simuler le comportement mécanique de la glace atmosphérique dans un cadre éléments finis. Le logiciel commercial ABAQUS est utilisé à cette fin, dans lequel, la loi de comportement est fournie par l'utilisateur via une sous-routine VUMAT. Le comportement mécanique de la glace est décrit par une loi de comportement multiaxiale élastoviscoplastique avec endommagement ductile. La déformation totale comporte trois composantes : une déformation élastique instantanée, une déformation viscoélastique et une déformation viscoplastique. L'endommagement qui caractérise la perte de rigidité du matériau est pris en compte par un tenseur d'endommagement du quatrième ordre. Le modèle étant à l'origine développé et paramétré pour simuler le comportement ductile de la glace d'eau douce ; des expériences sont menées en laboratoire afin de déterminer les paramètres nécessaires au calibrage du modèle afin de pouvoir simuler le comportement de la glace atmosphérique. Le comportement de la glace atmosphérique est similaire à celui de la glace d'eau douce, il est cependant affecté par différents paramètres. Les essais effectués ont permis de mettre en évidence l'influence de la vitesse de déformation sur la résistance en compression ainsi que les différences existantes entre les comportements en traction et en compression qui caractérisent la classe des matériaux fragiles dont la glace fait partie. L'implementation de la sous-routine VUMAT développée a été validée par un certain nombre de simulations comprenant : la compression uniaxiale non-confinée à taux de contrainte et à taux de déformation constants, la compression uniaxiale confinée. Les résultats obtenus sont en accord avec les résultats tirés de la littérature pour la glace d'eau douce. Finalement, des recommandations sont formulées afin de compléter et améliorer ce travail. Ainsi, l'outil numérique développé permettra de simuler les situations de chargement mécaniques complexes que l'on ne peut reproduire en laboratoire ou en milieu naturel faute de temps ou de moyens.

II y a plus de 200,000 canadiens qui vivent dans environ 300 communautés isolées, qui ne sont pas connectées aux réseaux électriques provinciaux ou territoriaux. La plupart de ces communautés sont alimentées en électricité via des groupes électrogènes Diesel et subissent ainsi les coûts de carburant qui ne cessent d'augmenter ainsi que les autres frais d'exploitation comme le transport du carburant, la maintenance de Diesel et la dégradation de la qualité de l'air. La perte annuelle d'Hydro-Québec dans les réseaux isolés, résultant de l'écart entre le coût de production de l'électricité et sa tarification, s'élève à 133 millions de dollars. Les énergies renouvelables dont principalement l'énergie éolienne, constituent un potentiel important pour réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles dans les réseaux électriques. Au cours des deux dernières décennies, il y a eu un taux accéléré des installations d'éoliennes de grande taille, sous forme de grands parcs connectés aux systèmes électriques provinciaux ou nationaux. Les coûts pour ces grandes éoliennes ont diminué jusqu'au point où ils commencent à être comparables aux technologies traditionnelles de génération d'électricité. Cependant, l'intermittence de l'énergie éolienne empêche les parcs éoliens de fonctionner d'une façon autonome dans les sites isolés qui sont paradoxalement très riches en cette ressource naturelle. Les Systèmes Hybrides Éoliens-Diesel (SHED) s'imposent donc comme alternative presqu'unique aux génératrices Diesels. Le Taux de Pénétration en Puissance (TPP) éolienne est un facteur important pour la réduction de la consommation de carburant. Pour des questions de rentabilité, les SHED à haut TPP ne sont pas encore rentables, et ceci principalement à cause de la dissipation de l'énergie éolienne durant les périodes où la puissance éolienne disponible est supérieure à la demande. Le stockage d'énergie excédentaire est une des solutions pour augmenter la rentabilité des ces installations. Des recherches récentes ont conclu que la technique de stockage d'énergie sous forme d'air comprimé dans des cavernes souterraines est la plus adéquate pour les applications SHED compte tenu de ses différents points forts comme le coût, la densité énergétique, la densité de puissance, la durabilité et l'efficacité. Cette technique est très mature et présente déjà à Huntorf en Allemagne et Macintosh en Alabama aux États-Unis, mais combinée avec des turboréacteurs à gaz naturel connectés au réseau central de l'électricité. Afin de permettre la transformation de l'excès de l'énergie éolienne en air comprimé et transformer l'air comprimé en électricité, il est nécessaire d'avoir un ou plusieurs convertisseurs. Proposer une série de compresseurs et de moteurs à air comprimé est une solution coûteuse qui ne peut probablement pas voir le jour à cause de son manque de