Les technologies de contrôle modernes ont reçu beaucoup d’attention depuis les trente dernières années et avec elles revient un intérêt grandissant envers les fluides magnétorhéologiques et les applications connexes. Cet ouvrage porte sur le développement d’un outil de conception et d’optimisation d’embrayages magnétorhéologiques à disques pour les produits de nouvelle génération. D’abord, un modèle d’écoulement de fluide magnétorhéologique est implémenté dans le logiciel COMSOL®, un outil de résolution numérique basé sur la méthode des éléments finis. Le comportement liquide du fluide magnétorhéologique est évalué à partir du modèle viscoélastique de Casson, où la contrainte d’écoulement et la viscosité varient avec le taux de déformation et la densité de flux magnétique dans le fluide. L’implémentation numérique s’appuie également sur l’approche de Bercovier-Engelman, c’est-à-dire que le comportement solide du fluide est pris en compte par un liquide très visqueux. La symétrie de révolution de l’embrayage est alors exploitée pour ramener la définition du problème à un espace bidimensionnel et les équations qui en découlent sont introduites dans COMSOL® sous leur forme faible. Ultimement, la résolution du profil de vitesses en régime permanent dans l’interface de fluide permet de calculer le couple transmis. Par la suite, un modèle d’embrayage magnétorhéologique à disques est développé afin de prédire les caractéristiques (masse, couple, température, etc.) d’embrayages quelconques définis à partir de paramètres décrivant leur géométrie simplifiée, leurs matériaux et leur source d’alimentation électrique. Le modèle d’écoulement établi au préalable dépend de la densité de flux magnétique qui est alors évaluée dans COMSOL®. Ce dernier est également utilisé pour estimer la température de l’embrayage qui s’avère déterminante lors de son dimensionnement. Enfin, une séquence d’optimisation basée sur les prédictions du modèle d’embrayage magnétorhéologique est mise en place avec l’objectif de maximiser le couple massique. Pour mieux comprendre l’impact qu’ont certains paramètres sur les performances et mieux orienter la recherche, l’espace de solution est d’abord exploré de façon aléatoire. Un algorithme évolutionniste permet alors de mettre au jour une conception optimisée pour les besoins spécifiques du projet. / Modern day control technologies have received much attention since the last thirty years and with them comes a growing interest in magnetorheological fluids and related applications. This work focuses on the development of a design and optimization tool for magnetorheological disc clutch, aimed toward next generation products. First, a flow model of magnetorheological fluid is implemented in COMSOL®, a numerical resolution tool, based on the finite element method. The liquid behavior of the magnetorheological fluid is evaluated based on Casson’s viscoelastic model, where the yield stress and the viscosity vary with the rate of deformation and the magnetic flux density in the fluid. The numerical implementation is also based on Bercovier-Engelman’s approach, that is to say, the solid behavior of the fluid is taken into account by a highly viscous liquid. The axial symmetry of the clutch is then exploited to bring the definition of the problem to a two-dimensional space and the resulting equations are introduced into COMSOL® under their weak form. Ultimately, the resolution of the steady-state velocity profile in the fluid gap is used to calculate the transmitted torque. Thereafter, a magnetorheological disc clutch model is developed to predict the characteristics (mass, torque, temperature, etc.) of any clutches defined from parameters describing their simplified geometry, their materials and their electrical source. The flow model previously established depends on the magnetic flux density, which is therefore evaluated in COMSOL®. The latter is also used to estimate the temperature of the clutch, a decisive factor in sizing. Finally, an optimization sequence based on the predictions of the magnetorheological clutch model is set up with the aim of maximizing the torque-to-weight ratio. To better understand the impact of some parameters on the performance and better orient the search, the solution space is first explored randomly. An evolutionary algorithm is then used to bring foward an optimized design for the specific needs of the project.

Cette recherche est motivée par un cas d'étude ou on doit déterminer le nombre de pièces à tenir en stock à chaque base (noeud du réseau) pour répondre à la demande au niveau de chaque noeud. Si le niveau du stock par mois est suffisant, la demande est satisfaite directement par son stock local, sinon on fait appel au transfert latéral. D'ailleurs, nos expériences numériques indiquent que l'inclusion des transbordements latéraux dans des décisions d'inventaire est avantageuse. Cet effet est plus grand pour des taux de demandes et des coûts latéraux, élevés. Les résultats d'une étude de cas théorique basée sur les travaux de (Tagaras 1989) confirment nos résultats.

