Au cours de la phase de préformage, le renfort sec peut être soumis à plusieurs déformations : la tension, le cisaillement mais aussi la compression. Si les deux premières déformations ont été bien explorées dans plusieurs études ces dernières années, ce n’est pas le cas de la compression. Pourtant, ce type de déformation affecte de manière importante la perméabilité du renfort lors de l’injection de la résine, car il change la porosité du renfort tant au niveau de la forme qu’au niveau de la dimension. La présente thèse propose d’étudier le comportement du renfort en compression et l’influence de cette déformation sur la perméabilité. Pour cela, des essais de compression sont menés pour étudier l’impact de la compaction sur la déformation globale du renfort ainsi que des différents facteurs susceptibles de l’affecter. Parallèle aux essais expérimentaux, des simulations numériques à l’échelle mésoscopique par éléments finis ont été mises en place. Les simulations réalisées sont validées à partir des essais mécaniques. Les géométries déformées obtenues par les simulations mécaniques ont été ensuite traitées par une chaîne de maillage pour l’obtention d’un maillage 3D régulière d’un VER fluide. La prédiction de la perméabilité du renfort tissé est réalisée en résolvant les équations de Stokes et Brinkman et l’utilisation de l’homogénéisation sur le maillage décrit précédemment / During the preforming phase, the dry reinforcement may be subjected to several deformations: tension, shear, but also compression. If two first déformations have been well explored in several studies in recent years, this is not the case of compression. However, this type of deformation significantly affects the permeability of the reinforcement during resin injection because it changes the porosity of the reinforcement both in form and in terms of size. This thesis proposes to study the behavior of the reinforcement in compression and the influence of this deformation on the permeability. For this purpose, compression tests are conducted to study the impact of compaction on the overall deformation of the reinforcement and the various factors that may affect it. Parallel to the experimental study, finite element based numerical simulations at the mesoscopic scale was implemented. The simulations are validated by the mechanical tests. The deformed geometry obtained by the mechanical simulations was then processed by a meshing chain to obtain a 3D regular mesh of the RVE fluid. The prediction of the permeability of the woven reinforcement is achieved by solving the Stokes and Brinkman equations and by using the homogenization on the grid mentioned above.

Cette thèse traite des aspects tribologiques et dynamiques de la perception tactile donnée par un doigt lors du balayage d'une surface. Une attention particulière est portée à l'analyse directe des spectres des vibrations induites par contact entre le doigt et la surface touchée, qui représente un nouveau champ de recherche. En fait, si le fait que les vibrations activent les afférentes tactiles et leur rôle essentiel pour la perception des textures fines est une chose acquise (duplex theory of tactile texture perception), le lien entre les caractéristiques de la surface, leur perception et les caractéristiques des spectres des vibrations induites est encore inconnu. Le travail de est animés par la volonté de contribuer à comprendre les mécanismes du toucher, élément clé de nombreuses applications touchant différents domaines : la quantification de la qualité des textiles, l'ergonomie des objets du quotidien (affectant grandement leur compétitivité commerciale), l'identification des imperfections de surface; la conception de dispositifs tactiles de communication , le développement de capteurs tactiles artificiels pour les prothèses intelligentes ou assistants robotisés, le développement des interfaces homme-machine pour l'interaction avec les réalités virtuelles ou des systèmes de télé-opération (télédiagnostic ou microchirurgie), ou encore le développement de tests d'évaluation de la sensibilité tactile lors d'un diagnostic. L'étude d'un doigt se déplaçant sur une surface, comporte plusieurs difficultés liées aux caractéristiques du contact et aux mesures mêmes. Ces problèmes ont fait que la première étape du travail présenté a été la conception d'un nouveau dispositif expérimental, baptisé TriboTouch, développé pour reproduire le balayage d'une surface par un doigt dans des conditions de contact réalistes (vitesse de balayage, charge normale, rugosité de surface, etc.) et surtout, en évitant la production de bruit. Le banc d'essai a été conçu pour garantir la reproductibilité des mesures et pour effectuer des mesures sans introduire de bruit parasite. Il permet de réaliser à la fois des mesures de la dynamique globale et des mesures de la dynamique locales (au niveau de la zone de contact) employant un doigt en silicone. L'analyse présentée s'intéresse au comportement de l'index de la main droite, en contact avec différentes surfaces (rugueuses périodiques ou isotropes et issues de textiles), analysé pour différentes vitesses de balayage et valeurs de la