rentabilité. Une solution économiquement viable serait une hybridation pneumatique du groupe électrogène Diesel, déjà existant sur place, le transformant en un Moteur Hybride Pneumatique-Diesel (MHPD) capable de jouer, en plus de son rôle initial, le rôle d'un moteur à air comprimé et celui d'un compresseur d'air, d'où l'idée d'un Système Hybride Eolien - Diesel - Air Comprimé (SHEDAC) proposée et étudiée dans le détail dans cette thèse. Cette thèse présente une analyse détaillée des modifications à apporter au moteur Diesel afin de le transformer en un MHPD. Elle expose également une optimisation du concept ainsi qu'une évaluation de son apport en termes d'économie de carburant dans un site cible et ceci pour différentes hypothèses de volume de stockage d'air et de TPP éolienne installée. Dans le village isolé nord-Canadien Tuktoyaktuk, actuellement équipé d'une génératrice Diesel de 1 MW, la production d'électricité nécessite 1080 tonnes de carburant par an. Si un SHED à haute pénétration (TPP = 2) était mis en place dans ce village, la consommation de carburant serait seulement 561 tonnes par an, soit une baisse de 48%. En ajoutant un système de stockage d'air comprimé de 100,000 m3 et en transformant le moteur Diesel en un MHPD, la consommation annuelle de carburant baisserait encore de 13%, pour atteindre 415 tonnes. Afin d'obtenir ce gain significatif, il est nécessaire d'apporter plusieurs modification au moteur Diesel d'origine. Parmi ces modifications, on note principalement : 1. l'ajout de deux vannes trois voies, une installée dans le conduit d'admission, reliant celui-ci soit à la sortie du compresseur soit à la sortie du réservoir d'air comprimé ; et une installée dans le conduit d'échappement, connectant celui-ci soit à l'entrée de la turbine, soit à l'air libre ; 2. le remplacement du système de distribution par arbre à came par un système de distribution électromagnétique ou piézo-électrique permettant de prendre le contrôle, via un dispositif externe, sur les instants d'ouverture et de fermetures des soupapes d'admission et d'échappement du moteur ; 3. la prise sous contrôle du système d'injection via un dispositif extérieur, permettant d'actionner ou de couper l'injection du carburant, et d'en contrôler la quantité et la durée. Le contenu de la thèse est présenté sous forme de cinq articles originaux publiés ou soumis à des journaux scientifiques avec comité de lecture, ainsi que trois articles publiés dans des congrès scientifiques avec comité de lecture. Chacun de ces articles fait, au moment de sa soumission, l'objet de l'état de l'avancement de l'étude, selon la méthodologie détaillée dans le chapitre I. - Canada has over 200,000 citizens living in remote communities, many of whom rely on diesel generators for their electricity supply. The economical cost of energy is therefore very high due to not only inherent cost of fuel but also to transportation and maintenance costs. The environmental cost of energy is also high as the use of fossil fuels for electricity generation is a significant source of greenhouse gas emissions. Renewable energy for remote areas is being investigated to reduce the oil dependency. Among all renewable energies, the wind energy experiences the fastest growing rate, at more than 30% annually for the last 5 years in Canada, which led to significant reduction in installation cost. However, the intermittency of this free energy makes impossible replacing the Diesel generators by wind farms in remote areas. The use of hybrid Wind-Diesel Systems (WDS) is therefore the only reasonable alternative to Diesels. For a WDS, the fuel saving is higher for greater Wind Power Penetration Rate (WPPR), which is the ratio of the maximal wind generated power to the maximal load. Unfortunately, WDS with high WPPR are not cost - effective due to the high amount of wasted energy that occurs when the wind power is higher than the load. For this reason, adding an energy-storage element to the WDS is the only way to increase the WPPR and therefore the fuel savings. Previous studies proved that Compressed Air Energy Storage (CAES) is very adequate for WDS due to its low cost, high power density, good efficiency and reliability. In order to store and restore energy, one or several pneumatic converters are needed. Knowing that the maximal power of the air motors existing in the market does not exceed 5 kW, suggesting the addition of several air motors and compressors would not be cost effective. To solve this problem, this research suggests a pneumatic hybridization of the existing Diesel engine in order to transform it into a Hybrid Pneumatic-Diesel Engine (HPDE) able to operate as a conventional Diesel engine, an air compressor and air motor. The innovative idea of doing a multi-hybrid wind-Dieselcompressed air system is therefore born. This thesis investigates in details all the modifications of the Diesel