Le vrillage est un mode de retour élastique particulier, qui se produit suite à la mise en forme par emboutissage de pièces allongées, à savoir dont une des dimensions est grande devant les deux autres. Le vrillage est caractérisé par la torsion de la pièce autour d’un axe parallèle à la plus grande dimension. D’un point de vue expérimental, le vrillage représente un véritable défi, du fait de la grande dimension, de l’ordre du mètre, des pièces industrielles et de la grande dispersion des valeurs caractéristiques de vrillage obtenues pour un même procédé et un même matériau. En conséquence, l’étude du vrillage en utilisant une échelle réduite sur l’ensemble des dimensions outils et pièce est retenue pour ce travail de thèse, avec un intérêt particulier pour l’influence de l’alignement tôle/outils sur l’intensité du vrillage.L’objectif général de ce travail de thèse est l’étude expérimentale et numérique du vrillage de pièces en forme de U, à partir de flans de longueur 100 mm et d’épaisseur 0,15 mm. Une première partie concerne la caractérisation et modélisation du comportement mécanique du matériau, un acier inoxydable. Des essais mécaniques de traction et cisaillement simple ont été réalisés, avec une mesure locale sans contact du champ de déformation. L’écrouissage ainsi que l’évolution de la pente à la décharge ont été caractérisés, et les paramètres d’un modèle élasto-plastique avec écrouissage mixte et dépendance du module d’Young avec la déformation plastique équivalente ont été identifiés à partir de ces essais.Afin de constituer une base expérimentale sur le vrillage, un dispositif spécifique a été conçu et usiné dans le cadre de cette thèse. Des essais d’emboutissage de flans rectangulaires, de dimensions 100 x 28 mm2, pour atteindre une forme de U de profondeur 7 mm, ont été réalisés. L’alignement de l’éprouvette avec le poinçon et la matrice a été particulièrement contrôlé et deux orientations ont été étudiées : l’éprouvette est soit alignée avec le poinçon, soit désalignée de 2° par rapport à son centre. La forme finale des éprouvettes a été mesurée avec un scanner laser. Le vrillage est caractérisé par le rapport de l’angle entre le fond de deux sections extrêmes sur leur distance respective. Un vrillage de 11°.m-1 a été mesuré pour les éprouvettes désalignées, tandis que pour les éprouvettes alignées, aucun vrillage significatif n’a été obtenu. L’étude des sections transversales de l’éprouvette montre une corrélation entre l’asymétrie du retour élastique causée par l’asymétrie de la géométrie de l’éprouvette, dans le cas désaligné, et le vrillage. Le glissement de l’éprouvette sous le poinçon au cours de l’essai affecte également le vrillage quelque soit l’orientation de l’éprouvette.Finalement, la simulation numérique de la mise en forme d’un flan en forme de U a été effectuée avec le code de calcul Abaqus®. Un solveur explicite est utilisé pour l’étape d’emboutissage et un solveur implicite pour le retour élastique. L’influence de la taille de maillage, ainsi que celle de la loi de comportement du matériau ont été étudiées. Les résultats de la simulation numérique sont alors confrontés aux résultats expérimentaux. / Twisting of metallic sheets is one particular mode of springback that occurs after drawing of elongated parts, i.e. with one dimension much larger than the two others. Twisting is usually characterized by the disorientation angle between the two end sections which turn around an axis parallel to the greatest dimension. From experimental point of view, twisting is very challenging because a lot of data were obtained on industrial-type parts, with one dimension of the order of the meter. These data are usually very dispersed and with the same process parameters, material and geometry, very different values for the twisting parameter can be obtained. As a consequence, the study of twisting phenomenon by using a reduced scale for all the dimensions of the tools and blank is retained in this work of. The influence of the blank alignment with the tools on the intensity of the twisting parameter was particular investigated.The objective of the thesis is the experimental and numerical study of the twisting of U-shaped part, obtained from stainless steel blanks with a length of 100 mm and thickness of 0.15 mm. The first part relates to the characterization and modeling of the material mechanical behavior. Conventional tests such as tension and simple shear were performed. The kinematic contribution to the hardening and the evolution of the loading-unloading slope with the plastic deformation were carried out. The parameters of an elastic-plastic model based on a mixed hardening and degradation of Young’s modulus with the equivalent plastic strain have been identified from these tests.In order to establish an experimental database for twisting, a dedicated device for drawing U-shaped elongated parts was designed and manufactured. Deep-drawing of rectangular blanks, of dimensions 100 x 28 mm2, to achieve a U-shape rail of 7 mm of depth was performed. Two different orientations of the part with respect to the tools were chosen: either aligned with the tools, or purposefully misaligned by 2°. The geometry of the part after springback was laser scanned. Twisting is characterized by the disorientation angle in-between the two end sections of the part over the distance. Several samples were drawn for each configuration, leading to the conclusion that almost no twisting occurs in the first case whereas a twisting parameter of 11°.m-1 corresponded to the second one. The analysis of the geometry of cross sections has shown a correlation between twisting and asymmetry of springback, like the opening of the U-shaped rail, caused by the asymmetry of the blank in the misaligned case. The sliding of the blank beneath the punch during the process also affects twisting whatever its orientation. Finally, finite element simulation of the drawing process, for the two configurations of the blank, within the explicit framework for drawing and implicit one for springback, were carried out using Abaqus® software. The influences of the mesh size as well as the material behavior law on the intensity of twisting parameter were studied. Numerical predictions were compared with experiments.

