- [ VRPG-Doc] Génie mécanique --- هندسة ميكانيكية

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Contribution à l’étude du contrôle actif de structures composites par incorporation des matériaux intelligents
(2016-12-15) Bendine kouider; Encadreur: BOUKHOULDA Farouk Benallel; Co-Encadreur: Nouari Mohammed
Résumé (Français et/ou Anglais) : The structural vibrations damping of composite and FGM structures with main active piezoelectric damping devices is addressed in this thesis. Finite elements model were developed for structures with piezoelectric patches. The ﬁrst part of the work is dedicated to the derivation of an electromechanical model suited for FGM beam with piezoelectric actuators layers. Then, an appropriate control law velocity feedback (LVF) is proposed to obtain the control gain. The second part is devoted to develop a prototype of active control of vibration of FGM plate with piezoelectric actuators under Ansys finite element software. Two types of controllers (PID and LQR) are implemented. The last part of the work is dealt with the optimization of piezoelectric actuators networks using genetic algorithms. The optimization procedure is based on minimizing the quadratic linear index.
Etude Numérique de l’application des Nanofluides dans l’amélioration du Transfert Thermique dans les Capteurs Solaires
(2017-05-09) Benabderrahmane Amina; Encadreur: Benazza Abdelylah
الملخص (بالعربية) : من خلال هذه الأطروحة قمنا بدراسة محاكاة عددية ثلاثية الأبعاد لكيفية تحسين النقل الحراري داخل أنبوب تجميع الطاقة الشمسية في ظل التدفق المضطرب باستعمال تقنية التسخين الغير موحد. استعملنا طريقة الأحجام المنتهية لتحليل المعادلات الرياضية (معادلة الاستمرار، كمية الحركة والطاقة). النتائج المحصل عليها تطابقت مع الموجودة في المراجع العلمية. عبر هذه الدراسة، قمنا بمعاينة تأثير الشكل الهندسي للأنبوب في النقل الحراري ، كما درسنا أيضا تأثير تواجد الجزيئات الصلبة الصغيرة (نانو جزيئات) في السائل الناقل للحرارة على خصائص النقل ، قارنا النموذج المتجانس و الغير متجانس. ترجمت النتائج المحصل عليها على شكل بيانات لتغير رقم نيوسالت ومعامل الاحتكاك وكذلك توزيع كل من الحرارة و السرعة. أثبتت النتائج أن التبادل الحراري يتحسن بإضافة حواجز داخل الأنبوب. أما النموذج بطبقة واحدة يختلف تماما عن نموذج الطبقتين. إضافة 1 % من النانوجزيئات تساهم في تحسين النقل الحاري كما أن نوعية و حجم الجزيئات تلعب دورا ملحوظا في التبادل الحراري. من جهة أخرى، مزج نوعين مختلفين من النانوجزيئات يساهم في نقل حراري أفضل. ----------------------------------------------------------------------------------- Résumé (Français) : Dans la présente thèse, on a mené une investigation numérique en trois dimensions de l’amélioration du transfert thermique dans les capteurs solaire cylindro-parabolique, sous un régime turbulent en utilisant un flux thermique non-uniforme distribué sur la paroi externe de tube absorbeur. Au niveau de cette expérimentation numérique, la géométrie du modèle utilisé a été dessinée et maillée dans le préprocesseur GAMBIT et la simulation numérique était performée en utilisant le code de calcul FLUENT. Les résultats numériques ont été comparés et validés avec les corrélations empiriques existant dans la littérature et un bon accord a été obtenu. A travers cette étude on traite l’effet de la géométrie de l’absorbeur sur le transfert thermique ; l’effet de l’inclusion des nanoparticules sur les caractéristiques thermique ainsi que la différence entre le modèle physique à une seule phase et celui à deux phases. Les résultats obtenus de cette étude sont interprétés et discutés en termes de la variation du nombre de Nusselt et le coefficient de perte de charge ainsi que la distribution de la température et de la vitesse d’écoulement. Les résultats prouvent que le transfert thermique s’améliore en incorporant des inserts dans le tube absorbeur d’un capteur cylindro-parabolique. Les résultats de simulation montrent que le modèle homogène n’est pas compatible avec celui de deux-phase, ce qui nous a conduit à comparer les résultats avec ceux calculés par des corrélations expérimentales disponibles en littérature, cette comparaison a prouvé que le modèle à une seule phase est loin d’être satisfaisant en comparaison avec les modèles à deux phases. D’autre part, l’inclusion de 1% des nanoparticules contribue à l’augmentation du transfert de chaleur, en plus le type et la taille des nanoparticules utilisées ont un effet remarquable sur le transfert thermique, en outre, la combinaison de deux type de nanoparticules suspendues dans le fluide de base améliore les propriétés thermo-physiques de ce mélange et par conséquent l'augmentation du transfert de chaleur. ----------------------------------------------------------------------------------- Résumé (Anglais) : In this thesis, a three-dimensional numerical investigation of the improvement of heat transfer in parabolic trough solar collector was carried out under a turbulent flow using a non-uniform heat flux distributed over the absorber tube outer wall. At the level of this numerical experiment, the geometry of the model used was drawn and meshed in the preprocessor GAMBIT and the numerical simulation was performed using the FLUENT calculation code. The numerical results were compared and validated with the empirical correlations existing in the literature and a good agreement was obtained. Through this study, the effect of the geometry of the absorber on heat transfer is discussed; the effect of the inclusion of nanoparticles on the thermal characteristics; the difference between the single-phase physical model and the two-phase physical model. The results obtained from this study are interpreted and discussed in terms of the evolution of Nusselt number and the friction factor as well as the distribution of temperature and the velocity field. The results show that the heat transfer improves by incorporating inserts in the absorber tube of a parabolic trough solar collector. The simulation results show that the homogeneous model is not compatible with the two-phase model, which led us to compare the results with those calculated by experimental correlations available in the literature, this comparison proved that the model at one Phase is far from satisfactory in comparison with the two-phase models. On the other hand, the inclusion of 1% of the nanoparticles contributes to the increase of the heat transfer, in addition the type and the size of the nanoparticles used have a remarkable effect on the heat transfer, in addition, the combination of two types Of suspended nanoparticles in the base fluid improves the thermo-physical properties of this mixture and consequently the increase in heat transfer.
Etude du confort thermique dans l'habitat par des procédés géo-héliothermiques
(2017-05-14) BENZAAMA Mohammed Hichem; Encadreur: MOKHTARI Abderrahmane
الملخص (بالعربية) : هذا العمل هو جزء من الأبحاث لبناء حلول توفير الطاقة أثناء استخدام المصادر الطبيعية والمتجددة (الطاقة الشمسية للتدفئة والتبريد والطاقة الحرارية الأرضية ل). ليست هناك حاجة إلى التذكير بأن الجزائر لديها امكانات الطاقة الحرارية الأرضية الحفر الكبيرة. في هذه الأطروحة هو مهتم بشكل خاص في دراسة الراحة الحرارية (الشتاء والصيف) في المنازل مدعوم من الطابق الهيدروليكي عكسها. للقيام بهذه الدراسة، لدينا إمكانيات الطاقة الشمسية الكبيرة من جهة ومن جهة أخرى على نطاق كامل التجريبية. والمجهزة قطعة تزويد الطابق الهيدروليكي عكسها (التدفئة أو التبريد). ركض خزان بعيدا على بعد بضعة أمتار من سطح الأرض للاستفادة من الطاقة الحرارية الأرضية التبريد. خدمة مراقبة لتنظيم النظام في التدفئة العملية أو عملية التبريد. عدة تدابير من تحقيقات متصلة محطة الاستحواذ، والتي تم وصله بجهاز الكمبيوتر تتيح رصد التطورات في درجة الحرارة. النمذجة هيكل المغلف للخلية والتغيرات في درجة حرارة الهواء في الأماكن المغلقة وذلك من الجدران هي التي شيدت كما TRNSYS. باستخدام نتائج TRNSYS، وقد سمح البرنامج بطلاقة لنا لنموذج البقع الشمسية وتأثيرها على الكلمة ساخنة في ظل الظروف المناخية للمدينة وهران. بعد التحقق من صحة، ويستخدم المحاكاة العددية لدراسة السلوك الحراري للخلية، وأداء الطاقة في الطابق عكسها وحساب وفورات في الطاقة التي يمكن تحقيقها مع هذه النظم ----------------------------------------------------------------------------------- Résumé (Français et/ou Anglais) : Ce travail s'inscrit dans le cadre de la recherche des solutions d’économie d'énergie du bâtiment tout en utilisant des sources naturelles et renouvelables (Energie solaire pour le chauffage et la géothermie pour le rafraîchissement). Il est nul besoin de rappeler que l'Algérie dispose d'un potentiel énergétique hélio géothermique important. Dans ce travail de thèse on s'intéresse particulièrement à l'étude du confort thermique (hiver et été) dans l'habitat alimenté par un plancher hydraulique réversible. Pour mener à bien cette étude, nous disposons d'un gisement solaire important d'une part et d'autre part d'un dispositif expérimental à échelle réelle. Une pièce munie d'un plancher hydraulique réversible (chauffant ou rafraichissant) est instrumentée. Une citerne de stockage enfuie à quelques mètres de la surface du sol afin de bénéficier du rafraichissement géothermique. Un service d'asservissement permettant la régulation du système en fonctionnement mode chauffage ou mode rafraichissement. Plusieurs sondes de mesures reliées à une station d'acquisition qui est reliée à un ordinateur permettent le suivi des évolutions de températures. La modélisation de la structure de l'enveloppe de la cellule et l'évolution de la température de l'air intérieur et celle des parois sont réalisées sous le logiciel TRNSYS. A l'aide des résultats obtenus par TRNSYS, logiciel FLUENT nous a permis de modéliser la tache solaire et son influence sur le plancher chauffant sous les conditions climatiques de la ville d'Oran. Après validation, la simulation numérique est utilisée pour étudier le comportement thermique de la cellule, les performances énergétiques du plancher réversible et le calcul des économies d'énergie que l'on pourrait réaliser avec de tels systèmes.