Les préhenseurs robotiques sont largement utilisés en industrie et leur déploiement pourrait être encore plus important si ces derniers étaient plus intelligents. En leur conférant des capacités tactiles et une intelligence leur permettant d’estimer la pose d’un objet saisi, une plus vaste gamme de tâches pourraient être accomplies par les robots. Ce mémoire présente le développement d’algorithmes d’estimation de la pose d’objets saisis par un préhenseur robotique. Des algorithmes ont été développés pour trois systèmes robotisés différents, mais pour les mêmes considérations. Effectivement, pour les trois systèmes la pose est estimée uniquement à partir d’une saisie d’objet, de données tactiles et de la configuration du préhenseur. Pour chaque système, la performance atteignable pour le système minimaliste étudié est évaluée. Dans ce mémoire, les concepts généraux sur l’estimation de la pose sont d’abord exposés. Ensuite, un préhenseur plan à deux doigts comprenant deux phalanges chacun est modélisé dans un environnement de simulation et un algorithme permettant d’estimer la pose d’un objet saisi par le préhenseur est décrit. Cet algorithme est basé sur les arbres d’interprétation et l’algorithme de RANSAC. Par la suite, un système expérimental plan comprenant une phalange supplémentaire par doigt est modélisé et étudié pour le développement d’un algorithme approprié d’estimation de la pose. Les principes de ce dernier sont similaires au premier algorithme, mais les capteurs compris dans le système sont moins précis et des adaptations et améliorations ont dû être appliquées. Entre autres, les mesures des capteurs ont été mieux exploitées. Finalement, un système expérimental spatial composé de trois doigts comprenant trois phalanges chacun est étudié. Suite à la modélisation, l’algorithme développé pour ce système complexe est présenté. Des hypothèses partiellement aléatoires sont générées, complétées, puis évaluées. L’étape d’évaluation fait notamment appel à l’algorithme de Levenberg-Marquardt.

Le soudage par friction et malaxage (SFM) est un procédé d'assemblage innovant à l'état solide qui a été inventé en 1993 et qui présente des avantages significatifs par rapport aux techniques de soudage par fusion. En raison des grandes forces appliquées sur l'outil et la nécessité de maintenir un angle constant sur tout le chemin de soudage (angle d'inclinaison), ce processus est normalement effectué sur des machines coûteuses conçues spécifiquement à cette fin. La présente thèse est une tentative de faciliter l'application de soudage par friction malaxage sur les centres d'usinage CNC très communément rencontré en industrie. Une variante peu connue et peu développée de ce processus, à savoir le soudage par friction et malaxage à angle droit dans lequel l'axe d'outil est toujours perpendiculaire à la surface de la pièce a été étudié de près dans cette thèse. Des outils spéciaux pour le soudage par friction et malaxage qui sont appropriées pour cette nouvelle orientation ont été développés et les paramètres de fonctionnement de ces outils ont été mis en place. En outre, des techniques ont été investiguées pour réduire la force axiale par optimisation de la conception de l'outil et des paramètres de soudage. De plus, l'une des principales difficultés qui pourraient survenir durant les applications industrielles du soudage par friction et malaxage est l’alignement horizontal et vertical des pièces pour le soudage de joints aboutés. Une méthodologie est aussi proposée pour effectuer le soudage par friction et malaxage sur des contours 3D. La Méthode Taguchi a été utilisée pour la conception d'expériences et des modèles de réseaux neuronaux artificiels ont été formés pour l'analyse des résultats des expériences et pour l’optimisation. Il a été démontré que le soudage par friction et malaxage à angle droit a la capacité de faire des soudures saines avec limites ultimes acceptables en utilisant des valeurs plus basses de force axiale d’environ 50% par rapport au soudage par friction et malaxage typique. En outre, les plages utilisables des paramètres de conception de l'outil et des paramètres de fonctionnement ont été trouvées. Elles conduisent à la réduction de la force axiale du soudage par friction et malaxage à angle droit. Les erreurs de placement de pièces dans