Le phénomène de fatigue par petits débattements est tributaire des conditions de contact où il se produit. Dépendamment de ces conditions, des contraintes ainsi que des microglissements prennent forme. Dans le cas du contact entre le berceau d'une pince de suspension et un fil de conducteur électrique, la fatigue par petits débattements est observable près du dernier point de contact (DPC) entre les deux corps. Une étude en deux parties des conditions de contact en cette zone a eu lieu. En premier lieu, des mesures de déformations ont été prises sur les fils les plus susceptibles de rupturer lors d'essais de fatigue. Deux conducteurs ont été étudiés: un ACSR Drake et un ACSR Bersfort. Ces mesures ont permis de connaître la nature des efforts agissant sur ces fils. Lors du chargement statique, des déformations plastiques sont observables à une tension équivalente à 30\% de la résistance maximale en tension. Le mode de déformation le plus important près du DPC est par flexion binormale, quoique les déformations en traction soient aussi importantes. Lors d'un essai de fatigue, le chargement alterné découlant de la vibration du conducteur est principalement ressenti par un fil comme étant une traction alternée. Suite à cette constatation, un modèle par éléments finis n'impliquant qu'un chargement en traction (outre l'application d'une force de contact reproduisant le serrage du chapeau de la pince de suspension) a été développé. La technique de l'analyse globale locale a été utilisée afin de rendre plus efficace la modélisation 3D du problème. Des simulations en domaine élastique et élastoplastique ont permis de déduire les conditions de contact existant entre un fil de conducteur et le berceau d'une pince de suspension, avec un intérêt particulier pour les microglissements. Les microglissements jouent un rôle important dans le processus de fatigue par petits débattements. Il est donc important d'obtenir un ordre de grandeur de leur amplitude. Il a été observé que les microglissements maximaux pour le cas d'un contact entre un fil et le berceau d'une pince de suspension seraient inférieurs ou du même ordre de grandeur que ceux obtenus dans le cas du contact entre deux spheres. Ce dernier modèle peut donner une évaluation raisonnable des microglissements permettant de développer un indicateur de fatigue tenant compte de la mécanique du contact. Les microglissements et les contraintes de contact obtenus numériquement peuvent servir à calculer divers indicateurs de fatigue. Le critère de Ruiz et Chen est utilisé afin d'illustrer le fait. /

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A new concept of hydrokinetic turbine based on oscillating hydrofoils is investigated. The objective of this study is to analyze the unsteady hydrodynamics of oscillating foils, to optimize their motions for maximum power extraction and to demonstrate in practice the potential of such a concept of turbine through experiments on a prototype. The analysis and optimization have been conducted via low Reynolds number, laminar numerical simulations as well as high Reynolds number, Unsteady Reynolds- Averaged Navier-Stokes (URANS) computations. A 2D and 3D numerical methodology relying on the use of sliding interfaces and suitable to the case of foils undergoing oscillations of large amplitudes is presented. Using that numerical strategy, a parametric study is conducted and leads to the identification of the dominant parameters impacting the hydrodynamic performance of the oscillating-foil turbine. Based on a large number of simulations, the performance of the oscillating-foil turbine has been mapped in relevant parametric spaces. In addition, optimal spatial configurations of turbines with tandem foils is also provided. The potential of the oscillating-foils hydrokinetic turbine has also been formally established in this work through field tests on a 2kW tandem-foils prototype. Its performance has been found to be competitive with the best competing technologies based on horizontal-axis rotor-blades. The experimental data have also been used here to validate the numerical models and have been found to strongly support the 3D numerical simulations. / Un nouveau concept d’hydrolienne bas´ee sur des ailes oscillantes est ´etudi´e. La pr´esente ´etude a pour but d’´etudier l’hydrodynamique instationnaire d’une aile oscillante, d’optimiser son mouvement afin de maximiser l’extraction de puissance et de d´emontrer le potentiel d’une turbine `a ailes oscillantes par une campagne exp´erimentale sur un prototype. L’analyse et l’optimisation de la turbine `a ailes oscillantes ont ´et´e effectu´ees par simulations num´eriques `a bas nombre de Reynolds (laminaire) ainsi qu’`a haut nombre de Reynolds (Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes; URANS). Une strat´egie num´erique 2D et 3D impliquant l’utilisation d’interfaces de glissement a ´et´e d´evelopp´ee sp´ecifiquement pour cette application de corps oscillants avec de grandes amplitudes de mouvement. `A l’aide de cette strat´egie num´erique, une ´etude param´etrique fut effectu´ee