SIMULATION NUMÉRIQUE DE LA FRACTURE DU FÉMUR SOUS CHARGEMENT STATIQUE ET DYNAMIQUE
(2017-06-29) Zagane Mohammed El Sallah; Encadreur: Benbarek Smaïl
Résumé : L’os est un matériau vivant avec une structure hiérarchique complexe qui lui confère des propriétés mécaniques remarquables. L’os subit perpétuellement des contraintes mécaniques et physiologiques, ainsi sa qualité et sa résistance à la fracture évoluent constamment au cours du temps à travers le processus de remodelage osseux. La qualité osseuse est non seulement définie par la densité minérale osseuse mais également par les propriétés mécaniques ainsi que la microarchitecture. Le but de ce travail est de modéliser la fracture de l’os du fémur sous une sollicitation quasi statique et dynamique afin de créer un modèle numérique simulant les fractures de cet organe due à un accident. Pour atteindre cet objectif, une démarche a été adoptée. La première phase consiste à décrire les constituants élémentaires de l’os. La deuxième phase à pour objectif la modélisation par la méthode des éléments finis du comportement mécanique de la structure osseuse et pour prédire les fractures du fémur. La modélisation se réalisera grâce au code de calcul d’éléments finis ABAQUS. Mot clé : Elément finié; Biomécanique; Fémur; Endommagement; Fracture; statique et dynamique. Abstract : Bone is a living material with a complex hierarchical structure that gives it remarkable mechanical properties. The bone constantly undergoes mechanical and physiological stresses, so its quality and its resistance to fracture evolve constantly over time through the process of bone remodeling. Bone quality is defined not only by bone mineral density, but also by mechanical properties and microarchitecture. The purpose of this work is to model the fracture of the bone of the femur under a quasi static and dynamic stress in order to create a numerical model simulating the fractures of this organ due to an accident. To achieve this objective, an approach has been adopted. The first phase consists in describing the elementary constituents of the bone. The second phase aims at the modeling by the finite element method of the mechanical behavior of the bone structure and to predict the femur fractures. The modeling will be done using the calculation code ABAQUS. Keyword : Finite element; Biomechanics; Femur; Damage; Fracture; Static and dynamic.
Comportement mécanique des prothèses dentaires sous chargement dynamique cas des interactions implant - implant
(2017-10-04) Benlebna Mohammed; Encadreur: Serier Boualem
الملخص (بالعربية) : الاندماج العظمي هو ظاهرة أساسية لزرع الأسنان. فإنه يضمن الاستقرار والموثوقية والمتانة في زرع الأسنان والنجاح في عيادات على المدى الطويل يمكن التنبؤ بها. الشكل الهندسي للزرع هو معلمة محددة من الاندماج العظمي وكثافة القوى التي تمارس على العظام. هذا هو الهدف من هذه الدراسة. في الواقع، نعرض، عدديا من خلال طريقة عنصر محدود، أن المعلمات الهندسية للزرع حالة مستوى وتوزيع الاجهدات، التي تسببها العظام من قبل القوى المضغوطة، محاكاة هنا من خلال التحميل الديناميكي. وقد تم تحليل العديد من المعلمات [حجم و طول الجزء العلوي، وشكل من المواضيع، وحجم ونصف قطر انحناء الجزء السفلي] بهدف اقتراح شكل زرع أن يقلل من الضغوط في الأنسجة الحية. Résumé (Français et/ou Anglais) : L’ostéointégration est un phénomène fondamental de l’implantologie dentaire. Elle assure une stabilité, une fiabilité et une durabilité des implants dentaires et un succès clinique prévisible à long terme. La forme géométrique de l’implant est un paramètre déterminant de l’ostéointégration et de l’intensité des efforts exercés sur l’os. Ceci constitue l’objectif de cette étude. En effet, nous montrons, numériquement par la méthode des éléments finis, que les paramètres géométriques de l’implant conditionnent le niveau et la répartition des contraintes, induites dans l’os par des efforts masticatoires, simulés ici par un chargement dynamiques. Plusieurs paramètres [taille et conicité de la partie supérieure, forme des filets, taille et rayon de courbure de la partie inferieure] ont été analysés dans le but de proposer une forme d’implant minimisant les contraintes dans le tissu vivant.
Etude de l’influence du couplage entre les caractéristiques mécaniques et les sollicitations appliquées sur le comportement en fatigue des alliages d’aluminium.
(2018-02-17) BRAHAMI Abdessamad; Encadreur: BOUCHOUICHA Benattou; Co-Encadreur: FAJOUI Jamal
Résumé (Français et/ou Anglais) : Le durcissement structural des alliages d'aluminium c’est l’une des solutions que les métallurgistes ont adopté pour améliorer les propriétés mécaniques des alliages d’aluminium. Mais la corrosion exfoliante et la corrosion intergranulaire dans ces alliages d'aluminium ont un processus très complexe qui peut être affecté par divers facteurs tels que la composition chimique et la microstructure de ces alliages. L'électrochimie et la distribution de la seconde phase qui gouvernent le comportement des alliages sont les principaux facteurs qui influencent de manière significative la corrosion des alliages d'aluminium. Cette étude visait à étudier quantitativement la corrosion localisée, en particulier la corrosion exfoliante (EXCO) et la corrosion intergranulaire IGC, des alliages d'aluminium 2024 T3, 7075 T6, 6082 T6 et 5083 H111 et d'étudier le mécanisme de ces deux types de corrosion en mettant l'accent sur les effets de la combinaison matériaux/milieux/sollicitations mécaniques. Trois types de géométries ont été usinés de chaque tôle pour les différents matériaux et qui ont été par la suite utilisées comme échantillons d'essai. L’analyse de l’état microstructurale a été conduite sur le premier type de géométrie, par un microscope optique (MO), un microscope électronique à balayage (MEB) couplé à un spectroscope d’énergie dispersive (EDX) et un diffractomètre des rayons X (DRX). Le deuxième type de géométrie était des éprouvettes de traction qui ont été utilisé pour discerner la dégradation des propriétés mécaniques après l’attaque de corrosion. Alors que les éprouvettes de fissuration par fatigue CT était utilisé comme troisième type de géométrie afin de corréler l’influence du couplage corrosion/microstructure sur le comportement en fatigue des différents alliages d’aluminium. La vitesse de propagation des différents matériaux, des éprouvettes pré-corrodées, de cette étude a été affectée de manière différente selon le type d’attaque et aussi selon le matériau étudié. Les alliages ayant une forme de grains plus allongée sont plus sensibles à la corrosion exfoliante (EXCO).