des joints aboutés ont aussi été investiguées conduisant à une définition des plages acceptables d’erreur avec la méthode de soudage à angle droit. Les techniques développées ont aussi été validées dans la mise en œuvre du soudage par friction et malaxage pour les joints 2D et 3D. De plus, la méthodologie proposée pour le soudage sur contours 3D a été validée avec succès en soudage sur une pièce particulière en utilisant une machine CNC à 5 axes dans les deux configurations de joints aboutés et superposés. / Friction stir welding (FSW) is an innovative solid state joining method invented at the end of twentieth century and having significant advantages over fusion welding techniques. Due to the high amount of forces applied on the FSW tool and the need to keep a constant angle all over the welding path (tilt angle), this process in normally performed on costly machines designed specifically for it. The present thesis is an attempt to facilitate the implementation of friction stir welding on common CNC machining centers. A less considered variant of this process, namely right angle FSW in which the tool axis is always perpendicular to the surface of workpiece has been closely studied and investigated. Special FSW tools which are appropriate for this new orientation have been developed and operating parameters for these tools have been established. In addition, techniques were developed to reduce the axial force through optimization of tool design and welding parameters. Moreover, one of the major difficulties which could be encountered during industrial applications of FSW, joint fit-up issues have been explored and attempts were made to manage these issues. A methodology has been proposed for FSW over 3D contours. Taguchi method has been used for design of experiments and artificial neural network models have been trained for analysis of results of experiments and optimization. It has been shown that the right angle FSW have the capacity of making sound welds with acceptable UTS employing lower values of axial force in comparison to typical FSW. Furthermore, workable ranges of tool design and welding parameters were found that leads to reduction of axial force within right angle FSW. To tolerate for joint fit-up issues, regions of operating parameters were established that could manage typical values of gap and mismatch. The developed techniques have also been validated and implemented for joining on 2D and 3D paths. In addition, the 3D methodology has been successfully validated in welding a complex part using a 5 axis CNC machine in both butt and lap configurations.

Longtemps confinée à l'industrie de fabrication en série, la robotique est en train de se démocratiser et fait ses débuts dans des domaines non traditionnels comme les secteurs alimentaire et logistique. Dans ce contexte, une tâche faisant l'objet de recherches et concours est l'automatisation de l'emballage de colis dans de grands entrepôts contenant plusieurs centaines de milliers d'objets différents. Les travaux entrepris dans le cadre de ce mémoire constituent un premier pas vers l'atteinte de cet objectif : la prise et le dépôt par un robot autonome d'une grande variété d'objets de la vie courante sans connaissance préalable de ces derniers (modèle 3D complet, etc.). Pour réaliser ce projet, un robot sériel, une pince sous-actionnée et un système de vision 3D ont été utilisés. Deux techniques de prise d'objets furent développées pour arriver à agripper un maximum d'objets. La première est une prise par le dessus. Le point de prise utilisé y est choisi en fonction de la largeur de l'objet au point de prise, des chances de collisions avec les obstacles environnants et de la robustesse de l'équilibre statique anticipé de la prise. Pour attraper les objets trop larges ou minces pour être pris par le dessus (comme un livre), une technique de prise en pelletage fut développée. Cette dernière tire avantage du sous-actionnement de la pince utilisée pour glisser un doigt sous l'objet puis le prendre en pincée. Un mouvement analogue est celui d'un humain prenant une feuille sur un plancher. Pour tester ces techniques, une batterie de 800 essais de prise sur 80 objets différents fut effectuée. Un taux de succès de 84 % fut obtenu, démontrant que le système forme une bonne base pour l'avenir.

