Les matériaux composites, et en particulier les sandwichs, sont très étudiés depuis des décennies. En effet, l'alliance entre légèreté et résistance de ces structures entraîne le développement de leur utilisation. Leur méthode de fabrication et éventuellement leur caractérisation restent des points essentiels dans la plupart des études. Ce travail s’inscrit dans le projet FUI SOLLICITERN qui vise à développer une citerne routière en matériau composite sandwich pour un véhicule d’hydrocurage. Comme première étape, et à partir du principe de l’enroulement filamentaire classique, l’objectif consiste à chercher des conceptions qui sont les mieux adaptées à l’enroulement d’un matériau sandwich sur un mandrin cylindrique, tout en respectant les paramètres de l’enroulement et leur influence sur la structure et les propriétés. La solution optimale étant validée, les matériaux constitutifs ont été étudié en mesurant de nombreuses propriétés mécaniques. L’objectif est de pouvoir aider le bureau d’étude à valider une solution de fabrication et de vérifier que les propriétés sont celles attendues. Pour ce faire, des caractérisations statique et dynamique ont menée sur des échantillons incurvés fabriqués par le procédé optimisé pour notre application. Cette partie comporte notamment différents essais expérimentaux dans le but de valider le comportement de la structure visée avec les dimensions et les combinaisons de matériaux les plus appropriées, en tenant compte du processus de fabrication. La meilleure configuration structurelle est retenue à la fin pour la fabrication de la citerne routière prototype. / Composite materials, and especially sandwich structures, have been studied for decades. Indeed, the association between lightness and resistance of these structures leads to the development of their use. Their manufacturing method and their characterization remain as essential points in most studies. This work is part of the FUI SOLLICITERN project, which aims to design a composite water treatment tank for vehicles intended for this purpose. As a first step, and based on the classical filament winding principal, we aim to search designs that are best adapted to the fabrication of a curved sandwich material on a cylindrical mandrel, while respecting the process parameters of and their influence on structural properties. Since an optimal solution was validated, the constituent materials were studied by measuring mechanical properties. The objective is to help our industrial partner to validate a manufacturing solution and verify that such properties are the expected ones. For that, several static and dynamic characterizations were carried out on curved samples manufactured by the optimized process designed for our application. This part includes various experimental tests in order to validate the structure behavior with the most appropriate dimensions and material combinations, taking into account the manufacturing process. At the end, the best structural configuration is retained for the first tank prototype fabrication.

La conception de produits a pour objectif de définir techniquement un produit en satisfaisant les besoins de l'ensemble des clients du cycle de vie du produit. Les enjeux industriels conduisent à développer des modèles et des outils d'aide à la conception afin de répondre aux besoins clients tout en optimisant le triptyque coût-qualité délais. L'objectif de cette thèse est de proposer une vision globale permettant d'appréhender les différents types de modélisation. Pour atteindre cet objectif, une analyse globale de ces notions est nécessaire afin d'obtenir une représentation commune du système pour les différentes activités de conception et de simulation. L'intérêt de cette approche est de pouvoir mettre en évidence les dépendances et les relations entre ces activités. Cette approche doit permettre d'appréhender les différents niveaux de détails (systémique) lors de la décomposition fonctionnelle et structurelle du produit. Elle doit également permettre de suivre l'élaboration des modèles physiques pour la simulation. Nous proposons une traçabilité du processus de conception et du processus de modélisation permettant de remettre en cause, le cas échéant, les choix de conception et les hypothèses de modélisation. Ce travail est fondé sur des concepts de GeoSpelling comme le " skin modèle ", les opérations et les propriétés. Ils sont enrichis d'autres concepts comme les modèles finis et infinis et les modèles primitif et de simulation. / Product design aims to technically define a product satisfying the needs of all customers during the product life cycle. Industrial issues lead to develop models and tools supporting design to meet customer needs and contributing to costs-quality-and time optimisation. The objective of this thesis is to propose an overall vision making it possible to apprehend the various types of modeling. To achieve this goal, a comprehensive analysis of these concepts is necessary in order to obtain a common representation of the system for the various activities of design and simulation. The advantage of this approach is to highlight the dependencies and relationships among those activities. This approach should allow to apprehend the various levels of detail (systemic) during the functional and structural decomposition activity. It should also enable to monitor the development of the physical models for the simulation. We propose a traceability of the design process and of the modeling process allowing to review as appropriate the design choices and the modeling assumptions. This work is based on concepts of GeoSpelling as the "skin model", the operations and the properties. They are complemented by other concepts as the finite and infinite models and the primitive and simulation models.

