Dans le domaine des transports maritimes de Gaz Naturel Liquide (GNL), une problématique majeure est le risque de rupture mécanique liée à une température trop froide des parois du méthanier. Ainsi le dimensionnement des navires nécessite la connaissance précise des champs de températures. L’obtention de ces champs de température peut nécessiter de nombreuses heures de calculs et encore plus en prenant en compte les phénomènes radiatifs. L’objectif de cette thèse est de présenter une méthode permettant la résolution de ce problème en quelques minutes en tenant compte des phénomènes de thermiques (conduction, convection et radiation). La méthode de réduction modale utilisée ici consiste à créer un modèle réduit composé de champs de température particuliers appelés modes. On a pu démontrer que la résolution est quasi instantanée pour une erreur minime sur une portion de navire et il est envisagé de développer la méthode à l’ensemble d’un navire. / In the sector of maritime transport of Liquid Natural Gas (LNG), a major issue is the risk of mechanical failure linked to too cold vessel walls. Thus, the design of LNG carrier requires precise expertise of temperatures fields. These are complex structures made up of a large number of enclosures. To obtain these fields it may require many hours of calculations,particularly if we take in account the radiations. The aim of this thesis is to present a method to solve in a few minutes all of thermal phenomena (conduction, convection and radiation) on a big structure and obtain transient temperature’s fields.The method of modal reduction used here consist to create a reduced model composed of individual temperature fields called modes allowing a very quick resolution with minor error. It has been shown the truth of the method on a vessel portion and there are plans to develop the method to the entire ship.

La problématique de l’identification de sources thermiques pour des configurations réelles se heurte à la difficulté de la grande taille du système numérique à résoudre, incompatible avec les spécificités des techniques inverses utilisées (inversion de matrice, processus itératif).L’utilisation de modèles réduits permet alors de calculer l’intégralité du champ de température du domaine avec un faible nombre d’inconnues.L’objectif de ce travail consiste à développer une nouvelle technique d’identification dans laquelle on effectue le couplage entre la technique inverse de l’Adjoint et l’écriture sous forme modale réduite du problème thermique posé par l’utilisation de Bases de Branche.Le domaine industriel applicatif est celui du freinage pour lequel se pose à la fois le problème purement diffusif de la plaquette de frein et le problème de conduction avec transport du disque en mouvement.Pour ces deux types de configurations, la technique mise en place est testée, analysée et comparée avec la technique existante de la Méthode de Spécification de Fonctions par modèle réduit. Les résultats obtenus montrent une meilleure efficacité de la méthode développée dans le cadre de cette étude.Pour la problématique de l’identification temporelle de sources dans le disque en mouvement, une procédure d’identification quasi en ligne par la méthode de l’Adjoint est proposée.Dans le cas de la plaquette de frein, une extension de la méthode pour une identification spatio-temporelle est mise en place, dans laquelle la technique de réduction modale est appliquée à la fois pour les champs tridimensionnels de température et pour la paramétrisation de l’évolution spatiale des densités de flux reçue par la surface de la plaquette en contact avec le disque en rotation. / Thermal sources identification for real-life configurations is challenged by the large size of the numeric systems involved to do so, thus inverse methods are not suited for solving these kind of problems (as they involve matrix inversion, iterative processes, …). The use of reduced models makes it possible to calculate the whole field of temperatures of the domain with a small number of unknowns.The aim of this work is to develop a new identification method in which the coupling between the adjoint inverse method and the reduced modal writing of the thermal problem posed by the use of Branch databases can be done.We can apply this method for braking problems. There are two main issues in these problems : on one hand, the diffusive problem on the break pad, and on the other hand, the conduction problem on the rotating disk. For these two types of configurations, the implemented technique is tested, analyzed and compared with the Function Specification Method. The results obtained show a better efficiency of the method developed in this study. For the problem of the temporal identification of the sources in the rotating disk, an almost on-line identification procedure by the adjoint method is proposed. For the brake pad, an extension of the method for a spatio-temporal identification is set up, in which the reduction technique is applied for both the three-dimensional temperature fields and for the parameterization of the flux density received by the surface of the wafer in contact with the rotating disk.