charge appliquée en soulignant le rôle des empreintes digitales. Un modèle numérique simple a été développé pour reproduire le comportement des vibrations induites lors du balayage de deux surfaces périodiques et les résultats sont comparés aux résultats expérimentaux. La correspondance de la distribution des fréquences de vibrations a mis en évidence le rôle clé des empreintes digitales dans les spectres de vibration et, en conséquence, pour la perception tactile. / This thesis deals with the tribological and dynamic aspects of tactile perception given by the scanning of the finger on a surface. The attention is focused on a direct analysis of the vibration spectrum characteristics, induced by the surface features that is a relatively new research field. In fact, it is accepted that vibrations activate the tactile afferents and their essential role for the perception of fine textures (duplex theory of tactile texture perception) but it is still unknown the link with the surface texture characteristics and the features of the induced vibration spectra. The work is aimed to contribute to a better understanding of the mechanisms of the tactile sense, that is basilar for manifold different applications: textile quality quantification, ergonomics of everyday objects (which largely affects their commercial competitiveness), identification of surface imperfections, the design of tactile communication devices, the development of artificial tactile sensors for intelligent prostheses or robotic assistants, the development of human-machine interfaces for interaction with virtual realities or teleoperation systems, such as for telediagnosis or microsurgery, reproducing real perception (virtual reality), increasing the human perception (augmented reality), development of tests for evaluation of tactile sensitivity during diagnosis or monitoring process in rehabilitation. The study of a finger that moves on a surface involves different difficulties that are related to the material characteristics and to the measurements themselves. For these reasons, a new experimental set-up, named TriboTouch, has been developed to reproduce the finger/surface scanning phenomena under real values of the contact feature (scanning velocity and amplitude, surface roughness, etc..), avoiding undesired vibrations. The test bench has been designed to guarantee the measurements reproducibility and to perform measurements without introducing external noise. The set-up permits to carry out both measurements of the global dynamics and local ones (at the contact zone) employing a silicone fake finger. In the presented analysis, the behavior of the right hand index finger scanning on the surface sample with periodical and isotropic roughness and on textiles has been investigated for different scanning speed, highlighting the role of fingerprints A simple numerical model have been developed for reproducing the behavior of the induced vibrations when sliding two periodical surfaces and the numerical results have been compared with the experimental ones. The presented work has shown the possibility to obtain objective indexes for the tactile perception characterization, by means of the friction induced vibration spectrum analysis, in agreement with the neurophysiological studies present in literature.

La validation du modèle de réponse globale des échantillons ou des structures présente des lacunes qui peuvent être surmontés par l'utilisation de techniques de mesure de plein champ. Les techniques de mesure plein champ offrent la possibilité d'acquérir une quantité importante de données expérimentales qui pourraient être utiles dans le cadre de l'identification des paramètres de la Loi de comportement. Parmi les techniques de mesure de champ complet, le plus populaire est la corrélation d'images mono et stéréo. Les stratégies existantes pour rendre l'utilisation des données de plein champ comme la méthode de champ virtuel, la méthode écart d'équilibre, la méthode de Gap équation Constitutive et la méthode de réciprocité ont été limitées à des applications 2D. Cependant, pour un échantillon d'épaisseur finie, les effets 3D doivent être remplis. Plus important encore, dans le cas de la plasticité, triaxialité du stress joue un rôle important. Son effet doit donc être inscrits dans la modélisation du comportement de la matière. Ainsi, dans cette thèse, nous proposons une méthode pour identifier les paramètres d'une loi de comportement élasto-plastique dans lequel le modèle mécanique peut comporter cinématique 3D. La stratégie s'est avérée être le bruit robuste, presque indépendamment de la conjecture de paramètre initial et de raffinement de maillage et permet de différencier les modèles de comportement avec la même réponse globale sur la base de l'erreur de corrélation moyenne. L'identification est avérée bon pour une ou plusieurs caméras. La validation de la stratégie est faite d'acier inoxydable. La réponse globale du déplacement de charge identifié de la stratégie avec la corrélation d'image mécanique mono et stéréo est très proche des expériences. Enfin, les paramètres du matériau ont été identifiés avec l’estimation