Ce mémoire présente l’étude expérimentale de l’écoulement d’entrée d’un aspirateur d’une turbine bulbe présentant une chute abrupte de performance. Des mesures par vélocimétrie laser à effet Doppler (LDV) ont été réalisées sur deux axes soit en aval des pales de la roue et en aval du moyeu de la roue. Une particularité de cette étude est la conception d’un montage permettant de mesurer la vitesse axiale proche de la paroi du cône. De plus, une méthode d’estimation de la vitesse radiale moyenne a été développée. Ces mesures ont permis de caractériser l’écoulement primaire et les écoulements secondaires et d’analyser leur évolution entre les deux axes. De plus, l’évolution de ces écoulements est analysée en fonction de la chute de performance de la turbine. Les principales particularités de l’écoulement sont la présence d’une recirculation sous le moyeu, d’une zone contrarotative, des sillages des directrices et des tourbillons de bout de pale. / This thesis presents the experimental study of the draft tube inflow of a bulb turbine with a steep drop in performance. Measurements by laser Doppler velocimetry (LDV) were performed on two axes: downstream of the blades of the wheel and downstream of the wheel hub. A feature of this study is the design of a setup that allows the measurement of the axial velocity near the wall of the cone. In addition, a method of estimating the average radial velocity was developed. These measurements were used to characterize the primary flow and the secondary flows and analyze their evolution between the two axes. Moreover, the evolution of these flows is analyzed according to the turbine performance drop. The main features of the flow are the presence of recirculation downstream of the hub, a counter-rotating area, the guide vane wakes and of the blade tip vortices.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Ce mémoire investigue le phénomène de reconnexion visqueuse de deux tourbillons initialement placés de façon orthogonale ou antiparallèle. Les équations de Navier-Stokes pour un fluide incompressible sont résolues directement (DNS) à l’aide d’un algorithme pseudospectral utilisant des expansions périodiques dans les trois directions cartésiennes. La condition de circulation nulle inhérente à cette méthode numérique est contournée en résolvant les équations dans un repère tournant approprié. Une méthode simple utilisant des lignes de vorticité est proposée afin de calculer le pourcentage de reconnexion instantané η de deux tourbillons. Cette méthode est également employée pour séparer le champ de vorticité en ses composantes reconnectées et non-reconnectées, ce qui facilite l’identification visuelle des différentes étapes du processus de reconnexion. Finalement, l’échelle de temps de la reconnexion tourbillonnaire Trec est calculée pour différents nombres de Reynolds (500 ≤ Re ≤ 10000). Il est trouvé que l’ordre de grandeur de Trec varie de façon continue de [symbol] à mesure que Re augmente. / This work focuses on the viscous reconnection phenomenon of two vortex tubes that are initially antiparallel or orthogonal to each other. The incompressible Navier-stokes equations are solved directly (DNS) using a Fourier pseudospectral algorithm with triply periodic boundary conditions. The associated zero-circulation constraint is circumvented by solving the governing equations in a proper rotating frame of reference. A simple method using vortex lines is proposed to compute the instantaneous reconnection level η of two vortices. The proposed method is also used to split the vorticity field into its reconnected and non-reconnected parts, which allows for a clear and intuitive visual identification of the different reconnection phases. Finally, the Reynolds number dependence of the reconnection timescale Trec is investigated for 500 ≤ Re ≤ 10000. The scaling is found to vary continuously as Re is increased from [symbol].