engine required to transform it into a HPDE. It presents an optimization of the concept and an evaluation of its potential of fuel-savings generated by a WDS-HPDE power generation compared to a Diesel-only power generation and a WDS power generation, depending on the WPPR and the storage capacity, in a certain area. The North-Canadian remote village Tuktoyaktuk is presently equipped with a Diesel power supply system of 1MW capacity. The power production consumes 1080 tons of fuel every year. If a high penetration WDS (WPPR=2) were installed, the power production would consume only 561 tons of fuel, i.e. 48% less. By adding a CAES of 100,000 m3 and turning the Diesel engine into an HPDE, the fuel consumption of the multi-hybrid system for generating the power in Tuktoyaktuk would be only 415 tons, i.e. 13% less. To obtain this significant fuel economy, the following modifications of the Diesel engine's architecture are necessarily: 1. The addition of two 3-way valves: the first one, installed in the admission duct, connects the engine's intake either to the charger's outlet or to the CAES tank ; the second one, installed in the exhaust duct, connects the engine's exhaust either to the turbine's inlet or to the atmosphere; 2. The replacement of the cam-driven valve system by an electromagnetic or a piezoelectric valve system. The timing and duration of opening and closing of intake and exhaust valves could therefore be controlled via an external device. 3. The control of the fuel injection system (duration and timing) via an external device. This thesis is produced in the form of five original papers published or submitted to international journals and three papers published in international conferences with reviewing committee. Each of these journal-articles summarizes the results of one part of the methodology explained in the first chapter.

Renewable energy resources, including wind power, are part of the solution to the global energy problem. Over the past few decades, various types of materials such as wood, aluminium and composites have been used in the manufacturing of wind turbine blades. However, no investigations have been conducted on the application of wood-plastic composites (WPCs) for the production of small rotorblades for wind turbines in northern conditions; characterized by extremely cold temperatures and major winter storms. In order to investigate the application of WPCs in the rotorblades industry, the mechanical behaviour of this material under the operational conditions of a wind turbine should be investigated. In cold climate regions, wind turbines are exposed to severe conditions characterized by temperatures below — 50°C and wind speeds sometimes exceeding 25 m/s. This thesis is mostly divided into two main parts. First, the mechanical behaviour of wood-plastic composites is investigated using the experimental and numerical characterization of the material at cold temperatures. The studies are conducted under the maximum pressure of 18 psi within a temperature range of —50°C to +50°C with 25°C increments. Wood-plastic composite membranes with mass concentration of 20, 30, 40, 50, and 60wt% of wood fibre are tested and high-density polyethylene (HDPE) is used as the thermoplastic matrix of the composites. Second, the structural behaviour of a rotorblade made with WPCs is investigated under the operating conditions of a wind turbine. In this research, the bubble inflation technique is used for experimental and numerical modelling of the behaviour of WPCs. The elastic (Hooke's law) and hyperelastic (neo-Hookean) models, along with the artificial neural networks, are used to characterize the mechanical behaviour of the membranes. The elastic and hyperelastic behaviour of the specimens are modelled in Abaqus with different material constants in order to generate a learning library for the artificial neural network. Young's modulus and Cj represent the material constants for elastic and hyperelastic models, respectively. The optimum material constants are obtained using the neural network. The experimental results are used as the input of the network and the results from the simulations in Abaqus are used to train the neural network. The output of the network is the optimum material constants for different materials at different temperatures. The results of the neural network are then verified by a set of wind tunnel experiments and computer simulations in Abaqus. For the purpose of the experiments, a rectangular HDPE plate is tested at different temperatures and wind speeds in a wind tunnel. Furthermore, an HDPE plate is modelled in Abaqus with the same dimensions under the same pressure using the optimum material constant relevant to the corresponding temperature. The deformation values obtained in the experiments are compared with the ones attained in Abaqus in order to verify the accuracy of the material