Syftet med examensarbetet har varit att undersöka möjligheterna att utveckla, producera och lansera en ny universell laddare. Målet har varit att kunna ladda så många modeller av så många produkter som möjligt, vilket innefattar mobiltelefoner, kameror, datorer och MP3-spelare etc. Arbetet skulle leda fram till ett förslag på produkt. Genom att undersöka befintliga patent och produkter, har marknaden granskats och slutsatsen är att det finns en uppsjö av universella laddare på marknaden. Dock finns det få produkter som inger säkerhet, möjliggör multipel laddning och som är stationära. Dessa egenskaper blev grundstenar i den kravspecifikation som utarbetades. Genom en teknisk analys och kundundersökning sammanställdes ytterligare viktiga parametrar. Resultatet blev en stationär produkt som kan ladda både en bärbar dator och flera mindre elektroniska produkter. Genom att använda en metod som i rapporten betecknas tappteknik kan rätt laddningsförhållande garanteras. Med hjälp av en mikroprocessor och produktspecifika tappar eller ändadaptrar kan laddning av i princip alla sorters produkter och modeller ske. Arbetet har även innefattat konstruktion, CAD och prototypframtagning. / The purpose with this thesis work has been to investigate the possibilities to develop, manufacture and introduce a new universal charger. The aim has been to be able to charge as many models of as many different products as possible, including cell phones, cameras, laptops, MP3-players etc. The work would lead to a product proposal. By an examination of existing patents and products, has the market been reviewed. The conclusion is that there already are big amount of universal chargers in the international market. Yet there are only a few products that inspire safety, have a multiple charging function and which are for stationary use. Those properties became fundamentals in the specification. With a technical analyse and a customary review were more parameters included. The result is a stationary product that can be used to charge both a laptop and several smaller electronic products. By using a method that is called tip technology can the right charging conditions be guaranteed. With a micro processor and with tips which are specific for each product can mostly all sorts of products and models be charged. The work has also included mechanical design, CAD and the build of a prototype.

A next generation nanosatellite bus is under development at the University of Toronto’s Space Flight Laboratory (SFL), and is being used for the first time in an ambitious Earth observation mission to identify and monitor atmospheric aerosol species. The spacecraft system brings together novel advanced designs that expand the capability envelope of nanosatellites, with heritage SFL technology that is presently defining the state-of-the-art in microspace applications. The work presented in this thesis pertains primarily to the development of the structural subsystem of the Nanosatellite for Earth Monitoring and Observation – Aerosol Monitor (NEMO-AM). Described extensively are the design and analysis efforts made by the author to validate and finalize the structural design in order to bring it to a manufacturing-ready stage. Subsequent work to meet the mechanical requirements of ground operations during the assembly and testing of the spacecraft is also presented.

A next generation nanosatellite bus is under development at the University of Toronto’s Space Flight Laboratory (SFL), and is being used for the first time in an ambitious Earth observation mission to identify and monitor atmospheric aerosol species. The spacecraft system brings together novel advanced designs that expand the capability envelope of nanosatellites, with heritage SFL technology that is presently defining the state-of-the-art in microspace applications. The work presented in this thesis pertains primarily to the development of the structural subsystem of the Nanosatellite for Earth Monitoring and Observation – Aerosol Monitor (NEMO-AM). Described extensively are the design and analysis efforts made by the author to validate and finalize the structural design in order to bring it to a manufacturing-ready stage. Subsequent work to meet the mechanical requirements of ground operations during the assembly and testing of the spacecraft is also presented.