La déformation de torsion que subit un profil aérodynamique a une importance capitale car elle a une influence directe sur la valeur des incidences locales et donc sur la valeur locale des densités de portance et de traînée. L'amélioration des performances aérodynamiques passe donc par la connaissance et la maîtrise de ce vrillage. Cette thèse se propose d'y contribuer. Une des méthodes développées actuellement par de nombreux auteurs consiste à munir le profil d'actionneurs permettant de le déformer en torsion de manière à compenser tout ou partie, voire même contrer, la déformation « naturelle » de la structure. Cette méthode, dite de contrôle actif, est certes très efficace, mais elle présente des limitations car elle nécessite l'introduction d'une quantité d'énergie qui peut être importante. La méthode que nous proposons ici pour maîtriser le vrillage du profil consiste à modifier ses conditions d'équilibre interne. En solidarisant ou en désolidarisant des cloisons à l'intérieur du profil, il est possible de déplacer le centre de torsion des sections du profil sans modifier sa forme extérieure. Ces modifications internes induisent donc une modulation du moment de torsion et donc une modulation du vrillage. Ce processus ne demande que très peu d'énergie. A partir d'un profil simple, des simulations ont permis de montrer le potentiel théorique du système proposé. Trois démonstrateurs, de complexité croissante, ont également été réalisés pour évaluer les capacités du contrôle « réactif » de la torsion. La technique a été validée par la deuxième démonstration. Malheureusement, le troisième démonstrateur, beaucoup plus complexe, n'a pas permis, à l’heure actuelle, d'obtenir la validation finale. / The torsional deformation of aerodynamic profiles has to be considered with care because it induces a change in the angle of attack and therefore changes in the local densities of lift and drag forces. The improvement of the aerodynamic performances does require a good knowledge and control of the twist of the airfoil. A method currently developed by a lot of authors consists in inserting in the airfoil some actuators whose action tends to increase or reduce the ‘natural’ deformation of the structure. This method, named active control, is very effective but it has some limitations because it needs a level of energy which can be high. The method we propose to control the twist of the airfoil consists in modifying the internal elastic equilibrium of the structure. By joining or disjoining some walls inside the profile, it is possible to shift the shear center of the profile without any change of its external shape. So, these internal modifications induce variations of the torsional moment and therefore a variation of the twist angle. The process is no energy consuming. By means of a simple profile, simulations have been performed to show the theoretical potential of the proposed system. Three demonstrators have also been designed with increasing complexity to evaluate the feasibility of the ‘reactive’ control of the twist. The technique has been validated by the second demonstrator. Unfortunately, the third demonstrator, much more complex, has not shown the final demonstration.

La déformation de torsion que subit un profil aérodynamique a une importance capitale car elle a une influence directe sur la valeur des incidences locales et donc sur la valeur locale des densités de portance et de traînée. L'amélioration des performances aérodynamiques passe donc par la connaissance et la maîtrise de ce vrillage. Cette thèse se propose d'y contribuer. Une des méthodes développées actuellement par de nombreux auteurs consiste à munir le profil d'actionneurs permettant de le déformer en torsion de manière à compenser tout ou partie, voire même contrer, la déformation " naturelle " de la structure. Cette méthode, dite de contrôle actif, est certes très efficace, mais elle présente des limitations car elle nécessite l'introduction d'une quantité d'énergie qui peut être importante. La méthode que nous proposons ici pour maîtriser le vrillage du profil consiste à modifier ses conditions d'équilibre interne. En solidarisant ou en désolidarisant des cloisons à l'intérieur du profil, il est possible de déplacer le centre de torsion des sections du profil sans modifier sa forme extérieure. Ces modifications internes induisent donc une modulation du moment de torsion et donc une modulation du vrillage. Ce processus ne demande que très peu d'énergie. A partir d'un profil simple, des simulations ont permis de montrer le potentiel théorique du système proposé. Trois démonstrateurs, de complexité croissante, ont également été réalisés pour évaluer les capacités du contrôle " réactif " de la torsion. La technique a été validée par la deuxième démonstration. Malheureusement, le troisième démonstrateur, beaucoup plus complexe, n'a pas permis, à l'heure actuelle, d'obtenir la validation finale.