constants. Moreover, the application of the wood-plastic composites is investigated in the rotorblades industry by comparing the material performance with the material requirements of the industry. The operational parameters and conditions require the material to have a high stiffness, low density, and long fatigue life. Finally, a small rotorblade is modelled in Abaqus to investigate the deformation of a blade made of WPC and aluminium. In addition, in order to introduce the challenges involved in the application of this material in the rotorblades industry, a brief review of the effects of humidity and ice on WPCs and rotorblades is presented at the end of this project. Les sources d'énergie renouvelables, notamment l'énergie éolienne, font partie de la solution au problème mondial lié à l'énergie. Au cours des dernières décennies, divers types de matériaux tels que le bois, l'aluminium et des composites ont été utilisés dans la fabrication de pales d'éoliennes. Cependant, aucune recherche n'a été menée sur l'application des composites bois-plastique pour la production de petites pales éoliennes situées en milieu nordique qui est caractérisé par des températures extrêmement froides et les grandes tempêtes hivernales. Afin d'étudier l'application de ces composites bois-plastique dans le secteur des pales éoliennes, le comportement mécanique de ce matériau dans les conditions de fonctionnement d'une éolienne doit être étudié. En effet, dans les régions froides, les éoliennes sont exposées à des conditions météorologiques sévères, caractérisées par des températures inférieures à — 50°C et des vitesses de vent dépassant parfois 25 m/s. Cette thèse est divisée en deux parties principales. D'une part, le comportement mécanique des composites bois-plastique est étudié en utilisant la caractérisation expérimentale et numérique du matériau à des températures froides. Les études sont menées sous la pression maximale de 18 psi dans une plage de température de — 50°C à 50°C avec des paliers de 25°C. Des membranes composites en bois-plastique avec des concentrations massique de 20, 30, 40, 50, et 60% poids de fibres de bois sont testés et le polyethylene haute densité (PEHD) est utilisé comme matrice thermoplastique des composites. D'autre part, le comportement structural d'une pale éolienne fabriquée à partir d'un composite bois-plastique est étudié dans les conditions de fonctionnement d'une éolienne. Dans cette recherche, la technique de gonflage de bulles est utilisée pour la modélisation expérimentale et numérique du comportement du composite bois-plastique. Les modèles élastique (loi de Hooke) et hyperélastique (néo-Hookéen), ainsi que les réseaux de neurones artificiels, sont utilisés pour caractériser le comportement mécanique des membranes. Le comportement élastique et hyperélastique des spécimens sont modélisés dans le logiciel Abaqus avec différentes constantes matérielles afin de générer une bibliothèque d'apprentissage pour le réseau neuronal artificiel. Le module de Young et Ci représentent les constantes matérielles pour les modèles élastiques et hyperélastiques, respectivement. Les constantes matérielles optimales sont obtenues en utilisant le réseau de neurones. Les résultats expérimentaux sont utilisés comme entrée du réseau et les résultats des simulations dans Abaqus sont utilisés pour l'apprentissage du réseau de neurones. La sortie du réseau est composée des constantes matérielles optimales pour différents matériaux à des différentes températures. Les résultats du réseau de neurones sont ensuite vérifiés par un ensemble d'expériences en soufflerie et par des simulations numériques dans Abaqus. À des fins expérimentales, une plaque rectangulaire de PEHD est testée à différentes températures et vitesses de vent dans une soufflerie. Par la suite, la plaque PEHD est modélisée dans Abaqus avec des conditions similaires: dimensions et pression identiques en utilisant la constante matérielle optimale appropriée pour une température donnée. Les valeurs de déformation obtenues dans ces expériences sont comparées avec celles obtenues dans Abaqus afin de vérifier l'exactitude des constantes matérielles. En outre, l'utilisation des composites bois-plastique dans le secteur des pales éoliennes est étudiée en comparant la performance du matériau avec les exigences matérielles de l'industrie. Les paramètres et les conditions opérationnels exigent du matériau d'avoir une rigidité élevée, une faible densité et une longue résistance à la fatigue. Enfin, une pale éolienne est modélisée dans Abaqus pour étudier la déformation d'une pale fabriquée en composite bois-plastique et en aluminium. De plus, afin d'aborder les défis liés à l'application de ce matériau dans l'industrie des pales éoliennes, un bref examen des effets de l'humidité et de l'accumulation de la glace sur les composites bois-plastique est pésenté à la fin de ce projet.