initial très différents mais tous convergent vers les mêmes valeurs finales qui montrent la solidité de la stratégie proposée. / The objective of the thesis is to formulate a strategy that gives a robust identification of constitutive law from full-field measurements taking into account 3D effects. Model validation from global response of samples or structures has shortcomings that can be overcome by the use of full-field measurement techniques. Full-field measurement techniques offer the opportunity to acquire large amount of experimental data that might be useful in the context of identification of constitutive law parameters. Among the full field measurement techniques the most popular is digital and stereo image correlation. The existing strategies to make use of full-field data like the Virtual Field Method, the Equilibrium Gap Method, the Constitutive Equation Gap Method and the Reciprocity Method were limited to 2D applications. However, for a specimen with finite thickness 3D effects must be included. Most importantly, for the case of plasticity, stress triaxiality plays an important role. Its effect must therefore be accounted for in the modelling of the constitutive behaviour of the material. Thus in this thesis we propose a method to identify the parameters of an elasto-plastic constitutive law in which the mechanical model can have 3D kinematics. The strategy has been shown to be noise robust, almost independent of initial parameter guess and mesh refinement and allows differentiating between constitutive models with same global response on the basis of mean correlation error. The identification is shown to be good for both single and multiple cameras. The strategy validation is done for stainless steel. The global identified load displacement response of the strategy for mono and stereo mechanical image correlation is very close to the experiments. Lastly, the material parameters have been identified with very different initial guess but all converge to the same final values which show the robustness of the proposed strategy.

The thesis concentrates on a methodological research on categorical structural optimization by means of manifold learning. The main difficulty of handling the categorical optimization problems lies in the description of the design variables: they are presented in a discrete manner and do not have any orders. Thus the treatment of the design space is a key issue. In this thesis, the non-ordinal categorical variables are treated as multi-dimensional discrete variables, thus the dimensionality of corresponding design space becomes high. In order to reduce the dimensionality, the manifold learning techniques are introduced to find the intrinsic dimensionality and map the original design space to a reduced-order space. The mechanisms of both linear and non-linear manifold learning techniques are firstly studied. Then numerical examples are tested to compare the performance of manifold learning techniques. It is found that Principal Component Analysis (PCA) and Multi-dimensional Scaling (MDS) can only deal with linear or globally approximately linear cases. Isomap preserves the geodesic distances for non-linear manifold, however, its time consuming is the most. Locally Linear Embedding (LLE) preserves the neighbour weights and can yield good results in a short time. Kernel Principal Component Analysis (KPCA) works as a non-linear classifier and we proves the reason why it cannot preserve distances or angles in some cases.Based on the reduced-order representation obtained by Isomap, the graph-based evolutionary crossover and mutation operators are proposed to deal with categorical structural optimization problems, including the design of dome, six-story rigid frame and dame-like structures. The results show that the proposed graph-based evolutionary approach constructed on the reduced-order space performs more efficiently than traditional methods including simplex approach or evolutionary approach without reduced-order space.The Locally Linear Embedding is applied to reduce the data dimensionality and a polynomial interpolation helps to construct the responding surface from lower dimensional representation to original data. Then the continuous search method of moving asymptotes is executed and yields a competitively good but inadmissible solution within only a few of iteration numbers. Then in the second stage, a discrete search strategy is proposed to find out better solutions based on a neighbour search. The ten-bar truss and dome structural design problems are tested to show the validity of the method. In the end, this method is compared to the Simulated Annealing algorithm and Covariance Matrix Adaptation Evolutionary Strategy, showing its better optimization efficiency.In order to deal with the case in which the categorical design instances are distributed on several manifolds, we propose a k-manifolds learning method based on the Weighted Principal Component Analysis. The obtained manifolds are integrated in the lower dimensional design space. Then the two-stage search method is applied to solve the ten-bar truss, the dome and the dam-like structural design problems. