Contributions à l'optimisation topologique de liaisons amortissantes pour des applications spatiales

Contributions to topology optimization of damping joints for space applications

• Auteur / Autrice : Sylvain Burri
• Direction : Antoine Legay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des structures et des systèmes couplés (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Conservatoire national des arts et métiers (France ; 1794-....)
• Jury : Président / Présidente : Eric Florentin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Legay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Vidal, Philippe Karamian

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Contrôle actif du bruit et des vibrations

Élastomères

Matériaux viscoélastiques

Mots clés libres

Matériau viscoélastique

Elastomère

Amortissement

Optimisation topologique

Méthodes numériques

Modèle éléments finis

Viscoelastic material

Elastomer

Damping

Topology optimization

Numerical methods

Finite Element Model

Résumé

Grâce à leurs propriétés amortissantes, les matériaux élastomères sont fréquemment utilisés dans l'industrie aéronautique et spatiale afin d'atténuer les vibrations provenant de sources extérieures.Lorsque ce matériau est placé entre des sous-systèmes d'un assemblage mécanique, il permet de protéger l'intégrité d'équipements sensibles tels que des éléments électroniques ou optiques.Afin d'étudier ces phénomènes, cette thèse de doctorat se base sur un modèle éléments finis représentatif d'une application industrielle comprenant une charge utile que l'on souhaite préserver, un support de charge utile par lequel transite les vibrations provenant du lanceur, et des liaisons entre ces sous-systèmes.Le matériau amortissant est incorporé dans les liaisons qui doivent alors répondre à deux objectifs contradictoires : transmettre les charges statiques et amortir les vibrations.Dans un premier temps, le positionnement du matériau ainsi que ses caractéristiques mécaniques sont déterminés en utilisant une stratégie numérique d'optimisation paramétrique.Puis, dans le but d'améliorer la conception des liaisons, un algorithme d'optimisation topologique est implémenté.Cet algorithme est d'abord utilisé dans le cadre de la statique, puis quelques cas académiques sont résolus en dynamique.

Thanks to their damping properties, elastomer materials are commonly used in the aeronautics and aerospace industries in order to reduce vibrations coming from external sources.When this material is placed between subs-systems of a mechanical assembly, it is able to protect the integrity of sensitive equipment such as electrical or optical devices.To study this phenomenon, this PhD thesis is based upon a representative finite element model of an industrial application composed of a payload that we aim to protect, a dispenser through which vibrations coming from the launcher are transmitted, and links between these sub-systems.The damping material is added inside the links which then have to handle two contradictory aims: transmitting static loads and damping vibrations.First of all, the material's positioning as well as its mechanical properties are determined by using a parametric optimization numerical strategy.Then, in order to improve the links’ design, a topology optimization algorithm is implemented.This algorithm is firstly used in a static environment, then some academic cases are solved in a dynamic environment.