Etude du comportement et de la résistance a l’impact du polyéthylène à haute densité (PEHD)
(2018-03-21) CHERIEF Mohammed Nadhir Djamel Eddine; Encadreur: BENGUEDIAB Mohamed; Co-Encadreur: NAIT-ABDELAZIZ Moussa
الملخص: الهدف من هذا العمل هو دراسة سلوك ومقاومة البولئيثيلين عالي الكثافة للتصادم، يحتوي الجزء الأول من هذا العمل على دراسة سلوك مواد البوليمر ثم إجراء دراسة ببليوغرافية على المواد البوليمرية الحرارية غير المتبلورة وشبه البلورية لفهم البنية المجهرية وآلية التشوه والتلف بالتجويف ثم دراسة تحليلية لوصف سلوك مقاومة البولئيثيلين عالي الكثافة للتصادم باستخدام معايير طاقة التصدع ثم دراسة الضرر لهذا النوع من البوليمر من خلال المحاكاة الرقمية على وحدات العناصر المعروفة. الجزء الثاني مخصص لدراسة السلوك الميكانيكي في التشوه الكبير للجزء الغير المتبلور عن طريق اختيار بوليمر غير متبلور (على سبيل المثال البولي كربونات). وتطوير نموذج (حراري للزوجة المرنة وللزوجة المطاطية المفرطة) صالح لمجموعة واسعة من درجات الحرارة وسرعة تشوه. Résumé : L’objectif de ce travail est d’étudier le comportement et la résistance à l’impact du polyéthylène à haute densité. La première partie de ce travail est focalisée sur l’étude du comportement des matériaux polymères. Une étude bibliographique sur des matériaux polymères thermoplastiques, amorphes et semi-cristallins, a été effectuée afin de comprendre leur microstructure et leur mécanisme de déformation et l’endommagement par cavitation ensuite une étude analytique pour décrire le comportement à l’impact du PEHD en utilisant les critères énergétique de rupture et par la suite examiner l’endommagement de ce type de polymère à travers des simulations numériques sur des volumes élémentaires représentatives. La deuxième partie est consacrée à l’étude du comportement mécanique en grande déformation de la partie amorphe en choisissant un polymère amorphe (par exemple le polycarbonate) et en développant un modèle thermo élastoviscoplastique viscohyperélastique valable pour une large gamme de température et de vitesse déformation. Abstract : The objective of this thesis is to study the behavior and impact resistance of high-density pol-ethylene. The first part of this work were focused on the study of the behavior of polymer materials. Bibliographical studies of thermoplastic, amorphous and semi-crystalline polymer materials was established in order to understand their microstructure and deformation mechanisms and cavitation damage then an analytical study to describe the impact behavior of HDPE using energy failure criteria and thereafter to examine the damage of this type of polymer through numerical simulations on representative elementary volumes. The second part is de-voted to studying the mechanical behavior of the amorphous part in large deformation by choosing an amorphous polymer (for example polycarbonate) and by developing thermo-elastoviscoplastic a viscohyperelastic model valid for a wide range of temperature and strain rate.
Prédiction de la rupture par une approche à deux paramètres (FIC et T-stress). Application aux canalisations sous pression en polyéthylène haute densité (PEHD).
(2018-03-21) BOUCHELARM Mohammed Amine; Encadreur: MAZARI Mohamed; Co-Encadreur: BENSEDDIQ Noureddine
الملخص: لقد صارت الأنابيب البوليميرية مؤخرا واسعة الاستخدام في مختلف الميادين وخاصة الاستعمالات المتعلقة بالأنابيب تحت الضغط (شبكات توزيع المياه، الغاز الطبيعي و قنوات الصرف الصحي). في الواقع، سهولة التنفيذ، انخفاض تكلفة الإنتاج بالإضافة إلى الخصائص الميكانيكية الجيدة كلها عوامل جعلت المستخدمين يتوجهون لاختيار هذا النوع من المواد. ولكن الهياكل البوليميرية وخاصة تلك المصنوعة من البولي إثيلين عالي الكثافة يجب أن تكون مصممة لتحمل الضغوطات البيئية و الميكانيكية. من أجل التنبؤ بتصدعها، من المهم معرفة سلوكها الميكانيكي و كذلك طريقة تلفها و تصدعها اعتمادا على نوع القوى التي تخضع لها. لغرض دراسة سلوكها الميكانيكي، نستعمل في هذه الأطروحة أدوات ميكانيكا التصدع (مقاربة شاملة ذات عاملين) التي تعتبر أداة فعالة لتحقيق هذه الغاية. Résumé : Les canalisations en matériaux polymères ont vu leur utilisation prendre de l'ampleur dans divers domaines. Plus particulièrement, les applications liées aux canalisations sous pression (transport d'eau potable, d'eaux usées ou encore de gaz) en sont un exemple. En effet, leur facilité de mise en œuvre, leur faible coût de production et leurs assez bonnes caractéristiques mécaniques, ont ramené les opérationnels à choisir ce type de matériau. Néanmoins, les structures en polymère, en particulier en Polyéthylène Haute Densité (PEHD), doivent être dimensionnées de manière à supporter les contraintes environnementales et, surtout, mécaniques. Afin de prédire leur ruine, il est donc important de bien connaitre leur comportement mécanique ainsi que leur mode d'endommagement et de rupture, en fonction du type de chargement qu'ils subissent. Pour étudier leur comportement mécanique, on utilisera les outils de la mécanique de la rupture (approche globale à deux paramètres) plus sensibles que les démarches, couramment utilisées, basées sur l'analyse d'essais de traction. Abstract : Polymer pipes have seen their use expand in various fields. In particular, applications related to pressure piping (drinking water, wastewater or gas) for example. Indeed, their ease of implementation, their low cost and their good mechanical characteristics, have led the users to choose this type of materials. Nevertheless, polymer structures, in particular High Density Polyethylene (HDPE), must be designed to support environmental and mechanical stresses. In order to predict their fracture, it is important to know their mechanical behavior as well as their damage and fracture mode, according to the operating conditions. For the study of their mechanical behavior, the two parameters global approach for fracture mechanics seems to be an effective tool to this end.
Etude et modélisation d'un système thermique alimenté par énergie géothermique
(2018-05-14) ALAMI Ahmed; Encadreur: BOUCHAM Belhadj
الملخص(بالعربية): ملخص: الغرض من هذا العمل هو دراسة وتحليل محول امتصاص الحرارة مع وبدون القاذف. عرفنا الامتزاز وظواهر الامتزاز، الممتزات، و أدزوربات ودورة منخفضة من محول الحرارة من ناحية و من ناحية أخرى، تم إجراء قياس البعد من القاذف من أجل الحصول على ضغط عال في منفذ من الناشر (مدخل من أدسوربر) من أجل استعادة حرارة كبيرة. ثم تم الاستشهاد بمعايير اختيار الزوج الممتز-الامتزاز والأزواج الأكثر استخداما وكذلك النظريات المختلفة لنمذجة ظاهرة الامتزاز. وتناولت دراسة عملية AHT بواسطة الديناميكا الحرارية الكلاسيكية والتحليل التفسيري للأوراق توازن الطاقة في المراحل الأربع من دورتي الحرارية الأرضية باستخدام زوجين الزيوليت-H_2 O، تهدف لاستعادة الطاقة والحد من آثار الرجعة . ويستند الديناميكا الحرارية محول توازن المعادلة على نظرية دوبينين و Radushkevich من أجل المقارنة بين دورتي AHT و EAHT. تم إجراء مقارنة بين النتائج التي تم الحصول عليها عن محول الحرارة مع امتصاص بسيط والقاذف. وقد تبين أن نظام الطرد كان له الرجوع على ارتفاع منخفض فوق نظام واحد. وتبين نتائج المحاكاة أن أداء وكفاءة إغكسزارجي لامتصاص دورة محول الحرارة مع زيادة القاذف، وتصل إلى 12٪ أعلى مقارنة مع الدورة الأساسية مع ظروف التشغيل نفسه. ----------------------------------------------------------------------------------- Résumé : Le but de ce travail est une étude et une analyse d’un transformateur de chaleur à adsorption avec et sans éjecteur. Nous avons défini les phénomènes d’adsorption et la désorption, l’adsorbant, l’adsorbat et le cycle de basse d’un transformateur de chaleur d’une part. D’autre part, un dimensionnement de l’éjecteur a été effectué dans le but d’obtenir une pression élevée à la sortie du diffuseur (l’entrée de l’adsorbeur) afin de récupérer une chaleur importante. Ensuite, on a cité les critères du choix du couple adsorbant-adsorbat et les couples les plus utilisés ainsi que les différentes théories de la modélisation du phénomène d’adsorption. L’étude du fonctionnement d’AHT est abordée par une analyse thermodynamique classique des bilans énergétiques et exégétiques des quatre phases des deux cycles géothermique utilisant le couple zéolithe-H_2 O, pour objectif de récupérer de l'énergie et diminuer les effets de l'irréversibilité. L’équation d’équilibre thermodynamique bivariant que nous avons utilisé est issue de la théorie de DUBININ et RADUSHKEVICH dans le but de comparer entre les deux cycles AHT et EAHT. Une comparaison des résultats obtenus pour un transformateur de chaleur à adsorption simple et avec un éjecteur à été effectuée. On a constaté que le système d'éjection présentait une irréversibilité faible par rapport au système simple. Les résultats de simulation montrent que les performances et le rendement exergétique d’un cycle de transformateur de chaleur à adsorption avec éjecteur sont plus importants, jusqu'à 12% plus élevés, par rapport au cycle de base (AHT) avec les mêmes conditions de fonctionnement.