et permit l’identification des param`etres dominants en ce qui a trait `a la performance hydrodynamique de la turbine `a ailes oscillantes. Bas´e sur un grand nombre de simulations, les zones optimales de production de puissance ont ´et´e identifi´ees dans les espaces param´etriques pertinents. De plus, des configurations spatiales optimales ont ´et´e identifi´ees pour le cas de turbines `a ailes oscillantes en tandem. Le potentiel de l’hydrolienne `a ailes oscillantes a ´et´e formellement ´etabli dans ce travail grˆace `a une campagne exp´erimentale sur un prototype `a ailes en tandem de 2 kW. La performance de ce dernier s’av´era comp´etitive avec celle des hydroliennes de type rotors `a axe horizontal que l’on retrouve dans la majorit´e des designs d’hydrolienne propos´es. Les donn´ees de la campagne exp´erimentale ont ´egalement permis de valider les r´esultats des simulations num´eriques par leur accord avec les simulations 3D. / Tableau d'honneur de la FÉSP

L’évaluation de la fiabilité des réseaux est un problème combinatoire très complexe qui nécessite des moyens de calcul très puissants. Plusieurs méthodes ont été proposées dans la littérature pour apporter des solutions. Certaines ont été programmées dont notamment les méthodes d’énumération des ensembles minimaux et la factorisation, et d’autres sont restées à l’état de simples théories. Cette thèse traite le cas de l’évaluation et l’optimisation de la fiabilité des réseaux. Plusieurs problèmes ont été abordés dont notamment la mise au point d’une méthodologie pour la modélisation des réseaux en vue de l’évaluation de leur fiabilités. Cette méthodologie a été validée dans le cadre d’un réseau de radio communication étendu implanté récemment pour couvrir les besoins de toute la province québécoise. Plusieurs algorithmes ont aussi été établis pour générer les chemins et les coupes minimales pour un réseau donné. La génération des chemins et des coupes constitue une contribution importante dans le processus d’évaluation et d’optimisation de la fiabilité. Ces algorithmes ont permis de traiter de manière rapide et efficace plusieurs réseaux tests ainsi que le réseau de radio communication provincial. Ils ont été par la suite exploités pour évaluer la fiabilité grâce à une méthode basée sur les diagrammes de décision binaire. Plusieurs contributions théoriques ont aussi permis de mettre en place une solution exacte de la fiabilité des réseaux stochastiques imparfaits dans le cadre des méthodes de factorisation. A partir de cette recherche plusieurs outils ont été programmés pour évaluer et optimiser la fiabilité des réseaux. Les résultats obtenus montrent clairement un gain significatif en temps d’exécution et en espace de mémoire utilisé par rapport à beaucoup d’autres implémentations. Mots-clés: Fiabilité, réseaux, optimisation, diagrammes de décision binaire, ensembles des chemins et coupes minimales, algorithmes, indicateur de Birnbaum, systèmes de radio télécommunication, programmes. / Efficient computation of systems reliability is required in many sensitive networks. Despite the increased efficiency of computers and the proliferation of algorithms, the problem of finding good and quickly solutions in the case of large systems remains open. Recently, efficient computation techniques have been recognized as significant advances to solve the problem during a reasonable period of time. However, they are applicable to a special category of networks and more efforts still necessary to generalize a unified method giving exact solution. Assessing the reliability of networks is a very complex combinatorial problem which requires powerful computing resources. Several methods have been proposed in the literature. Some have been implemented including minimal sets enumeration and factoring methods, and others remained as simple theories. This thesis treats the case of networks reliability evaluation and optimization. Several issues were discussed including the development of a methodology for modeling networks and evaluating their reliabilities. This methodology was validated as part of a radio communication network project. In this work, some algorithms have been developed to generate minimal paths and cuts for a given network. The generation of paths and cuts is an important contribution in the process of networks reliability and optimization. These algorithms have been subsequently used to assess reliability by a method based on binary decision diagrams. Several theoretical contributions have been proposed and helped to establish an exact solution of the stochastic networks reliability in which edges and nodes are subject to failure using factoring decomposition theorem. From this research activity, several tools have been implemented and results clearly show a significant gain in time execution and memory space used by comparison to many other implementations. Key-words: Reliability, Networks, optimization, binary decision diagrams, minimal paths set and cuts set, algorithms, Birnbaum performance index, Networks, radio-telecommunication systems, programs.