This study describes the analysis of suspension system and its lower arm. These analyses were specifically applied on lower suspension arm to determine its vibration and stress behaviour during its operation. The suspension system is one of the most important components of vehicle, which directly affects the safety, performance, noise level and style of it. The main objectives are to have less stress on lower suspension arm system as well as to reduce imposed load by optimization. The optimization of imposed load on lower suspension arm system is directly related to imposed force on the vehicle created by the road. This load has a direct effect on the value of imposed force on lower arm, where the lower arm force will be minimized by reducing the applied load. Hence, genetic algorithms for optimization and MATLAB optimization toolbar are used, as well as, specific M-file codes have been developed into MATLAB for optimization. By determining optimized design values of suspension system for reducing road force, it is possible to survey vibration condition of lower arm according to frequency respond of suspension system and its natural frequency. Therefore, frequency response of its acceleration has been determined according to the whole mass of suspension system. Using FFT technique and making transfer function for frequency response of suspension system, will present responded frequency of suspension system which is using for vibration analysis. For stress analysis, load condition of lower suspension arm system must be determined in advance. Hence, a typical model of McPherson suspension system has been selected for analysis. According to the road profile considered for analysis and the velocity of vehicle, it is possible to obtain both velocity and acceleration equations for whole components of McPherson suspension system. These values are used to determine dynamic force condition of lower arm suspension system during its operation. By using dynamic forces which are governing on lower arm of suspension system, in ABAQUS, the stress condition of lower arm can be determined during its operation.

L’industrie de l’aluminium fait aujourd’hui l’objet d’une compétition internationale féroce obligeant les producteurs d’aluminium de première fusion à améliorer l’efficacité et la longévité des cuves d’électrolyse. En ce sens, la sélection ainsi que la qualité des matériaux composant ladite cuve deviennent donc des facteurs de toute première importance. La pâte monolithique, qui entre dans la préparation du plan cathodique des cuves, est un matériau qui est mis en place dans les joints par vibro-compaction et ce, afin d’assurer son scellement. Il s’agit là d’un matériau thermoréactif fort complexe dont les propriétés évoluent selon le niveau de cuisson. Le but du présent projet est donc de proposer une loi de comportement thermo-chimio-mécanique (TCM) pour la pâte monolithique et assurer son implémentation dans le logiciel d’analyse par éléments finis ANSYS®. Pour ce faire, un modèle de comportement a été choisi à partir des lois existantes dans la littérature. Celui-ci est dépendant de la pression hydrostatique et possède un mécanisme d’écrouissage et d’adoucissement en plus de prendre en compte l’effet de cuisson du matériau. Une validation de l’approche a été menée en comparant les résultats numériques obtenus avec l’outil FESh++, outil possédant une loi de comportement TCM pour les matériaux à base de carbone considérée comme une des plus représentatives à ce jour. Finalement, une validation du banc d’essai thermomécanique BERTA (Banc d’essai de résistance thermomécanique ALCAN) a été effectuée dans l’optique de son utilisation pour la validation expérimentale de la loi de comportement sur un montage à plus grande échelle. Il a cependant été conclu que le banc d’essai BERTA ne possède actuellement pas la capacité de suivre efficacement le comportement déformationnel d’un matériau tel que celui à l’étude. Au terme de ce projet, l’outil prédictif développé aura permis d’assurer une meilleure compréhension du comportement des cuves d’électrolyses lors de leur mise en service, et ce, via la simulation réaliste de l’effet de la cuisson de la pâte monolithique sur son comportement durant cette période critique. Aluminum industry is in a fierce international competition requiring the constant improvement of the electrolysis cell effectiveness and longevity. The selection of the cell’s materials components becomes an important factor to increase the cell’s life. The ramming paste, used to seal the cathode lining, is compacted in the joints between the cathode and the side wall of the cell. It is a complex thermo-chemo-reactive material whose proprieties change with the evolution of his baking level. Therefore, the objective of this project is to propose a thermo-chemo-mechanical constitutive law for the ramming paste and implement it in the finite element software ANSYS®. A constitutive model was first chosen from the available literature on the subject. It is a pressure dependent model that uses hardening, softening and baking mechanisms in its definition to mimic the behavior of carbon-based materials. Subsequently, the numerical tool was validated using the finite element toolbox FESh++, which contains the most representative carbon-based thermo-chimio-mechanical material constitutive law at this time. Finally, a validation of the experimental setup BERTA (Banc d’essai de résistance thermomécanique ALCAN) was made in prevision of a larger scale experimental validation of the constitutive law in a near future. However, the analysis of the results shows that BERTA is not suited to adequately measure the mechanical deformation of such kind of material. Following this project, the numerical tool will be used in numerical simulation to introduce the various effects of the baking of the ramming paste during the cell startup. This new tool will help the industrial partner to enhance the understanding of Hall-Héroult cell start-up and optimize this critical step.