Etude expérimentale et modélisation micromécanique d’un nano-composite à base de polypropylène
(2018-05-24) BOUAKKAZ Ahmed Ouadah; Encadreur: BACHIR BOUIADJRA Bel-Abbes
Résumé (Français) : Dans cette thèse de doctorat nous avons étudié les effets des particules de talc sur le comportement mécanique du polypropylène (PP). Nous avons caractérisé physiquement le composite PP+talc par ATG et par microscopie électronique à balayage. Différents essais mécaniques ont été faits sur des éprouvettes en pur PP en PP+talc avec différentes proportions de ce dernier : 5,10, 40 et 50% (Essais de traction à différente température, Essais de choc, Essais de flexion à trois points et essais d'analyse mécanique dynamique). Les résultats obtenus ont montré que la présence du talc améliore la rigidité du polymère mais réduit sa résistance au choc. Il a été montré aussi que la présence des particules de talc améliore la tenue des polymères à la température. Nous avons aussi étudié les effets des particules de talc sur la dégradation du polymère dans des solvants. Il a été constaté que la présence du talc a un effet sensible sur la résistance du PP dans les solvants. Le modèle GTN de l'endommagement par croissance des cavités a été utilisé pour étudier l'endommagement du PP pur et du PP+talc. Les résultats obtenus par ce modèle sont en concordance avec les essais expérimentaux.
Etude de l’endommagement des ciments chirurgicaux sous chargement de fatigue
(2020-07-01) AMIRI Riad; Encadreur: BACHIR BOUIADJRA Bel Abbes
الملخص (بالعربية) : تعتبر دراسة سلوك الأطراف الاصطناعية وأدائها تحديًا كبيرًا وتتطلب دراسات حول سلوك الواجهة بين مكونات المواد الحيوية المختلفة. يؤدي وضع طرف صناعي كامل للورك ليحل محل المفصل إلى تعطيل نظام الضغوط الميكانيكية. وهكذا يخضع العظم لبيئة ميكانيكية جديدة تؤدي محليًا إلى اختلافات في مجالات الإجهاد ، مما يزعج إعادة تشكيل العظام. يهدف هذا العمل إلى تقييم الضغط الموزع في المكونات الاصطناعية الناتجة عن تطبيق الأحمال الديناميكية لأنماط الضغط الثلاثة (المشي، نزول السلالم و صعودها) بعد زرع مفصل الورك المُثبتة بواسطة حساب العناصر ثلاثية الأبعاد، تقييم تأثير اضطراب مناطق الإجهاد في عظم الفخذ ومنع خطر ارتخاء الطرف الاصطناعي بعد ظهور عيوب مثل وجود تجاويف في الأسمنت. تظهر النتائج أنه بناءً على توزيع الإجهاد التي تم الحصول عليها، يحدث حماية من الإجهاد في الجزء السفلي من عظم الفخذ. يؤدي تركيز الضغط في عظم الفخذ الأمامي والخلفي إلى انحراف القوة على حساب المناطق العلوية التي تشهد انخفاضًا كبيرًا في الإجهاد يتسبب تأثير الحمل الديناميكي على الطرف الاصطناعي في ظهور مناطق ممزقة حول التجويف عندما يكون حجمها كبيرًا (قطر 0.3≤ مم). يبدأ الانفصال بالقرب من التجويف، ثم ينتشر عن طريق التعب في تجاه الأجزاء الأخرى من الأسمنت حتى يتسبب في ارتخاء كامل للطرف الاصطناعي. يمكن أن تقدم هذه الدراسة معلومات مهمة للجراح الذي تم استدعاؤه لاستخدام نظام خلط أسمنت مناسب لتقليل المسامات وبالتالي ضمان الاستقرار للزرع على المدى الطويل. الكلمات المفتاحية : مجموع مفصل الورك ، عناصر محدودة ، تجويف ، إجهاد رئيسي ، إجهاد مكافئ، الجذع الفخذي، اسمنت العظام، الارتخاء ----------------------------------------------------------------------------------- Résumé (en Français) : Etudier le comportement des prothèses et leurs performances est un pari majeur et nécessite des études sur le comportement de l’interface entre les différents composants biomatériaux. La mise en place d'une prothèse totale de hanche pour remplacer l'articulation, perturbe le régime des sollicitations mécaniques. Ainsi l'os est soumis à un nouvel environnement mécanique qui se traduit localement par des variations de champs de contraintes perturbants ainsi le remodelage osseux. Ce travail vise à évaluer par le calcul éléments finis 3D la distribution des contraintes dans les composants prothétiques résultant de l’application de charges dynamiques des trois modes de sollicitations (marche, descente et montée des escaliers) après l’implantation d’une PTH cimentée, apprécier l'influence de la perturbation des zones de sollicitations dans le fémur et prévenir les risques de descellement de la prothèse suite à l’apparition de défauts tels que la présence de cavités dans le ciment. Les résultats montrent que selon les distributions de contraintes obtenues, un stress shielding se produit dans la partie distale du fémur. La concentration de contraintes en antérieure et postérieure du fémur fait dévier l'effort au détriment des régions supérieures qui elles éprouvent une diminution non négligeable de la sollicitation. L’effet des charges dynamiques sur la prothèse fait apparaitre des micro-zones de rupture aux alentours de la cavité lorsque sa taille est importante (D≥0.3 mm). Le décollement s’initie au voisinage de la cavité, ensuite il se propage par fatigue vers la partie distale du ciment jusqu'au provoquer le descellement total de la prothèse. Cette étude peut fournir des enseignements importants au chirurgien qui est appelé à utiliser un système de mélange de ciment adéquat de façon à réduire la porosité et ainsi garantir à long terme la stabilité de l'implant. Les mots clés : Prothèse totale de hanche, éléments finis, cavité, contrainte principale, contrainte de Von Mises, implant, ciment orthopédique, descellement. ----------------------------------------------------------------------------------- Abstract (en Anglais) : Studying the behavior of prostheses and their performance is a major challenge and requires studies on the behavior of the interface between the different biomaterial components. The placement of a total hip prosthesis to replace the joint disrupts the regime of mechanical stresses. Thus the bone is subjected to a new mechanical environment which results locally in variations in stress fields, thus disturbing bone remodeling. This work aims to assess by finite element calculation the stress distribution in prosthetic components resulting from the application of dynamic loads of the three stress modes (walking, descending and climbing stairs) after the implantation of a cemented THA, assess the influence of the disturbance of stress areas in the femur and prevent the risk of loosening of the prosthesis following the appearance of defects such as the presence of cavities in the cement. The results show that depending on the stress distributions obtained, stress shielding occurs in the distal part of the femur. The concentration of stresses in the anterior and posterior femur deflects the force to the detriment of the upper regions which experience a significant reduction in stress. The effect of dynamic loads on the prosthesis causes micro-zones of rupture to appear around the cavity when its size is large (D≥0.3 mm). Detachment begins in the vicinity of the cavity, then it spreads by fatigue towards the distal part of the cement until it causes complete loosening of the prosthesis. This study can provide important lessons to the surgeon who is called upon to use an adequate cement mixing system in order to reduce the porosity and thus guarantee the long term stability of the implant. Keywords: Total hip prosthesis, finite elements, cavity, principal stress, Von Mises stress, implant, orthopedic cement, loosening
Étude et analyse des procédés de la thermo-transformation en cascade pour la production de micro puissance.
(2021-01-28) CHEIKH Samra; Encadreur: ZEBBAR Djallel; Co-Encadreur: STITOU Driss
Résumé (en Français) : Le présent travail est consacré à l'étude de la faisabilité d’un nouveau concept de deux assemblages de thermo-transformation à sorption en cascade pour la valorisation des puits de chaleur de bas potentiel en tant qu'énergie propre, renouvelable, sans pollution et durable. Dans notre cas c’est un panneau solaire plan d’une conversion thermique de l’ordre de 343.15K à 373.15K couplé avec deux autres dispositifs de production de micro-puissance pour l’objectif fixé de satisfaire les besoins en électricité dans les cites non raccordées à un réseau électrique avec une habitation de 100 foyers et un besoin en puissance électrique nominale de 15kWe. En qualité de dispositif de production de la puissance mécanique (électrique), dans le premier schéma de l’installation énergétique a été choisi le moteur thermique d'Ericsson fonctionnant selon le cycle de Brayton (Joule). Tandis que, dans le deuxième schéma a été sélectionnée une machine de conversion fonctionnant selon le cycle de Rankine organique. L’analyse de ce concept montre bien la faisabilité de la deuxième configuration et vérifier son fonctionnement pour satisfaire les besoins dans la gamme de puissance envisagée (15kWe) à partir une faible alimentation de capteurs solaires thermiques. Enfin, il est important de souligner que le modèle a permis de retrouver les paramètres optimaux de chaque cycle de l’installation énergétique pour les conditions de la puissance maximale délivrée par la turbine. Entre autres, l’influence des différents paramètres sur le fonctionnement de cycle a été mise en évidence. Les mots clés : Valorisation de chaleur ; panneau solaire plan ; thermo-transformation à sorption (absorption et adsorption); la cascade ; micro-puissance ; installation énergétique; cycle de Brayton ; cycle de Rankine organique . Abstract (en Anglais) : The present work is devoted to the study of the feasibility of a new concept of two cascade sorption thermo-transformation assemblies for the upgraded of low-potential heat sinks as clean, renewable, pollution-free and sustainable energy. In our case it is a flat solar collector with a thermal conversion of the order of 343.15K to 373.15K coupled with two other micro-power generation devices for the objective of meeting the electricity requirements in areas not connected to a power grid with dwelling of 100 households and a nominal power requirement of 15kWe. As a device for the production of mechanical (electrical) power, in the first power(energy installation) plant schematic diagram was chosen the Ericsson thermal engine operating according to the Brayton cycle (Joule). While, in the second power plant schematic diagram was selected a conversion machine operating according to the organic Rankine cycle. The analysis of this concept shows the feasibility of the second configuration and verifies its operation to satisfy the power needs in the envisaged power range (15kWe) from a low power supply of solar thermal collectors. Finally, it is important to point out that the model has made it possible to find the optimal parameters of each cycle of power plant configurations for the conditions of the maximum power delivered by the turbine. Among other things, the influence of the different parameters on the cycle operation was highlighted. Keywords: Heat recovery; flat solar collector; sorption thermo-transformation (absorption and adsorption); cascade; micro-power; energy installation; Brayton cycle; organic Rankine cycle.