La machine asynchrone est à ce jour la référence dans les moteurs de traction ferroviaire. De nombreuses contraintes dictées par des normes notamment au niveau du bruit acoustique poussent l’industrie à développer des moteurs plus silencieux. Le vrillage connu pour réduire les ondulations de couple semble apporter également une réelle solution afin de diminuer les vibrations et le bruit émis par la machine. C’est dans ce contexte que ce projet en collaboration avec Alstom-Transport situé à Ornans et le soutien de MEDEE (pôle régional sur la maitrise énergétique) est réalisé. Cette thèse se focalise plus particulièrement sur le calcul des forces électromagnétiques dans l’entrefer à l’origine des vibrations, du bruit et du couple. Des modèles analytiques et à éléments finis estimant les forces électromagnétiques et intégrant le vrillage sont présentés et confrontés à des mesures expérimentales de vibration, de bruit et de couple. Les modèles utilisés sont valables pour les machines asynchrones à cage d’écureuil mais sont facilement adaptables pour les machines synchrones. Ils permettent de comprendre l’origine des forces électromagnétiques responsables du bruit et de trouver des configurations de machines moins bruyantes en jouant sur divers paramètres tels que : le vrillage, mais aussi le nombre de paires de pôles, le nombre d’encoches au stator et au rotor, la forme des encoches, la distribution du bobinage, etc. / The induction machine is the reference in railway traction motors. Numerous constraints dictated by standards, particularly regarding acoustic noise, are driving the industry to develop quieter engines. The skewing known to reduce torque ripples seems to also provide a real solution to reduce vibration and noise emitted by the machine. In this context, the project is realized in collaboration with Alstom-Transport located in Ornans with the support of MEDEE (regional pole on energy control). This thesis focuses on the calculation of magnetic forces in the air gap which originate vibration, noise and torque. Analytical and finite element models, which estimate electromagnetic forces and integrate skewing, are presented and compared with experimental measurements of vibration, noise and torque. The models used are valid for the squirrel-cage induction machines but are easily adaptable for synchronous machines. This allows one to understand the origin of the electromagnetic forces responsible for the noise, and to find configurations of less noisy machines. Various parameters such as skewing can be modified to reach this goal, as well as the number of pole pairs, the stator and rotor teeth number, the slot shape, the winding distribution, and so on.

L'optimisation de la forme des pales en fonction des phases de vol constitue un levier puissant dans ladémarche d'amélioration des performances des hélicoptères et de minimisation de leurs impactsenvironnementaux. Cette thèse propose l'étude et la caractérisation d'un concept permettant, grâce àl'utilisation d'un actionneur passif, de contrôler le vrillage d'une pale d'hélicoptère, en vol, en fonctionde la vitesse de rotation. L'actionneur retenu pour tordre une pale rigide est une plaque compositestratifiée munie d'un couplage traction/torsion et intégrée au sein de la pale. Les travaux développés ontpermis de démontrer la faisabilité de ce concept à l'échelle d'un prototype de partie courante de pale. Enpremier lieu, et ce afin de concevoir une architecture de profil adaptée à ce type de plaque, un modèleanalytique a été développé pour relier les caractéristiques des plaques composites à leur vrillage soussollicitations statique et dynamique. Une formulation simple de la réponse en vrillage a permisd'optimiser les séquencements de ces plaques dans l'objectif de maximiser le couplage en minimisant lesdéformations résiduelles liées au procédé de fabrication. Les plaques optimisées et fabriquées ontensuite été caractérisées sous traction quasi-statique uniforme puis sur un banc rotatif. Plusieurstechniques expérimentales ont été développées dans le but de quantifier le vrillage. Ce travail a conduità l'insertion d'une plaque épaisse dans un profil de pale. Sous un chargement statique, les tronçons ontexposé un vrillage de l'ordre de 2 °.m-1. Ces multiples expériences et les différentes simulationsréalisées permettent d'envisager des essais en soufflerie sur ces prototypes de pales. / Blade morphing optimization during a flight provides a powerful lever to improve helicoptersperformance and reduce their fossil based energy consumption. This PhD thesis examines a newconcept of passive blade twist controlled by the rotation speed. One of the most suitable actuator able totwist a stiff blade is an integrated laminate with extension/twist coupling. Developed work proves thefeasibility of this assembly at a laboratory scale. In a first stage, an analytical model was developed toestimate the twist behaviour of a laminate subjected to static and dynamic loads. This effectivecalculation of the twist response was used to optimize the stacking sequence in order to improve thecoupling and minimize residual stresses due to the manufacturing process. Some optimized plates havebeen manufactured and characterized using uniform tensile test and a rotative bench. Severalmeasurement methods have been developed to quantify twist. This study led to the integration of a thicklaminate in a blade airfoil profile. Under quasi-static axial loading, these blade sections have shownapproximately 2 °.m-1 in twist. Results from experiments and models make it possible to expect windtunnel tests on these adaptive twist blades.