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Lightweight designs in engineering applications give rise to flexible structures with extremely low internal damping. Vibrations of these flexible structures due to an unwanted excitation of system resonances may lead to high cycle fatigue failure and noise propagation. A common method to suppress the vibrations is to increase the damping of the system using one of the classical control techniques i.e. passive, active, and/or hybrid. Passive techniques are those control systems that are simply integrated into the structures with no need of external power source for their operations, like viscoelastic damping, piezoelectric and electromagnetic shunt damping, tuned mass damper, etc. However, the control performance of these systems, in terms of the damping ratio and the robustness to uncertainties, is highly limited to the system properties. For example, viscoelastic damping may not perform well at low frequencies and the performance of shunt damping is dependent on the electromechanical coupling between the structure and the transducer. To overcome the limitations associated with passive controls, it has been proposed to use active control systems, which are less sensitive to the system's parameters, to improve the control performance. It requires an integration of sensors and actuators with a feedback loop containing control laws. However, the high requirement of the external power source is not favorable for engineering applications where energy efficiency is the key parameter. The combination of active and passive strategies, known as hybrid control systems, can provide a fail-safe configuration with a high control performance and low power consumption. The price to pay for such configurations is the complexity of the design. This doctoral thesis first investigates the conceptual designs of all kinds of classical control systems for a simplified mechanical system. They include 1) the passive shunt using an electromagnetic transducer, 2) the active control system using positive and negative feedback, and 3) the hybrid electromagnetic shunt damper using both an active voltage source as well as an active current source. The next part of this thesis is focused on bladed structures as real-life applications which highly require vibration control due to their low internal damping. Because of practical reasons, piezoelectric transducers are used for the application of control systems. The finite element model of the structure is made first without piezoelectric patches to optimize the best locations of piezoelectric patches. Then, the model is updated with the piezoelectric patches to numerically simulate different control strategies. The experiments are performed to validate the numerical designs. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

This thesis investigates various active control aspects of large aperture telescopes; both Earth-based and space telescopes are considered.The first part proposes a concept of piezoelectric adaptive thin shell reflector for future space telescopes; it exhibits excellent areal density and stowability, and thus, paves the way to future large aperture space telescopes. Controlling the surface figure of spherical or parabolic shell with in-plane stresses induced by a piezoelectric layer raises two problems: (i) Doubly curved shells are significantly stiffer than flat plates (especially for the optical modes associated with hoop strains) and (ii) When using segmented electrodes with different voltages, the surface figure is subject to edge fluctuations with a characteristic length depending on the reflector curvature R_c and thickness t according to sqrt(R_ct). Accurate surface figure corrections require that the electrode size D_e satisfies D_e<sqrt(R_ct). This results in a very large number of electrodes, leading to ill-conditioning in the Jacobian matrix of the system; to solve this, a hierarchical approach is proposed to inverse the Jacobian, based on Saint-Venant's principle. This chapter also proposes a petal configuration which aims at reducing the hoop stiffness and improving the foldability of the reflector. A small scale technology demonstrator has been manufactured in the framework of the ESA-GSTP project Multilayer Adaptive Thin Shell Reflectors for Future Space Telescopes (MATS). The demonstrator includes a polymer substrate (PEEK) and a spin-coated PVDF-TrFE piezoelectric layer activated by independent electrodes; it is used to validate the manufacturing process and the independent actuation of the electrodes.The second part deals with control-structure interaction in flat deformable mirrors for Adaptive Optics. The problem arises because of the increasing size of AO mirrors, leading to lower resonance frequencies, and the control bandwidth requirements to achieve a good wavefront error compensation. This chapter studies the conditions for spillover instability and highlights the main parameters controlling the phenomenon: the ratio between the control bandwidth and the resonance frequency and the modal damping. Two methods for damping augmentation are