Analyse paramétrique de la réparation par patch composites
(2021-02-06) BAGHDADI Mohammed; Encadreur: KADDOURI Khacem; Co-Encadreur: LEBON Frédéric
عنوان الموضوع: التحليل المعلمي) البارا متري (للإصلاح بواسطة المواد المركبة ملصقة لا ترتبط كفاءة الإصلاح بواسطة المادة المركبة اللاصقة ارتباطًا وثيقًا بالمعلمات الهندسية والميكانيكية للرقعة المركبة فحسب، بل ترتبط أيضًا بالمعلمات الهندسية والميكانيكية للوصل اللاصق والهيكل الذي تم إصلاحه. يتلاءم هذا العمل مع هذا السياق ويهدف إلى التحليل ودراسة، من خلال استخدام مفهوم ميكانيكا الكسر الخطي، أداء إصلاح ومتانة هياكل طائرات Al 2024-T3 المتصدعة او المتشققة والتي تم إصلاحها بواسطة التصحيح المركب. يتم تحليل هذا الأداء من حيث تقليل الطاقة الميكانيكية في نقاط التصدع (عامل شدة الإجهاد) وإجهادات القص في جميع الطبقة اللاصقة. لتحقيق هذا الهدف يتم استخدام طريقة العناصر المنتهية (Abaqus) تظهر النتائج التي تم الحصول عليها بشكل فعال أن الخصائص الهندسية والميكانيكية للرقعة المركبة والمادة اللاصقة والهيكل المراد إصلاحه تحدد عمر الخدمة وموثوقية الإصلاح. تجعل الرقعة، الملتصقة على الوجه المتشقق، من الممكن تأخير حركية انتشار الصدع إلى حد كبير. يعد الانخفاض القوي في عامل شدة الإجهاد في نقاط الشقوق التي تم إصلاحها من سمات هذا التأخر في انتشار الصدع. يؤكد هذا العمل على تأثير المعلمات أدناه على كفاءة وجودة الإصلاح. تمت دراسة الأخير من وجهة نظر تقليل طاقة الكسر في وضع الفتح (الوضع الأكثر خطورة) في رؤوس الشقوق التي تم إصلاحها وإجهادات القص في الطبقة اللاصقة. • الرقعة المواد المركبة الملصقة محددة بمعامل المرونة معامل يونغ وسمكها • شكل وسماكة الرقعة (شكل الحجم) • شكل سطح الرقعة. • المادة اللاصقة المحددة بمعامل القص وسمكها. • اللوحة التي تم إصلاحها محددة بمعامل المرونة) معامل يونغ ( الخاص بها وسمكها ؛ • التأثير المفيد لرقعة الإصلاح المزدوجة للهياكل السميكة. • تكمن أصالة هذا العمل في تطوير شكل رقعة جديد) المواد المركبة الملصقة (يسمح بتخفيض قوي لعامل شدة الإجهاد في رؤوس الشقوق وتخفيف أفضل لإجهادات القص في الطبقة اللاصقة. الكلمات المفتاحية: المواد المركبة الملصقة؛ عامل شدة الإجهاد. وإجهادات القص؛ شكل التصحيح لاصق؛ صدع. ----------------------------------------------------------------------------------- Titre du sujet : Analyse paramétrique de la réparation par patchs composites . L'efficacité de la réparation est non seulement étroitement liée aux paramètres géométriques et mécaniques du patch composite, mais également aux paramètres géométriques et mécaniques du joint adhésif et de la structure réparée elle-même. Ce travail rentre dans ce contexte et a pour objectif l’analyse, par l’utilisation du concept de la mécanique linéaire de la rupture, de la performance de la réparation et de la durabilité des structures d’aéronefs en Al 2024-T3 fissurées et réparées par patch composite. Cette performance est analysée en termes de réduction de l'énergie mécanique en pointes de fissures (Facteur d’intensité de contrainte FIC) et des contraintes de cisaillement dans toute la couche adhésive. Pour atteindre cet objectif la méthode des éléments finis (Code de Calcul-ABAQUS) est utilisée. Les résultats obtenus montrent effectivement que les caractéristiques géométriques et mécaniques du patch composite, de l'adhésif et de la structure à réparer déterminent la durée de vie et la fiabilité de la réparation. Le patch, conjointement collé à la face fissurée, permet de retarder considérablement la cinétique de propagation de la fissure. La forte réduction du facteur d'intensité de contraintes en pointes de fissures réparées est caractéristique de ce retardement. Ce travail met l'accent sur l'influence des paramètres ci-dessous sur l'efficacité et la qualité de la réparation. Ces dernières sont étudiées d'un point de vue réduction de l'énergie de rupture en mode d'ouverture (mode le plus dangereux) en têtes de fissures réparées et des efforts tangentiels dans la couche adhésive. • Le patch, défini par ses modules d’élasticité et de son épaisseur • La forme du patch et de son épaisseur (La forme volumique) • La forme surfacique du patch ; • L’adhésif, défini par son module de cisaillement et son épaisseur ; • La plaque réparée définie par son module de Young et son épaisseur ; • L’effet bénéfique de la double réparation des structures épaisses ; • L'originalité de ce travail réside dans le développement d'une forme de patch permettant une forte réduction du facteur d'intensité de contraintes et une meilleure relaxation des contraintes de cisaillement dans la couche adhésive. MOTS CLES : Patch composite ; Matériaux composites ; facteur d’intensité de contrainte ; contrainte de cisaillement ; Forme de patch ; Adhésif ; Fissure. ----------------------------------------------------------------------------------- Topic Title: Parametric analysis of the composites patch repair . The efficiency of the repair is not only closely related to the geometric and mechanical parameters of the composite patch, but also to the geometric and mechanical parameters of the adhesive joint and of the repaired structure itself. This work fit in this this context and aims to analyze, through the use of the concept of linear fracture mechanics of, the repair performance and durability of Al 2024-T3 aircraft structures cracked and repaired by composite patch. This performance is analyzed in terms of reduction of mechanical energy in crack points (stress intensity factor) and shear stresses in all adhesive layer. To achieve this objective the finite element method (Abaqus) is used. The results obtained effectively show that the geometric and mechanical characteristics of the composite patch, of the adhesive and of the structure to be repaired determine the service life and reliability of the repair. The composite patch glued to the cracked structures, makes it possible to considerably delay the kinetics of the crack propagation. The strong reduction in the stress intensity factor in repaired crack heads is characteristic of crack propagation. This work emphasizes the influence of the parameters below on the efficiency and quality of the repair. The latter are studied from the point of view of reduction of the fractur energy in opening mode (the most dangerous mode) in repaired crack heads and of the tangential stresses in the adhesive layer. • The patch, defined by its elasticity modulus and its thickness • The shape of the patch and its thickness (The volume shape) • The surface shape of the patch; • The adhesive, defined by its shear modulus and its thickness; • The repaired plate defined by its Young's modulus and its thickness; • The beneficial effect of double repair patch of thick structures; • The originality of this work lies in the development of a new patch shapes allowing at the same time, the reduction of the stress intensity factor and the better relaxation of the shear stresses in the adhesive layer. KEYWORDS: Composite patch; Composite materials; Stress intensity factor; shear stress; Patch shape; Adhesive; Crack.
