Modélisation multiphysique des effets magnétoélectriques dans les structures composites par couplage de la méthode des éléments finis et de la méthode des éléments de frontière
Auteur / Autrice : | Alberto Urdaneta Calzadilla |
Direction : | Olivier Chadebec, Nicolas Galopin |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie électrique |
Date : | Soutenance le 12/06/2023 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Equipe de recherche : G2Elab-Modèles, Méthodes et Méthodologies Appliqués au Génie Electrique (G2Elab-MAGE) |
Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble) | |
Jury : | Président / Présidente : Jérôme Delamare |
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Krähenbühl | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Ruth V. Sabariego, Xavier Mininger |
Résumé
La conversion d'énergie dans les transducteurs ou les actionneurs électriques est basée sur les interactions électromagnétiques, qui lient la force électromotrice aux variations temporelles du flux magnétique. Cependant, ces phénomènes sont parfois difficiles à exploiter, en particulier pour les dispositifs de faibles dimensions, soumis à des champs de très basse fréquence. L'utilisation de structures composites actives, en particulier de structures composites magnétoélectriques, peut permettre de résoudre ce problème. Le couplage magnétoélectrique consiste en l'existence d'une polarisation électrique induite par une aimantation ou, inversement, d'une aimantation induite par une polarisation électrique. Dans cette thèse, ce couplage est obtenu par l'association mécanique de matériaux piézoélectriques et magnétostrictifs. Ce travail concerne la modélisation numérique de problèmes impliquant des structures magnétoélectriques. Bien que la méthode de référence pour modéliser ce type de problèmes soit la méthode des éléments finis (FEM), elle présente plusieurs inconvénients liés à la nécessité de considérer une région d'air suffisamment grande, dont la taille et le maillage influent fortement sur la précision de la solution. Le couplage de la méthode des éléments finis avec la méthode des éléments de frontière (BEM) permet de surmonter ces problèmes. Dans cette thèse, un couplage FEM-BEM pour la modélisation des structures composites magnétoélectriques est développé. Trois formulations du problème sont proposées avec des lois constitutives pertinentes pour le couplage électro-mécanique et magnéto-mécanique. D'un point de vue numérique, ce couplage entre FEM et BEM induit des difficultés dans la résolution des équations discrètes, surmontés par l'utilisation d'un algorithme approprié. Les approches de modélisation proposées sont appliquées à la modélisation de deux dispositifs. Le premier, un récupérateur d'énergie sous la forme d'une structure tri-couche, le second d'un dispositif magnétoélectrique rotatif sans bobines, qui peut être utilisé à la fois comme générateur de tension alternative et comme actionneur.