Les travaux de ce mémoire portent sur l'analyse et la conception optimale de systèmes manufacturiers composés de machines non fiables. Les systèmes considérés peuvent opérer selon une structure réseau d’assemblage/désassemblage. Des stocks tampons sont placés entre les machines pour les découpler les unes des autres. Ces machines peuvent opérer en mode de fonctionnement dégradé. Chaque machine est modélisée comme un système à trois états : fonctionnement nominal, panne totale et mode dégradé. On considère que le mode de fonctionnement dégradé affecte uniquement le taux de production nominal des machines et non la qualité des pièces produites. Afin d’évaluer le taux de production d’un tel réseau manufacturier à machines multi-états (dit complexe), une méthode d’évaluation analytique est tout d’abord explorée. Cette méthode consiste à remplacer chaque machine par une machine équivalente à deux états, puis à appliquer ensuite une des méthodes existantes pour les réseaux avec machines binaires. Après avoir découvert que cette méthode est imprécise même dans le cas simple de deux machines multi-états séparées par un stock, nous avons utilisé une simulation à base du logiciel Simio en vue d’une conception optimale du réseau. Dans cette conception, il est question de faire une sélection conjointe des technologies des machines et des tailles de stocks. L’objectif de l’optimisation est de maximiser le taux de production sous des contraintes de budget. La plupart des travaux existants considèrent le problème d’allocation des stocks tampons pour des lignes séries ou séries-parallèles, en considérant que les technologies des machines sont déjà choisies. L’extension ainsi développée est validée en utilisant différentes instances générées aléatoirement. Pour ce faire, le modèle de simulation développé est couplé à deux méthodes d’optimisation. La première méthode utilise l’outil d'optimisation OptQuest. La seconde méthode est une nouvelle heuristique basée sur un algorithme génétique (AG). Dans chacune des méthodes, l’outil d’optimisation se sert de l’estimation du taux de production effectuée par l’outil de simulation dan #s sa fonction d’objectif. Notre nouvelle méthode (simulation/AG) est comparée à une approche couplant une méthode analytique à un AG dans le cas de machines binaires. Les résultats numériques obtenus illustrent l’efficacité de notre méthode au niveau de la qualité des solutions, au détriment d’un temps de calcul moins performant. / This thesis focuses on the analysis and optimal design of manufacturing systems composed of unreliable machinery. The considered systems can operate in an assembly / disassembly structure. Buffer stocks are placed between the machines in order to decouple them from each other. These machines can operate in degraded mode. Each machine is represented as a system with three states: nominal operation, blackout and a degraded mode. We consider that the degraded mode affects only the nominal production rate of machines and not the quality of the parts produced. To assess the rate of production of such a manufacturing system with multi-state machine (called complex), an analytical method is first explored. This method consists on replacing each machine by an equivalent one with two states, and then applying one of the classical methods for networks with binary state machines. After discovering the lack of precision of this method, we used a simulation method based on the software Simio for the optimal design of networks with multi-state machines. In this design, it is about making a joint selection of technologies and buffer sizes between machines. The objective of the optimization is to maximize the rate of production under budget constraints. Most existing works consider the problem of allocating buffer stocks for serial lines or series-parallel when machine technologies are already chosen. Our method is developed and validated using different randomly generated instances. To do this, the developed simulation model is coupled with two optimization methods. The first method uses the OptQuest optimization tool. The second method is a new heuristic based on a genetic algorithm (GA). In each method, the optimizer uses the production rate estimation carried out by the simulation tool in its objective function. Our new method (simulation / GA) is compared to an approach coupling an analytical method to a GA in the case of binary machines. The numerical results illustrate the effectiveness of our method in terms of solution quality at the expense of the less efficient computation time.