Comportement plastique hétérogène d’un monocristal de nickel
(2021-02-13) GHERMAOUI ILIAS MOHAMMED AMINE; Encadreur: MADANI KOUIDER; Co-Encadreur:X. FEAUGAS
الملخص (بالعربية) : يتم قبول تفاعلات تشويه الهيدروجين ودورها في اللدونة بشكل جيد كسمات رئيسية في فهم تقصف الهيدروجين من أجل فهم طبيعة عملية التليين الناجم عن الهيدروجين في المعادن f.c.c ، تم بذل جهد كبير في هذه الدراسة لتحديد تأثير الهيدروجين على سلوك إجهاد الشد الإجهاد للبلورة أحادية النيكل الموجهة للانزلاقات المتعددة. ثبت بوضوح أن عملية تليين الهيدروجين كانت نتيجة لدروع التفاعلات المرنة على نطاقات مختلفة. تم بعد ذلك إضفاء الطابع الرسمي على التليين الناجم عن الهيدروجين بعامل غربلة S يبلغ 0.8 ± 0.05 لمدة 7 wppm من الهيدروجين والتي يمكن دمجها في عمليات نظرية الخلع القياسية. يشير اتساع التليين إلى أن عملية التدريع هي المسؤولة بشكل رئيسي عن تليين الإجهاد من خلال تشكيل مجموعات شاغرة بدلاً من التأثير المباشر للهيدروجين. من المتوقع أن يكون لهذا التأثير أهمية كبيرة عند إعادة النظر في تأثير الهيدروجين على العمليات التي تتسبب في تلف السبائك الهيكلية المستخدمة في الهندسة. الكلمات المفتاحية :النيكل ، الهيدروجين ، الإجهاد ، الضغط الداخلي ، حجم التنشيط ، كثافة الخلع. Résumé (en Français) : Les interactions hydrogène-déformation et leurs implications sur les mécanismes de plasticité sont bien acceptées comme caractéristiques clés pour comprendre la fragilisation par l'hydrogène. Afin de comprendre l’origine du processus d’adoucissement induit par l’hydrogène dans métaux c.f.c, un effort substantiel a été mis en œuvre afin d’établir les conséquences de l'hydrogène sur le comportement contrainte-déformation du nickel monocristallin orienté favorablement pour l’activation des glissements multiples. Un processus d’adoucissement de l’hydrogène a été clairement établi à différentes échelles en ce qui concerne les interactions de nature élastiques. Ce mécanisme d’écrantage des interactions de nature élastique induit par l'hydrogène a été formalisé par un facteur de S égal à 0,8 ± 0,05 pour 7 ppm en poids d'hydrogène impactant l’ensemble des mécanismes de plasticité. L'amplitude d’adoucissement suggère que le processus d’écrantage est principalement associé à la formation d’amas de lacunes résultant de la présence d'hydrogène. Les mots clés : nickel, hydrogène, déformation, contrainte interne, volume d’activation, densité de dislocation. Abstract (en Anglais) : Hydrogen-deformation interactions and their role in plasticity are well accepted as key features in understanding hydrogen embrittlement. In order to understand the nature of the hydrogen-induced softening process in f.c.c. metals, a substantial effort was made in this study to determine the effect of hydrogen on the tensile stress-strain behavior of nickel single crystal oriented for multiple-slips. It was clearly established that the hydrogen softening process was the result of a shielding of the elastic interactions at different scales. Hydrogen-induced softening was then formalized by a screening factor S of 0.8 ± 0.05 for 7 wppm of hydrogen, which can be incorporated into standard dislocation theory processes. The amplitude of softening suggests that the shielding process is mainly responsible for the stress softening through the formation of vacancy clusters, rather than a direct impact of hydrogen. This effect is expected to be of major importance when revisiting the impact of hydrogen on the processes causing damage to the structural alloys used in engineering. Keywords : nickel, hydrogen, strain, internal stress, activation volume, dislocation density.
Numerical Investigation of Cooling Electronics Components
(2021-04-12) BENAYAD Zouaoui; Encadreur: LAOUEDJ Samir; Co-Encadreur: JUAN PEDRO SOLANO
الملخص (بالعربية) : في الآونة الأخيرة، اجتذبت عملية تبريد المكونات الإلكترونية العديد من الباحثين، وقد تم عرض العديد من التقنيات لتحسين كفاءة التبريد ومعدل نقل الحرارة. واحدة من أكثر التقنيات فعالية هي إدخال نفاثة اصطناعية وتعديل السطح الساخن. في الدراسة الحالية، تم تعديل شكل السطح الساخن للمكونات الإلكترونية مع تعديل عدد فتحات خروج المبرد و كذلك شكل إشارة الحجاب الحاجز لتحسين النفاثة الاصطناعية. هذه التعديلات جديدة وقد تم تطبيقها لأول مرة و تم الحصول على كفاءة تحسين حراري جيدة جدًا بالنسبة للقنوات الصغيرة ذات التطبيقات النفاثة الاصطناعية. سمحت لنا هذه الدراسة بإجراء مقارنة كمية بين حالة أساسية بإشارة دورية وحالات معدلة. يتم حل التدفق غير المستقر ونقل الحرارة للنفاثة الاصطناعية ثنائية الأبعاد باستخدام برنامج fluent ANSYS ويتم اختيار نموذج K-ω (SST) لحساب اضطراب السوائل. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها زيادة في رقم النسلت بنحو%60 للحالة المعدلة مع نفاثتين اصطناعيتين مائلتين دات فتحات بانسداد متقارب وبمنحدر3 درجة و 10 ميكرومتر من تموج الجدار الساخن عند تغيير موضع التجاويف واضافة إشارة ثنائية الفترات مقارنة بالحالة الأساسية. ----------------------------------------------------------------------------------- Résumé (Français et/ou Anglais) : Recently, the cooling process for electronics components has attracted many researchers and several techniques for improving the cooling efficiency and heat transfer rate have been demonstrated. One of the best efficient techniques is the introduction of a synthetic jet and the modification of heating surface. In the present study, the form of heating surface, as well as the shape and number of orifices and the signal of the diaphragm has been modified to improve the synthetic jet. These modifications are novel and have been applied for the first time with very good thermal enhancement efficiency for microchannels with synthetic jets applications. This study allowed us to make a quantitative comparison between a basic case with a periodic signal and modified case. The unsteady flow and heat transfer for the two-dimensional synthetic jet are solved using ANSYS fluent code and k-ω (SST) model is selected to account for fluid turbulence. Obtained results showed a cooling improvement of about 60% for the modified case with two synthetic jets inclined with 3° and converged form of orifices and 10 µm of undulation heated wall when changing the position of the cavities so as to introduce a bi-periodic signalcompared with the basic case. ----------------------------------------------------------------------------------- Récemment, le processus de refroidissement des composants électroniques a attiré de nombreux chercheurs et plusieurs techniques permettant d'améliorer l'efficacité du refroidissement et le taux de transfert de chaleur ont été démontrées. L'une des techniques les plus efficaces est l'introduction d'un jet synthétique et la modification de la surface chauffante. Dans la présente étude, la forme de la surface chauffante ainsi la forme et le nombre d'orifices et le signal du diaphragme ont été modifiés pour améliorer le jet synthétique. Ces modifications sont nouvelles et ont été appliquées pour la première fois avec une très bonne efficacité d'amélioration thermique pour les micro-canaux avec des applications de jets synthétiques. Cette étude nous a permis de faire une comparaison quantitative entre un cas de base avec un signal périodique et des cas modifiés. L'écoulement instable et le transfert de chaleur pour le jet synthétique bidimensionnel sont résolus à l'aide du code fluide ANSYS et le modèle k-ω (SST) est sélectionné pour tenir compte de la turbulence des fluides. Les résultats obtenus ont montré une amélioration de refroidissement d'environ 60 % pour le cas modifié avec deux jets synthétiques inclinés avec 3° et forme convergente des orifices et 10 µm d'ondulation de la paroi chauffée quand on change la position des cavités ainsi introduire un signal bi-périodique par rapport au cas de base.