Le contenu de ce mémoire traite du problème de gestion des stocks dans un réseau constitué de plusieurs sites de stockage de produits. Chaque site i gère son stock de manière autonome pour satisfaire une demande déterministe sur un horizon donné. Un stock maximum Si est tenu à chaque site i. Lorsque le point de commande si est atteint, une commande de taille Qi est placée au centre de distribution qui alimente tous les sites. Qi est telle que Qi = Si - si. La quantité Qi est livrée dans un délai connu Li. Si, à un instant donné, la demande Di au site i excède la quantité en main, le site i fait appel à un ou à plusieurs autres sites du réseau pour le transfert d’une quantité Xji (j = 1, 2, …, n). Ce transfert s’effectue selon un certain nombre de règles de jeu qui tiennent compte des coûts de transfert, de stockage, d’approvisionnement et de pénurie. Ce mémoire examine six principales contributions publiées dans la littérature pour évaluer les contributions d’un modèle collaboratif aux performances, en termes de coûts et de niveau de service, de chaque site du réseau. Cette investigation se limite à une configuration du réseau à deux échelons : un entrepôt central et n (n > 2) sites de stockage. Le cas des pièces de rechange, caractérisé par une demande aléatoire, est examiné dans trois chapitres de ce mémoire. Une autre application de ces stratégies à la collaboration entre n centres hospitaliers (n > 2) est également examinée dans ce travail. / The content of this paper deals with the inventory management problem in a network of many consumer products storage locations. Each location autonomously manages its stock to satisfy a deterministic demand over a given horizon. A maximum quantity of stock Si is held at each site i. When the reorder point si is reached, an order Qi is placed to the distribution center which supplies all sites. Qi is such that Qi = Si - si. The amount Qi is delivered with a known lead-time Li. If, at a given time, the Di demand at location i exceeds the on-hand inventory, the location i uses one or more other network locations for a lateral transshipment of a quantity Xji (j = 1, 2... n) from location j to location i. This lateral transhipment is made according to a number of rules that take into account transshipment cost, holding cost, replenishment cost and shortage cost. This thesis examines six key contributions published in the literature to assess the contributions of a collaborative model to performance, in terms of cost and service level, at each network location. This investigation is limited to a two-level network configuration: a central warehouse and n (n > 2) storage locations. The case of repairable spare parts, characterized by a random demand, is examined in three chapters of this memory. Another application of these strategies to collaboration between n hospitals (n> 2) is also examined in this work.

De nos jours la protection des réseaux logistiques représente un vrai défi. Dans la littérature, plusieurs travaux ont examiné ce problème et ont proposé des modèles pour la défense stratégique des réseaux logistiques. Habituellement, chaque réseau protège individuellement ses installations en utilisant ses propres moyens. Or, la protection collaborative de ces réseaux est susceptible d'engendrer une amélioration de l'utilité des stratégies de défense utilisées et une réduction des coûts de cette protection. Nous considérons, dans ce mémoire, un ensemble des réseaux logistiques qui ont accepté de collaborer pour améliorer leurs méthodes de protection. Tout d'abord, nous avons commencé par définir et appliquer un modèle de protection stratégique basé sur la théorie des jeux non coopératifs sur un ensemble de réseaux logistiques, afin de déterminer les stratégies de défenses qui seront adoptées individuellement par chaque réseau. Ce modèle a été ensuite étendu et modifié dans le cas où plusieurs réseaux logistiques décidèrent de collaborer pour améliorer l'utilité de leurs stratégies de défense. Ce modèle permet également, l'évaluation de l'utilité de cette coalition et la réduction des coûts générés grâce à la collaboration. Pour que cette collaboration soit durable et bénéfique pour tous les réseaux, nous devons allouer les coûts engendrés par cette coalition à tous les participants de façon équitable. Pour cela, nous appliquons plusieurs méthodes de partage des coûts issues de la théorie des jeux collaboratifs. Enfin, ces modèles seront appliqués pour le cas de deux réseaux logistiques.

Ce mémoire présente une étude de la délamination dans des matériaux composites tissés taffetas. Des essais expérimentaux ont été réalisés afin de caractériser la délamination selon les modes purs I et II et pour plusieurs combinaisons des modes mixés I et II, respectivement avec des essais DCB, ENF et MMB de la mécanique de la rupture. Les standards ASTM ont été suivis. Deux stratifiés ont été testés, un [0/90]12 et un [45/-45]12, et leurs résultats sont comparés. Des modèles numériques ont été créés sur Abaqus afin de simuler les essais expérimentaux. La méthode de la zone cohésive a été utilisée dans des analyses statiques en utilisant le solveur Abaqus/Standard. Les résultats des modèles numériques sont comparés aux résultats expérimentaux et leur validité est discutée. / This thesis is about the delamination of plain weave woven composite materials. Some experimental tests have been conducted to characterize the delamination for the pure modes I and II and for several combinations of mixed mode I and II, respectively with the DCB, ENF and MMB fracture mechanics tests. ASTM standards have been followed. Two laminate lay-ups were tested, one [0/90]12 and one [45/-45]12 and their results are compared. Numerical models have been created on Abaqus to simulate the experimental tests. The method of cohesive zone model has been used for static analyses using the Abaqus/Standard solver. Numerical models results are compared to experimental results and their validity is discussed.