Le présent mémoire a pour objectif d’améliorer la prédiction des phénomènes de perte dans les aspirateurs de turbines hydrauliques. Pour ce faire, l’écoulement dans un aspirateur caractérisé par une diminution abrupte du coefficient de récupération près du meilleur point de fonctionnement a été étudié. Une méthode avancée de modélisation de la turbulence, le DES, a été mise à l’essai, afin de déterminer les gains associés à une représentation plus fine des mouvements turbulents dans cette composante. Les requis méthodologiques liés à cette approche, notamment par rapport à la condition d’entrée, ont été explorés, dans le but de développer une meilleure expertise d’utilisation du DES. Il a été démontré que le profil de vitesse radiale imposé dans le plan d’entrée du domaine de calcul altère de façon significative l’écoulement en aval et les performances prédites. Avec le profil de vitesse radiale mesuré expérimentalement, l’allure de la courbe de performance de l’aspirateur a pu être assez bien reproduite avec l’approche de modélisation de la turbulence URANS. Toutefois, certains aspects des simulations ne concordent pas bien avec les mesures expérimentales, c’est notamment le cas de l’écart de débit entre les deux canaux de sortie. Il a été établi que les structures d’écoulement en rotation sous les aubes de la roue nécessitent une discrétisation spatiale et temporelle extrêmement fine pour éviter qu’elles se diffusent prématurément sous le plan d’entrée. Toutefois, au point d’opération considéré, leur influence sur les performances de l’aspirateur s’est avérée très faible. Les simulations DES et URANS de l’aspirateur où des conditions d’entrée axisymétriques ont été imposées ont prédit des performances similaires. Cependant, le DES permet de simuler une dynamique tourbillonnaire beaucoup plus riche, avec un maillage et un pas de temps similaire au URANS, tout en étant largement moins dépendant des quantités turbulentes modélisées imposées dans le plan d’entrée. / The work carried throughout this thesis has for objective to enhance losses predictions in hydraulic turbines draft tube. In order to acheive this, the flow in a draft tube charaterized by a sharp drop in the pressure recovery coefficient near the best efficiency point was studied. Detached Eddy Simulation (DES), an advanced turbulence modeling approach, was put to the test, in order to asses the gain attributable to a finer and more precise description of turbulent motions in this component. The numerical methods required associated to this approach, especially regarding the inlet boundary condition, were investigated. It was shown that the radial velocity profile specified at the inlet of the computational domain alters significantly the flow downstream and the predicted performance. With the measured radial velocity profile specified at the inlet of the draft tube, reasonnable agreement was found between URANS numerical results and experimental measurements of pressure recovery. However, some aspects of the numerical simulations does not agree well with experimental data. It is the case for flow imbalance between the two outlet bays. It was established that rotating flow structures underneath the runner blades require extremely fine grid and time step resolution to avoid their premature diffusion underneath the inlet plane. Nevertheless, at the studied operating point, their influence on draft tube performance was found to be very limited. DES and URANS simulations of the draft tube where axisymmetric inlet boundary conditions were imposed predicted similar pressure recovery. However, DES enables to simulate much more complex and rich turbulent motions, at a computational cost similar to the one of a URANS simulatation and with much less influence from the modeled turbulent quantities specified at the inlet plane.

Ce mémoire a comme objectif de prédire les performances d’une turbine modèle de type bulbe à l’aide de simulations numériques RANS k-ε. Tout d’abord, par des simulations numériques, on valide les éléments de la méthodologie les plus susceptibles d’influencer la qualité des résultats. Par la suite, on obtient la colline de rendement numérique et on analyse l’effet du jeu de bout d’aube ainsi que des jeux au moyeu sur la prédiction de performance. Les résultats indiquent que la colline de rendement numérique se compare bien à la littérature portant sur les turbines bulbes. On montre, de plus, que tenir compte du jeu de bout d’aube dans la simulation numérique diminue de manière significative le rendement prédit. L’impact des jeux au moyeu est cependant négligeable sur la prédiction de performance de la turbine. Finalement, une modification de l’aspirateur est proposée pour la suite du projet entrepris par le consortium de recherche.