ÉTUDE NUMERIQUE DU COMPORTEMENT EN RUPTURE DES MATERIAUX EN FGM SOUS DIFFERENTS TYPES DE CHARGEMENT
(2021-06-03) AIT FERHAT Yazid; Encadreur: BOULENOUAR Abdelkader
الملخص (بالعربية) : الهدف من هذه الدراسة هو التحليل الرقمي لسلوك كسر المواد ذات الخصائص المتدرجة وهذا تحت تأثير الضغط الميكانيكي والحراري، باستعمال طريقة العناصر المحدودة. من خلال هذا العمل، تم اقتراح العديد من الطرق الرقمية بهدف تعيين تطور عامل شدة الإجهاد في الوضع المختلط. تحقيقا لهذه الغاية، تم اختبار ومقارنة عدة أمثلة متنوعة بالاعتماد على النهج المحلي. تم اقتراح طريقة تعتمد على تقنية ارتباط الإزاحة تدعى «GDC»، وكذا التحقق من صحتها في حالة المواد ذات الخصائص المتدرجة. إن الإعلان عن الخصائص الميكانيكية لهذه المواد تم باستخدام برنامج فرعي اُدمج في برنامج حساب ANSYS يعتمد على طريقة العناصر المحدودة. يتيح هذا البرنامج الفرعي تحديد إحداثيات مركز ثقل لكل عنصر من عناصر الشبكة، لغرض حساب الخصائص الميكانيكية المرنة باستعمال قوانين الخلط لهذه المواد. ان الهدف الثاني من هذا العمل هو تقديم الجوانب الرقمية المتعلقة بتنفيذ أسلوب يدعى تكاملات التفاعل من اجل تحديد عامل شدة الإجهاد، بالاعتماد على النهج العام. يعتمد هذا التطور الرقمي على اقتران البرنامجين Ansys وMatlab. تم التحقق من دقة وموثوقية الخطوات، عن طريق مقارنة النتائج المتحصل عليها تم مقارنتها بأعمال رقمية أخرى متاحة في المراجع. -------------------------------------------------------------------- Résumé (Français et/ou Anglais) : L’objectif de cette étude est d'analyser numériquement, par la méthode des éléments finis, le comportement en rupture des matériaux à gradient des propriétés (FGM), sollicités sous chargement mécanique et thermique. Dans ce travail de thèse, plusieurs méthodes numériques ont été proposées afin de déterminer l’évolution des FICs en mode mixte. A cet effet, des exemples d’applications suffisamment variés ont été testés et comparés, en se basant sur l’approche locale. Une technique basée sur la corrélation de déplacement dite « GDC » a été proposée et validée pour le cas des matériaux FGM. Les propriétés mécaniques des structures en FGM sont déclarées à l’aide d’un sous-programme implémenté dans le code par éléments finis ANSYS. Ce programme permet de localiser les coordonnées du centre de gravité de chaque élément du maillage et de calculer ensuite les propriétés mécaniques élastiques à partir des lois de mélange des matériaux FGM. Le deuxième objectif de ce travail est de présenter des aspects numériques liés à l’implémentation de la méthode d’intégrale d’interaction pour le but de déterminer les FICs par l’approche globale. Le présent développement numérique est basé sur le couplage des codes de calcul Ansys-Matlab. L’exactitude et la fiabilité de la démarche sont validés ; les résultats obtenus sont comparés avec d’autres travaux numériques existent dans la littérature. ----------------------------------------------------------------------------------- The objective of this study is to numerically analyze, by the finite element method, the fracture behaviour of Functionally Graded Materials (FGM), under mechanical and thermal loadings. In this thesis work, several numerical methods have been proposed in order to determine the evolution of SIFs under mixed mode conditions. To this end, sufficiently varied examples of applications were tested and compared, based on the local approach. A technique based on the displacement correlation called “GDC” has been proposed and validated for the case of FGM materials. The mechanical properties of structures in FGM are declared using a subroutine implemented in the ANSYS finite element code. This program makes it possible to locate the coordinates of the gravity center for each element of the mesh and then to calculate the elastic mechanical properties from the mixing laws of FGM materials. The second objective of this work is to present numerical aspects related to the implementation of the interaction integral method for the purpose of determining the SIFs by the global approach. This numerical development is based on the coupling of Ansys-Matlab calculation codes. The accuracy and reliability of the approach are validated; the results obtained are compared with other numerical works used in the literature.
Optimisation de performance thermique et dynamique d’un capteur solaire
(2021-07-07) ZINA Boucif; Encadreur: BENAMARA Nabil; Co-Encadreur: LAOUEDJ Samir
Résumé (Français et/ou Anglais) : Le capteur solaire à air est utilisé pour augmenter la température de l'air en absorbant de l'énergie solaire, son rendement thermique est généralement faible en raison du faible coefficient de convection entre la plaque chauffant et l'air qui entre dans la conduite à cause de la génération d'une sous-couche visqueuse sur la plaque chauffant agissant comme couche résistante au transfert de chaleur. Par conséquent, pour augmenter le coefficient de transfert de chaleur donc amélioration de l'efficacité thermique, des diverses méthodes ont été utilisées dans le but de casser la sous-couche (visqueuse) laminaire de manière à créer des turbulences dans la zone de transfert de chaleur. La méthode la plus efficace pour l’amélioration du rendement consiste à créer une rugosité artificielle sous la plaque d'absorption afin de créer des turbulences dans l’écoulement de l’air à chauffer. En effet, ce travail de thèse porte sur une étude numérique bidimensionnelle réalisée à l'aide de la dynamique des fluides computationnels (CFD) dans le but d’analyser et améliorer le rendement thermique et dynamique d’un capteur solaire à air par l’utilisation d’une nouvelle géométrie de rugosité artificielle de type nervure transversale , celui-ci dépend de la découverte de l’influence des différents paramètres géométriques et des paramètres de fonctionnement. Donc, des nervures installées au-dessous de la plaque d'absorption sont sous forme d’un triangulaire à un coin supérieur semi-circulaire à investiguer. En outre, les résultats des performances thermohydrauliques de cette thèse ont été analysés et comparés à des conduites lisses pour bien choisir la conception optimale. The solar air collector is used to increase the air temperature by absorbing the heat from solar energy. The thermal efficiency of the solar air heater is generally low due to the low heat transfer coefficient between the absorber plate and the air int to the duct due to the formation of the laminar sub-layer on the absorber plate to increase the heat transfer coefficient and thermal efficiency, various methods have been used for breaking the laminar sub-layer to create turbulence in the heat transfer area and increasing the heat transfer coefficient, The best method for improving the heat transfer is to create an artificial roughness under the absorber plate to create turbulence for separation and reattachment of the laminar sub-layer. In this thesis work focuses on a numerical study on two-dimensional using computational fluid dynamics (CFD) to improve the thermal and dynamic performance of collector by using new cross-rib type artificial roughness geometry, and to predict the influence of different turbulence promoter geometry and operating parameters on heat transfer and pressure drop. The shape of the ribs installed along the absorption plate is triangular with a semi-circular upper corner are investigated The thermohydraulic performance results of this thesis have been analyzed and compared to smooth ducts to select the optimal design.
Analyse du comportement thermomécanique des matériaux composés : type FGM, Bimatériaux, matériaux composites
(2021-07-08) ZAOUI Bouchra; Encadreur: BELHOUARI Mohamed; Co-Encadreur: SERIER Boualem
Résumé (Français et/ou Anglais) : RESUME Les matériaux composés présentent un intérêt particulier pour l’industrie, ils se substituent de plus en plus aux matériaux traditionnels homogènes dans la plupart des applications industrielles. Pour améliorer les propriétés mécaniques de résistance d’un matériau (matrice) on est emmené à le renforcer par des matériaux de fortes rigidités sous forme de fibres ou de particules (renfort). Ce renfort s’effectue à des températures relativement élevées. Le refroidissement de la liaison fibre-matrice de propriétés physiques différentes conduit à la naissance dans ces deux protagonistes des contraintes résiduelles. D’autres parts, pour profiter au maximum des propriétés mécaniques et physiques diamétralement opposées des céramiques et des métaux, on est amené à les assembler. L’élaboration de cet assemblage (bimatériau) à des températures élevées, induit dans le métal et la céramique prés de leur interface des contraintes internes. Ajoutées aux contraintes de mise en service de plus en plus sévères, ces contraintes sont généralement responsables du dommage prématuré des matériaux composés de types composites et bimatériaux. Ce comportement limite l’utilisation de ces matériaux dans des industries stratégiques. Ainsi, l’analyse de ces contraintes est d’une grande utilité industrielle. Cette étude rentre dans ce contexte et vise à contribuer à la modélisation numérique par la MEF de l’endommagement par fissuration des matériaux composés élaborés à de hautes températures. L’objectif visé est la prédiction numérique de la taille de la zone affectée par ces contraintes. Cette zone est analysée en termes de variation des critères de propagation de fissures. Les matériaux utilisés dans cette étude sont essentiellement les bimatériaux types céramique-métal et céramique-céramique ainsi que les matériaux composites à matrices métalliques. Les résultats obtenus montrent que le mode de propagation des fissures est étroitement lié aux contraintes résiduelles induites près de l’interface. La superposition des contraintes de mise en service aux contraintes résiduelles constitue un risque d’instabilité des fissures en modes I, II et III. Cette analyse a été faite en termes de variation du facteur d’intensité de contraintes, en approche élastique, et d’intégrale J en approche élastoplastique. Une analyse expérimentale, menée sur les bimatériaux type céramique-métal, montre que la résistance mécanique à la traction de la céramique liée au métal a chuté de cinq fois et la ténacité en mode I de la céramique de 50%. Cette dégradation des propriétés est essentiellement due à l’interaction interface-matériaux. La profondeur de la zone endommagée de la céramique déterminée expérimentalement par microscopie électronique à balayage est en très bon accord avec celle obtenue numériquement. La simulation numérique par la MEF permet une bonne prédiction de l’étendue du dommage de la céramique liée au métal. En approche élastoplastique, la profondeur de la zone affectée par la présence des contraintes résiduelles est nettement plus faible que celle résultante de l’approche élastique et ce quelle que soit la nature du bimatériau. L’interposition de joints métalliques, ou de FGM entre la céramique et le métal conduit à une forte relaxation des contraintes thermiques d’élaboration et à la disparition entière de la zone de dommage de la céramique. Une absence totale de l’interaction interface-céramique est observée. Abstract Composed materials are of particular interest to industry; they are increasingly replacing traditional homogeneous materials in most industrial applications. To improve the mechanical strength properties of a material (matrix), it is necessary to reinforce it with high stiffness materials in the form of fibers or particles (reinforcement). This reinforcement takes place at relatively high temperatures. The cooling of the fiber-matrix link with different physical properties leads to the birth of residual stresses in these two protagonists. On the other hand, to make the most of the diametrically opposed mechanical and physical properties of ceramics and metals, we have to assemble them. The elaboration of this assembly (bimaterial) at high temperatures induces internal stresses in the metal and the ceramic near their interface. Added to the increasingly severe commissioning constraints, these constraints are generally responsible for the premature damage of composed materials (composite and bimaterial types). This behavior limits the use of these materials in strategic industries. Thus, the analysis of these constraints is of great industrial utility. This study fits into this context and aims to contribute to the numerical modeling by FEM of the cracking damage of composed materials produced at high temperatures. The objective is the numerical prediction of the weakened zone size by these constraints. This zone is analyzed in terms of variation of the crack propagation criteria. The materials used in this study are essentially bimaterials type ceramic-metal and ceramic-ceramic as well as composite materials with metallic matrix. The results obtained show that the crack propagation mode is closely related to the residual stresses induced near the interface. The superposition of the commissioning stresses on the residual stresses constitutes a risk of cracks instability in modes I, II and III. This analysis was done in terms of variation of the stress intensity factor, in elastic approach, and integral J in elastoplastic approach. An experimental analysis, carried out on ceramic-metal bimaterials, shows that the mechanical tensile strength of the ceramic bonded to the metal has dropped by five times and the mode I toughness of the ceramic by 50%. This degradation of properties is mainly due to the interface-materials interaction. In the case of elastic-plastic behaviour of the structure, it has been shown that the simulation results are coherent with the experimental findings. This indicates that FEM allows an accurate prediction and estimation of the weakening effect of residual stresses on the bonding interface of Alumina. In elastoplastic approach, the depth of the weakened zone affected by the presence of residual stress is significantly lower than that resulting from the elastic approach regardless of the bimaterials nature. The interposition of metallic joint, or of FGM between the ceramic and the metal leads to a strong relaxation of the residual stresses and to the complete disappearance of the weakened zone of the ceramic. A complete absence of the interface-ceramic interaction is observed.