Le Laboratoire Commun de Métrologie LNE-CNAM (LCM) souhaite affiner sa maîtrise des références de pression afin de réaliser des appareillages de tout premier rang au niveau international. L'incertitude relative visée sur les références de pression est de l'ordre de 10-6. Cet objectif se traduit par une problématique de métrologie dimensionnelle où une mesure de la forme des pistons/cylindres utilisés dans les balances manométriques doit être menée. La mesure de cylindricité est également impliquée dans un très grand nombre d'applications industrielles comme la qualification d'étalons de référence destinés à la qualification d'appareillages de mesure. Notre travail de recherche, réalisé dans le cadre d'une convention CIFRE avec la SAS GEOMNIA, concerne la réalisation d'un instrument de référence de très haute précision permettant la mesure de forme de cylindres creux ou pleins. Nous proposons un saut technologique pour satisfaire un niveau d'incertitude sur la mesure de l'écart de cylindricité de l'ordre de 10 nanomètres dans un volume de mesure cylindrique de Ø350 mm et de hauteur 150 mm. La mesure de forme est habituellement pratiquée en déplaçant un capteur par rapport à la surface à mesurer par un guidage de haute précision. Il n'est cependant pas possible de réaliser un guidage entre deux solides d'un niveau de précision permettant de garantir les incertitudes souhaitées, même en utilisant les techniques de correction d'erreurs dont la précision est limitée par le défaut de répétabilité des guidages. Pour satisfaire à ce niveau d'incertitude, nous proposons une démarche basée sur le concept de structure métrologique dissociée. La mesure d'une pièce consiste alors à comparer sa forme à celle d'une pièce cylindrique de référence. Cette dernière doit seulement présenter une stabilité de forme parfaite. La cartographie d'écart de forme de la référence cylindrique doit cependant être identifiée au même niveau d'incertitude visé.Le travail de recherche développé propose une analyse détaillée des machines actuelles et de leurs limitations. Suite à cette analyse, une architecture de machine a été proposée pour lever ces limitations. Cette architecture tient compte des écarts « secondaires » liés à la position des capteurs et des effets de second ordre, pour satisfaire le niveau de précision visé. Une procédure complète d'étalonnage de la machine a été élaborée en s'inspirant des méthodes de séparation d'erreurs. Cette procédure originale permet de séparer les défauts de forme du cylindre de référence de ceux d'une pièce de qualification cylindrique mesurée simultanément. La méthode employée ne présente pas de limitations en termes d'exactitude. Cette procédure a été expérimentalement validée. Une analyse des effets liés à la mesure de surfaces cylindriques par des capteurs capacitifs a été menée. Ces essais ont conduit au développement de stratégies d'étalonnage de ces capteurs in situ utilisant des interféromètres à laser intégrés dans la machine. La traçabilité métrologique des résultats des mesures est ainsi garantie. Deux bancs de tests ont été développés pour caractériser les diverses influences et valider les procédures d'étalonnage des capteurs. La conception détaillée de l'instrument est issue de la synthèse des réflexions menées sur l'architecture, sur l'étalonnage et sur la maîtrise de la mesure de déplacements par capteurs capacitifs. Ce travail a abouti à la réalisation de ce nouvel instrument de référence ; sa conception, son montage et son réglage sont présentés. / The “Laboratoire Commun de Métrologie LNE-CNAM (LCM)” seeks to improve the measurement of primary pressure standards done using pressure balances, to an order of 10-6 relative uncertainty. Therefore, it is appropriate to back-up these pressure balances with a measurement of the topology of the piston-cylinder devices used on these balances. Cylindricity measurement is also found in many industrial applications such as the measurement of standards used for the calibration of measuring machines. This research project, conducted in collaboration with SAS GEOMNIA under a CIFRE agreement, has a main objet to develop a new ultra-high precision machine for cylinders form measurement. We pushes with this project the leading edge of the cylinders form measurement area; we propose indeed a technological leap which leads to reduce the uncertainty associated to cylindricity errors up to 10 nm in a cylindrical working volume of 350 mm diameter rand 150 mm height. Form measurement is usually done using a measurement probe moved about the surface to be measured with high precision guiding systems. Nonetheless, these guiding systems are not precise enough to offer the low uncertainty required even when error correction techniques are used. This is because the precision of the guides is limited by their low repeatability. To meet this uncertainty level, we propose an approach based on the “dissociated metrological structure” concept. The measurement consists of comparing the artifact's form with the form of a cylindrical reference which should have perfect form stability. However, the mapping form deviation of this cylindrical reference needs to be identified at the same level of uncertainty referred.The present work exposes a detailed analysis of the existing measuring machines and their limitations. Consequently, an optimized machine architecture is proposed in order to overcome the present limitations. The proposed machine architecture takes into account the "secondary" error terms relative to the probes positions and second order effects in order to satisfy the level of accuracy sought. A complete calibration procedure of the machine has been elaborated based on the error separation methods; it allows the separation of the form errors of each of the reference cylinder and a qualification cylindrical part simultaneously measured. This procedure does not present any accuracy limitations and has been experimentally verified. An analysis of the effects related to the measurement of cylindrical artifacts using capacitive sensors has also been investigated. These experiments have led to the development of in-situ calibration strategies using laser interferometers integrated in the machine. Thus, the metrological traceability of the measurements is guaranteed. Two test benches have been developed to characterize the error sources that influence the measurement and to validate the calibration procedures of the probes used. The detailed design of the instrument synthesizes all the conceptual thoughts about the architecture, the calibration and the displacement measurement of the capacitive probes. This work has resulted in the development of this new reference instrument; its design, installation and adjustment are detailed.

