Contribution aux développements des modèles analytiques compacts pour l’analyse vibratoire des systèmes mécatroniques

Contribution to the development of compact analytical models for vibration analysis of mechatronic systems

• Auteur / Autrice : Ghazoi Hamza
• Direction : Alain Rivière, Jamel Louati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 08/01/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Quartz (Saint-Ouen, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Lottin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Rivière, Jamel Louati, Mohamed Ichchou, Mnaouar Chouchane, Mohamed Haddar, Jean-Yves Choley, Moncef Hammadi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mohamed Ichchou, Mnaouar Chouchane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modelica (langage de programmation)

Vibrations

Mécatronique

Mots clés libres

Systèmes mécatroniques

Pré-dimensionnement

Méthodes analytiques

Vibration

Langage Modelica

Mechatronic systems

Pre-sizing

Analytical methods

Vibration

Modelica language

Résumé

Cette thèse a pour objectif le développement d’une méthode de pré-dimensionnement des systèmes mécatroniques prenant en compte l’aspect vibratoire sans passer par des techniques de conception coûteuses en temps de calculs et de mise en œuvre, telles que la CAO 3D et la méthode des éléments finis.Dans la phase amont de choix d’architecture du processus de conception des systèmes mécatroniques, des modèles analytiques simples sont nécessaires à l’architecte du système mécatronique afin de lui permettre de faire des choix d‘architecture prenant en compte les contraintes multi-physiques, notamment les vibrations. Dans ce but, une bibliothèque de modèles analytiques d’éléments mécaniques flexibles simples a été développée dans cette thèse en utilisant le langage de modélisation Modelica.Pour démontrer les possibilités de cette approche, une étude des réponses vibratoires de certains systèmes mécatroniques a été réalisée. Cette approche de pré-dimensionnement a ainsi été appliquée dans un premier temps à un système mécatronique simple formé d’une plaque rectangulaire supportant des composants tels que des moteurs et des cartes électroniques, puis dans un second temps à une éolienne représentant un système mécatronique complet.Les résultats obtenus lors des simulations ont été comparés avec ceux obtenus par la méthode des éléments finis ainsi qu’avec les résultats d’études présentes dans la littérature scientifique. Ces simulations nous ont permis de prouver que les modèles compacts développés fournissent à l’architecte du système mécatronique des résultats très précis avec un besoin en ressources informatiques faibles.

This thesis focuses on the development of a method for the preliminary design of mechatronic systems, taking into account the vibratory aspect, without going through costly design techniques, such as 3D CAD and finite element method.In an early stage of the design process of mechatronic systems, simple analytical models are necessary to the architect engineer in Mechatronics, for important conceptual decisions related to multi-physics coupling and vibration. For this purpose, a library of flexible elements, based on analytical models, was developed in this thesis, using the Modelica modeling language.To demonstrate the possibilities of this approach, we conducted a study of the vibration response of some mechatronic systems. Therefore, the pre-sizing approach was applied in a first phase to a simple mechatronic system, formed with a rectangular plate supporting electrical components such as electric motors and electronic cards, and in a second phase the approach was applied to a wind turbine, considered as a complete mechatronic system. Simulation results were compared with the finite elements method and other studies found in the scientific literature. Simulation results have enabled us to prove that the developed compact models assist the mechatronic architect to find results of simulation with an important accuracy and a low computational cost.