Le présent document a pour objet la modélisation transitoire non linéaire du comportement vibratoire des systèmes de frein aéronautiques. Le but est de reproduire numériquement l’apparition et le niveau des vibrations au cours du temps, afin de les maîtriser et d’adapter la conception du frein. Les essais de freinage mettent en évidence deux modes de vibration que sont le whirl et le squeal. Si les niveaux de ces vibrations deviennent trop importants, la structure de la roue et du train d’atterrissage peut être endommagée. Afin d’éviter de tels dommages, la conception du frein doit être adaptée. Pour réaliser cela, Messier-Bugatti-Dowty doit disposer d’un modèle capable de prédire les niveaux de vibration du frein au cours du temps pendant la phase de freinage. Le modèle doit avoir une précision suffisante, être en lien avec la maquette numérique et ne doit pas exiger de recalage. Un premier travail vise à améliorer le modèle éléments finis existant qui se révèle être trop imprécis. Une étude portant sur les effets gyroscopiques permet d’évaluer leur impact sur la fréquence et la stabilité des modes de whirl. Une modélisation plus complète du bâti d’essai améliore la précision de la fréquence du mode de squeal. Enfin, le mode de whirl est mieux simulé grâce au développement d’un modèle de pneumatique à partir de son analyse modale. Ce modèle est ensuite réduit afin de réaliser une intégration temporelle. Une sous-structuration permet de séparer l’ensemble des disques du frein, où le frottement et la non-linéarité se situent, du reste de la structure considérée comme linéaire. Trois techniques de réduction de l’ensemble des disques sont exposées. On évalue leur représentativité par rapport au modèle non-réduit en comparant les fréquences et la stabilité des modes propres. La première méthode est une représentation nodale de l’ensemble des disques. Les équations décrivant la non-linéarité et le frottement sont analytiques. Pour la deuxième méthode, la non-linéarité est déplacée à l’extrémité de l’ensemble des disques pour la découpler du frottement. La troisième méthode, plus ambitieuse et complexe, conserve à la fois l’emplacement de la nonlinéarité aux interfaces frottantes et la géométrie des disques. Une technique de réduction modale permet d’abaisser le nombre de degrés de liberté non linéaires. Pour clore ce rapport, des simulations transitoires sont calculées à partir des modèles réduits. Des études d’influences sont réalisées. Les paramètres étudiés sont le type d’algorithme d’intégration temporelle, l’amortissement introduit, la loi non linéaire, la pression hydraulique d’entrée et le coefficient de frottement. Leurs impacts sur les niveaux et la durée d’apparition des vibrations est évalué. / This report deals with the non-linear transient simulation of the dynamic behaviour of aeronautic brake systems. The objective is to reproduce the occurrence and level of vibrations versus time in order to control and adjust design consequently. The braking tests highlight two eigenmodes, which are called whirl and squeal. If the level of these vibrations becomes too high, the structures of the wheel and the landing gear may be damaged. To avoid damage, the design has to be adjusted. To achieve this, Messier-Bugatti-Dowty requires a model that is able to predict the levels of vibrations of the brake when it is braking. This model must have an adequate accuracy, be linked to the digital mockup and not require tuning. First, the existing finite element model has to be improved because its initial accuracy is not acceptable. A study about gyroscopic effects allows to assess their impact on the frequency and the stability of whirl modes. A complete modelling of the test frame improves the squeal modes’ frequency accuracy. At last, the whirl modes are better simulated due to the development of a tyre model based on modal analysis data. Then, the finite element model is reduced in order to perform a temporal integration. A substructuring allows to separate the set of brake discs (heat sink), where friction and non-linearities are located, from the rest of the structure which is considered linear. Three heat sink reduction techniques are proposed. Their representativeness are estimated compared to the non-reduced model. The first technique is a nodal description of the heat sink. The equations of friction and non-linearity are analytical. For the second technique, the non-linearity is displaced to the extremity of the heat sink to uncouple it from friction. The third technique, more ambitious and complex, keeps the location and non-linearity in friction interfaces and discs geometry. A reduction technique enables to decrease the number of non-linear degrees of freedom. As a conclusion, transient simulations are computed from reduced models. Sensitivity studies are performed. Studied parameters are the type of integration solver, introduced damping, non-linearities, hydraulic pressure, and friction coefficient. Their impacts on level and duration of occurrence of vibrations is estimated.

Cette thèse pose les principes d'une utilisation de la réduction de modèle dans un contexte de décomposition de domaine en dynamique transitoire des structures. L'intégration temporelle est explicite, dédiée à la prise en compte de phénomènes rapides tels que des impacts. L'approche multi-domaines mise en oeuvre permet de découpler les échelles de temps entre les sous-domaines, par l'intermédiaire d'une gestion des incompatibilités de maillage aux frontières et d'une stratégie à plusieurs pas de temps. La réduction est introduite dans le formalisme de façon totalement générique via la projection de l'équilibre sur un sous-domaine donné sur une base modale locale et sans modification de l'algorithme générale, les opérateurs éléments finis initiaux étant remplacés par leur projection sur la base et les relations de continuité aux frontières entre les domaines étant reconstruites dans l'espace physique. La cas particulier de la non-linéarité géométrique issue de sous-domaines en vibration libres de blocage et subissant des rotations d'ensemble d'amplitude finie fait l'objet d'une analyse spécifique, aboutissant à une réduction à deux échelles. La connexion entre un sous-domaine ainsi projeté et les autres sous-domaines présentent des particularités au niveau du coût numérique du calcul des efforts d'interface, ce qui fait l'objet de l'élaboration d'une technique de résolution totalement nouvelle. La pertinence et les performances, en résolution séquentielle, du formalisme proposé sont illustrées sur des exemples issus de l'industrie en support de la thèse.