discussed, one passive, using inductive shunting of piezoelectric elements, and the other active, using the wavefront sensor and the array of control actuators as a modal filter.The third part focuses on the field stabilization control of the tip/tilt mirror under wind disturbances of the E-ELT telescope (a distinctive feature of the E-ELT as compared to other smaller telescopes is that it will be a wind-limited instead of a seeing-limited telescope). A literature survey is conducted of the spectral content of the wind disturbances on large telescopes, with a special attention on the high frequency decay rate. The analysis confirms the adequacy of a decoupled design of the field stabilization (M5) control loop. However, the reaction torques necessary to control the tip/tilt mirror M5 have been found to depend critically on the asymptotic decay rate of the wind tilt disturbance. These torques act as a disturbance on the telescope structure and, if the wind disturbance does not decay fast enough with the frequency (a>-3), it may generate significant wavefront errors in the primary mirror M1, in a frequency range (30-100Hz) which may be difficult to eliminate by Adaptive Optics. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans les sociétés industrialisées, les humains sont exposés à multiples sources de mouvements vibratoires. Jusqu'à présent, l'analyse de l'effet des stimuli vibratoire dans son ensemble a été bien développée, plus précisément en ce qui concerne le seuil de perception. Au cours des dernières années, diverses études ont analysé l'influence de certains facteurs.Cependant, l'effet d'une des composantes du stimulus sur la perception d'autres composants a été rarement rapporté. Dans ce cas, très peu d'information a été trouvée dans la littérature. Dans les deux études trouvées, le seuil absolu a été réévalué en considérant un second signal sinusoïdal. La valeur du seuil était plus élevée que ce qui a été estimé avec le stimulus simple. L'augmentation du seuil a été attribuée à l'effet de masquage. Basé sur ces observations, cette étude examine l'existence de l'effet de masquage dans les vibrations vertical du corps entière. Afin d'examiner l'effet de masquage, la différence entre le seuil absolu et le seuil masqué est nécessaire. Deux types de stimuli ont été utilisés : le stimulus masquage et le stimulus de test. Le masque est un signal de bruit à bande étroite entre 10 et 20 Hz, à trois niveaux d'amplitude différents. La sélection du stimulus de masque a été basée sur le modèle de masquage largement étudié dans certains domaines tels que l'acoustique, le domaine visuel et vibrotactile. Le stimulus de test est un signal sinusoïdale d'amplitude modulée à six fréquences différentes (30, 35, 40, 50, 60, 80 Hz. L'effet de la fréquence sur le seuil absolu estimé est similaire à ce qui a été indiqué par d'autres études. La détection du stimulus en présence du signal de masquage a été empêchée. Par conséquent, il est certainement clair que le phénomène de masquage a eu lieu. Les valeurs des seuils masqués étaient considérablement plus élevées que ceux correspondant aux seuils absolus. Le seuil décroît en fonction de la fréquence de test et l'effet de masque est plus important à haute qu'à faible niveau d'intensité du masque. Le démasquage est lié à l'écart entre les fréquences des signaux masquant et de test. Lorsque l'écart est faible, prévaut la reconnaissance de l'augmentation de l'intensité globale d'énergie. Si l'écart augmente, la discrimination des signaux prédomine.

Malgré le cumul de connaissances sur le sujet du flambage des coques minces, des questions essentielles demeurent. En effet, malgré les avancées et une meilleure compréhension de l'effet des défauts, le dimensionnement continue de recourir aux anciennes règles qui découlent d'une démarche empirique et qui s'avèrent souvent trop conservatives comme c'est le cas par exemple pour la NASA SP8007 (1968). Cette règle est utilisée notamment pour le dimensionnement du lanceur Ariane 5. L'Etage Principal Cryogénique est en effet constitué de coques cylindriques minces, qui sont soumises à une combinaison de chargements et donc sujettes au déclenchement d'instabilités pouvant être catastrophiques. Il est ainsi nécessaire d'avoir une meilleure compréhension du phénomène pour pouvoir améliorer ces méthodes de dimensionnement dans le cas de coques moyennement longues (1 < L/R < 3) et minces (250 < R/t <1500). Nous employons pour cela une approche à la fois numérique et expérimentale. L'outil numérique est utilisé, via une modélisation pertinente, afin de construire une nouvelle règle de dimensionnement et d'étudier l'influence des différents paramètres (géométriques, matériau). L'aspect expérimental a pris une place prépondérante, une large campagne nous permettant de valider les résultats simulations pour différentes configurations, mais également d'avoir une bonne compréhension du phénomène. Ces deux aspects de notre recherche nous ont également permis de mieux déterminer l'interaction entre les différents chargements (pression interne, compression, flexion, cisaillement), plus ou moins comprise selon les cas.

