Optimisation topologique de structures actives à base de matériaux intelligents

Topology optimization of active structures based on smart materials

• Auteur / Autrice : Peter Rono
• Direction : Michaël Gauthier, Abdenbi Mohand ousaid, Jean Bosco Byiringiro
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/01/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté en cotutelle avec Dedan Kimathi University of Technology
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : AS2M - Département Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)

Mots clés

Mots clés libres

Optimisation topologique

Matériaux intelligents

Structures actives

Microrobotique

Topology optimization

Smart Materials

Active structures

Microrobotics

Résumé

L'optimisation topologique, en particulier la méthode SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) est une méthodologie de conception prometteuse. Contrairement aux méthodes classiques, elle donne lieu à des structures efficaces en réponse à un cahier des charges. Son principe repose sur une distribution optimale de matériau dans un domaine de conception donné. Depuis qu'elle est devenu un outil de conception puissant, elle a été employée pour la conception des structures actives. Cela est rendu possible par l'intégration de la physique des matériaux piézoélectriques dans la méthodologie. Cependant, la méthode reste limitée à des structures 2D et à base d'un seul matériau. Motivée par ce résultat préliminaire, cette thèse propose d'étendre la méthode SIMP en considérant à la fois les matériaux passifs et actifs. Le travail vise donc à étendre la méthode SIMP à un domaine multi-matériaux. L'idée consiste à optimiser la distribution simultanée d'un matériau passif et d'autre actif au travers la méthodologie. La thèse traitera de plusieurs défis liés à la modélisation des matériaux piézoélectriques, à la formulation éléments finis et à la mise en œuvre informatique. La réponse à ces défis permettra de développer de nouvelles capacités en optimisation topologique de structures actives.

Topology optimization, in particularly SIMP method (Solid Isotropic Material with Penalization) is a promising design methodology. Unlike classical methods, it gives rise to efficient structures in response to requirements specification. Its principle is based on optimal material distribution within a specified design domain. Since becoming a conceptual design tool, it has been applied for topological design of active structures. This is made possible by integrating the physics of piezoelectric material within the methodology. However, the method remains limited to two-dimensional structures based on one material. Motivated by this preliminary result, this thesis proposes to extend SIMP method by considering both passive and piezoelectric material. Therefore, the work aims to extend SIMP (topology optimization) method to multi-material domain. The idea consists to handle both passive and active material through the methodology. The thesis will deal with several challenges related to piezoelectric materials modeling, finite-element formulation and computational implementation. Overcoming those obstacles, the thesis will develop new abilities in topology optimization enabling to optimize active compliant structures.