L'objectif principal de tout dispositif médical implantable est d'améliorer l'état de santé du patient en lui assurant un risque minimum. Dans ce but, l'étude de l'implant rachidien B Dyn comporte plusieurs volets : - la réalisation d'un suivi clinique, - l’analyse et la proposition de solutions techniques (actions correctives), - la création d'un outil numérique pour des évolutions ultérieures (actions préventives).L’étude bibliographique initiale permet d'appréhender l'anatomie fonctionnelle du rachis lombaire, de comprendre les états pathologiques et leurs conséquences et enfin de faire un inventaire des techniques chirurgicales associées (résection osseuse, implantation de dispositifs...).Le suivi clinique d'une population de trente patients souligne ensuite les apports (somatiques et fonctionnels) du B Dyn dans sa conception première. Pour quelques cas, l'analyse des clichés radiographiques en position de flexion montre une détérioration naissante de l'anneau liée, probablement, à une surcharge accidentelle de l'implant. Ce constat impose une évolution de la conception de l'implant.Une analyse de la conception initiale et la caractérisation mécanique en traction, permettent de cibler les actions correctives à appliquer dans le cadre de cette évolution. La démarche mise en place s'appuie sur l'évaluation expérimentale pour sélectionner des solutions techniques satisfaisant aux critères fonctionnels ; elle conduit à une évolution du choix de matériau de l'anneau.Pour la réalisation d'évolutions ultérieures, un modèle éléments finis est créé. L’approche numérique se substitue ainsi à l’approche expérimentale contraignante et coûteuse. La caractérisation préalable des élastomères est nécessaire à l'obtention de données matériaux pour élaborer ce modèle. Les résultats des premières simulations d'un essai de traction sont comparés aux données expérimentales dans la perspective de la validation du modèle.A ce stade, l'étude du B Dyn propose une première solution d'évolution de l'implant et un outil numérique pour l'analyse future de solutions techniques. / The main focus of any implantable medical device is to improve the health of the patient by providing minimum risk. For this purpose, the study of the B Dyn spinal implant comprises several constituents: - The carrying out of a clinical follow up, - The analysis and choice of technical solutions (corrective actions) - The creation of a digital tool for further development (preventive actions).The initial bibliographical study enables to comprehend the functional anatomy of the lumbar spine, to understand the pathological states and their consequences and finally to list the associated surgical techniques (osseous resection, implantation of devices…).The clinical follow-up of a population of thirty patients then underlines the contributions (somatic and functional) of the B Dyn in its first design. For a few cases, the analysis of radiographs in flexion shows an incipient deterioration in the ring probably related to an accidental overloading of the implant. This observation requires an evolution in the design of the implant.An analysis of the initial design and the mechanical characterization in traction, allow targeting the corrective actions to be applied in the context of this evolution. The developed approach is based on the experimental evaluation in order to select technical solutions that would satisfy the functional criteria; this leads to an evolution of the choice of the ring material.To conduct subsequent developments, a finite element model is created. Thus the digital approach replaces the restrictive and expensive experimental approach. The preliminary characterization of elastomers is necessary to obtain materials data to work out this model. The results of the first simulations of a tensile test are compared to experimental data in the perspective of the model validation.At this stage, the B Dyn study provides a first solution of implant evolution and a numerical tool for the future analysis of technical solutions.

The Coherence Controlled Holographic Microscope (CCHM) was developed at BUT Brno for a quantitative phase imaging of living cells. Nowadays it ocurres that its imaging properties are enhanced by the use of additional modules. In the present the microscope is equipped with the epifluorescence module, which allows observation of fluorescently marked living cells. This thesis is going to follow up on the development of this module and is going to extend its options by confocal imaging. The disadvantage of current multi-channel confocal microscopes is a mechanical rotation of the Nipkow discs, which causes undesired mechanical vibrations. That is why in this thesis it is replaced by Digital Micromirror Device. With its use was developed optical system of the whole confocal model, whose correct funcion was simulated in optical CAD. The experimentally verified prototype serves to test the imaging properties. On this basis is designed an application idea of the fluorescence confocal module, which will be possible to connect to the CCHM microscope.

This diploma thesis describes the design of the illumination system for a Coherence--Controlled Holographic Microscope (CCHM). The theoretical part mentions the history of microscopy, the principle of holography and individual types of interference microscopy. To get closer to the topic, individual light sources and an overview of current illumination systems are mentioned. The diploma thesis also describes the procedure of designing a fiber-optic illumination module for microscopy from optical design through design of construction to the last step, which is assembly and testing of the module.

Subject of this work is a development of an integrated software environment for mechanical design and check of shell and tube heat exchangers. Processes of mechanical design and checks well as software which perform these processes are broken down to basic methods and parts. Mechanical design is usually performed according to some standards. In this work, ČSN EN 13445 is used. This standard describes mostly design check calculations which can be easily algorithmized. On the contrary, design calculations are described to some extent in few simple cases and mechanical design of shell and tube heat exchanger has not been fully algorithmized yet. Subject of this work is design of software, which will be capable of automatically performing mechanical design from datasheet as an input. Based on breakdown of design and check processes, requirements for key software features are derived. Important part of presented work is design and implementation of key modules – data model of shell and tube heat exchanger, module for mechanical design check according to ČSN EN 13445. These modules form basis of the software which will be developed further in future work.