Ce mémoire de maîtrise présente le travail effectué pour concevoir et réaliser un canal hydrodynamique. Ce canal permettra un étalonnage rapide et précis de capteurs de frottement de type film chaud. Lors de ce projet, des simulations numériques ont été effectuées pour valider le rapport de forme et la longueur de développement du canal permettant d’atteindre un écoulement pleinement développé et bidimensionnel. Une étude structurelle et hydraulique du canal a ensuite permis de vérifier le respect du cahier des charges. Enfin, des mesures de vitesse dans la veine d’essai ont été effectuées à l’aide d’un système LDV. Les profils obtenus ont montré que l’écoulement peut être considéré pleinement développé et bidimensionnel dans cette zone. Cependant, quelques différences par rapport à la littérature et aux simulations numériques ont été détectées. L’étude de l’influence de certains paramètres a permis de déterminer des pistes d’amélioration pour une estimation plus précise du frottement. / This Master’s thesis presents the design of a hydraulic tunnel. The bench should allow calibrating wall shear stress hot-film probes easily and rapidly. During this project, 3D CFD simulations have been performed to find minimum aspect ratio and minimum length of development to reach 2D fully developed flow. Then, mechanical and hydraulic analyses have been carried out to determine if the design conforms to specifications. After manufacturing, velocity and pressure measurements have been performed respectively with a LDV system and differential pressure sensor. By comparing different velocity profiles, it has been confirmed that the flow in test section is 2D fully developed. However, some discrepancies with the literature and the CFD simulations have been detected. The study of some parameters allowed to determine possible causes for these differences and to propose future studies to improve wall shear stress estimation.

Un modèle multicorps de camion semi-remorque à 331 degrés de liberté a été construit dans un logiciel à code source libre. Il a été étalonné et validé à l’aide d’une campagne expérimentale effectuée sur la route. Le signal d’un photodétecteur, 10 signaux d’accélération, la distribution du poids, les données météorologiques et le profil longitudinal de la route y ont été recueillis. Afin de bien représenter l’interaction avec la route, un modèle dynamique du pneu a été développé et il est précis jusqu’à 100 Hz. Ce dernier a été étalonné à l’aide de données obtenues à partir d’un modèle fiable d’analyse par éléments finis. Finalement, le modèle de camion a été utilisé dans une étude paramétrique qui a servi à obtenir des relations entre différents critères d’évaluation des profils et l’efficacité du transport. Ces différents critères sont l’IRI, le HRI et plusieurs autres indices inspirés de ceux-ci. L’efficacité est évaluée selon la consommation d’essence, l’usure du véhicule, la santé des occupants et la sécurité. / A multibody model of a semi-trailer truck with 331 degrees of freedom was built using an open source software. It was calibrated and validated by an on road experimental campaign. There, the signal from a photodetector, 10 acceleration signals, the weight distribution, meteorological data, and the longitudinal profile have been collected. In order to properly represent the interaction with the road, a dynamic tire model has been developed and it is precise at up to 100 Hz. The latter was calibrated with data obtained from a trustworthy finite element model. Finally, the truck model was used in a parametric study which allowed to obtain the relationships between various road surface evaluation criteria and the efficiency of vehicles. These criteria are the IRI, the HRI, and many more inspired from those two. The efficiency is evaluated in terms of fuel consumption, vehicle wear, passenger health, and security.

La mondialisation des marchés, la crise économique de même que de nombreuses forces externes ont provoqué une concurrence très poussée entre les entreprises forestières d’ici et d’ailleurs. Cette concurrence les oblige à améliorer leurs décisions pour rester compétitives au niveau des critères économiques, environnementaux et sociaux. Dans notre étude nous avons proposé des indicateurs de performance de développement durable qui peuvent être alignés avec les objectifs du système de décision d’une entreprise forestière. Pour ce faire, nous nous sommes inspirés de la méthode ECOGRAI développée par les Professeurs Doumeingts et Pun au laboratoire de recherche GRAI de l’Université de Bordeaux. Nous avons aussi mis en pratique quelques indicateurs de performance pour un réseau logistique forestier qui représente le contexte de la Côte-Nord au Québec, en utilisant un progiciel de modélisation et d’optimisation (Logilab). Nous avons conclu que les indicateurs proposés peuvent effectivement nous aider à atteindre les objectifs environnementaux, sociaux et économiques puisqu’ils mesurent l’efficacité et l’efficience de tout le réseau simulé par rapport aux objectifs fixés et supposés acceptés dans le cadre de la stratégie du réseau. Ils pourraient également être généralisés à d’autres secteurs d’activité.