La fatigue à nombre de cycles élevé (HCF) est un mode de défaillance courant et dangereux pour les aubages de turbomachines. Elle est induite par les efforts dynamiques élevés générés lors de résonances présentes dans la plage de fonctionnement de ces machines. Les dispositifs amortisseurs basés sur l'utilisation du frottement sec, tels que les nageoires ou les frotteurs sous-plateformes, permettent de réduire les amplitudes vibratoires, voire de repousser les fréquences de résonance hors des zones de fonctionnement. Cependant la conception de ces dispositifs reste encore largement basée sur l'empirisme et ils peuvent être la source d'un effet de désaccordage potentiellement nuisible. L'objectif ici est de développer des modélisations adaptées au traitement du problème de vibration des aubages en présence de frottement sec, ceci afin de mieux maîtriser les comportements physiques mis en jeu et donc, de mieux maîtriser leur processus de conception. Plusieurs modélisations numériques sont testées et confrontées à des résultats de référence. Une comparaison entre procédures de résolution temporelle et fréquentielle est menée et montre l'efficacité des méthodes fréquentielles. La méthode fréquentielle de la balance harmonique à plusieurs harmoniques est adaptée au problème et exploitée dans le cadre d'une étude énergétique. Cette étude conduit à une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu lors de l'aplatissement des pics en fonctionnement ; elle permet de démontrer que l'alternance des états de contact glissant et bloqué est à l'origine de cet aplatissement et non la dissipation d'énergie comme souvent avancé dans la littérature. Enfin, la méthode est exploitée pour décrire le comportement des disques aubés désaccordés. La méthode de Monte Carlo est utilisée pour obtenir les caractéristiques statistiques de la réponse forcée d'un système discret, en tenant compte des variations stochastiques des paramètres du contact notamment, la charge normale, la raideur du contact et le coefficient de frottement. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre les effets de la nature variable de ces paramètres fondamentaux sur la dynamique d'ensemble du système non linéaire.

Cette thèse porte sur la prévision du comportement dynamique en flexion des rotors feuilletés à cage d'écureuil appelés MGV. La difficulté de la modélisation réside dans la complexité de l'assemblage de la masse magnétique, composée d'un empilement de tôles maintenues par des tirants excentrés précontraints, et d'une cage d'écureuil composée d'une distribution périphérique de barres de court circuit connectées à deux anneaux de court-circuit situés aux extrémités du feuilletage. Un modèle éléments finis de poutres de Timoshenko prenant en compte le caractère monolithique des MGV est développé. Le comportement dynamique latéral des rotors feuilletés est principalement régi par la rigidité de flexion de l'empilement dont les propriétés constitutives sont méconnues ce qui rend délicat la modélisation. Une approche d'identification numérique-expérimentale fournit une loi des propriétés constitutives de l'empilement en fonction des dimensions et précontraintes d'assemblage du feuilletage. Pour cela, les quantités modales calculées et mesurées sont incluses dans une fonctionnelle basée sur un quotient de Rayleigh hybride et combinée à des méthodes de réduction ou d'expansion. Les fonctionnelles proposées ont été testées dans diverses applications Industrielles. La modélisation des efforts centrifuges, de la raideur géométrique et du contact tirants-feuilletage a montré que l'effet de la rotation a une influence non linéaire qui tend à augmenter les forces longitudinales agissant sur le feuilletage et les tirants sans toutefois dépasser la limite élastique des tirants. La conséquence de ce phénomène est l'augmentation de la rigidité de flexion du feuilletage lors de la rotation.