Endommagement dans les plaques entaillées en FGM
(2021-07-13) HOUARI Amin; Encadreur: BOUCHIKHI Aboubakar Seddik; Co-Encadreur: MOKHTARI MOHAMED
الملخص(بالعربية) يهدف عملنا إلى استخدام طريقة جديدة لشبكة العناصر المنتهية من أجل تحليل السلوك اللاخطي لصفيحة مواد متدرجة وظيفيا ذات ثقب دائري. أولا تتمثل خاصية هذه الطريقة في الحصول على تدرج لثلاث أبعاد بالنسبة لخصائص هذه المادة المركبة من مادتين أو حتى ثلاثة مواد، وثانيًا، لأشكال هندسية مختلفة. ومن أجل تسهيل حسابات خصائص الفعالة للمواد المتدرجة وظيفيا (التيتانيوم/بوريد التيتانيوم) بالنسبة لهذه الطريقة، تطرقنا لإنشاء برمجية عددية في برنامج متلاب، حيث تعد هذه الشبكة للعناصر المنتهية أكثر حساسية في استعمالها، ومن هنا تأتي استراتيجية خاصة لاستعمال شبكة العناصر المحدودة المقترحة من أجل تحسين دقة وتقارب النتائج في أقل وقت في الحساب. كما تم تطوير وتنفيذ في الطريقة الثانية برنامج فرعي يعرف سلوك المواد عن طريق المستخدم لكي يدمج داخل برنامج المحاكات أباكوس، من أجل دراسة سلوك الكلي لمواد المتدرجة وظيفيا (التيتانيوم/بوريد التيتانيوم). نفترض أن سلوك في منطقة التشوه الدائم للمواد متدرجة الوظائف (التيتانيوم/بوريد التيتانيوم) تخضع لنظرية تدفق الإجهاد المكافئ لفون ميسس مع متغير تصلب في شكل تزايدي. كما تطرقنا في تطوير الصيغة الإضافية للعلاقة التأسيسية المرنة للتنبؤ بظل استجابة الهيكل للتحميل. بالإضافة إلى ذلك، استخدامنا نموذج تجانس المواد (تامورا-توموتا-أوزاوا) لكل من طريقة برنامج فرعي وطريقة شبكة للعناصر المنتهية لتحديد الخصائص البلاستيكية للمواد متدرجة وظيفيا (التيتانيوم/بوريد التيتانيوم)، ثم أجرينا مقارنة بين الطريقتين في شكل منحنيات إزاحة-القوة من أجل إظهار كفاءة تقنيتنا المقترحة بالتقنية البرنامج الفرعي المعتاد للمستخدم. أما بالنسبة للضرر، فإن استخدام تقنية تمديد العناصر المنتهية في طريقة شبكة العناصر المنتهية جاءت بميزة فصل الهيكل بعد تقدم طول الشق. ومن ناحية أخرى، بالنسبة لتقنية الثانية، استخدامنا نموذج الضرر المستمر حيث تبقى العناصر المنتهية تالفة متصلة بالهيكل. كما سلطنا الضوء على مسار الشق وكذلك سرعة انتشاره تحت تأثير الأس الحجمي مواد متدرجة وظيفيا (التيتانيوم/ بوريد التيتانيوم). كما تم التحقق من صحة النموذجين المستخدمين في هذه الدراسة مع الدراسة التحليلية لنموذج التجانس (تامورا-توموتا-أوزاوا) وكذلك تجريبياً بطريقة اختبارات الشد Résumé (Français) : Notre travail vise à l’utilisation d’une nouvelle méthode de maillage (UMM) proposée pour analyser le comportement non linéaire d'une plaque trouée en FGM. L'avantage de cette méthode est d’avoir la variation des propriétés de ce matériau en trois dimensions pour deux ou même trois constituants et, deuxièmement, pour différentes formes géométriques. Cette méthode nécessite d'établir un programme en MATLAB pour faciliter les calculs des propriétés effectives du FGM (Ti/TiB). Notre technique proposée, la dite UMM est plus sensible au maillage, d’où la stratégie d’adaptation d’un maillage piloté afin d’améliorer la précision et la convergence des résultats sous un temps de calcul minimal. Une deuxième méthode de sous-programme (UMAT) défini par l'utilisateur est développée et implémenté dans le code de calcul ABAQUS, cela pour étudier le comportement élastoplastique couplée à l’endommagement de la plaque trouée en FGM (Ti/TiB). Le comportement élastoplastique de FGM (Ti/TiB) est régi par la théorie d’écoulement de contraintes équivalente de von Mises avec une variable de durcissement sous forme incrémentale. Cette formulation incrémentale de la relation constitutive élastoplastique est développée pour prédire la tangente de la réponse de structure au chargement. De plus, pour déterminer les propriétés plastique de FGM (Ti/TiB), le modèle de TTO a été utilisé à la fois pour les deux méthodes UMAT et UMM. Une comparaison entre les deux méthodes a eu lieu sous forme de courbes charge-déplacement afin de présenter l’efficacité de notre technique par rapport à la technique UMAT habituelle utilisée. Cependant, pour l’endommagement, l’utilisation de la technique XFEM dans notre méthode UMM a montrée son avantage dans la séparation de la structure après l’amorçage de fissure. D’autre part, pour la technique UMAT, on utilise le CDM, où les éléments endommagés restent attachés à la structure. Le chemin de fissure ainsi que sa vitesse de propagation sous l’effet de l’exposant de fraction de volume de la FGM (Ti/TiB) a été mis en évidence. Les deux modèles utilisés dans cette étude (UMM et UMAT) ont été validés analytiquement par le modèle TTO et expérimentalement par les essais de traction. Résumé (Anglais): Our work aims to use a new mesh method (UMM) to analyze the nonlinear behavior of an FGM plate with central hole. The advantage in this method is to have the variation of the properties of this material in three dimensions for two or even three constituents and, secondly, for different geometric shapes. This method requires establishing a program in MATLAB to facilitate the calculations of the effective properties of FGM (Ti/TiB). Our proposed technique, the so-called UMM, is more sensitive to the mesh, hence the strategy of adapting a driven mesh in order to improve the accuracy and convergence of the results under minimal computation time. A second user-defined subroutine (UMAT) method is developed and implemented in the ABAQUS computer code, to study the elastoplastic behavior coupled with the damage of the perforated FGM plate (Ti/TiB). The elastoplastic behavior of FGM (Ti/TiB) is assumed to follow von Mises equivalent stress flow theory with a hardening variable in incremental form. This incremental formulation of the constitutive elastoplastic relation is developed to predict the tangent of the response of structure to the loading. In addition, to determine the plastic properties of FGM (Ti/TiB), the TTO model was used for both the UMAT and UMM methods. A comparison between the two methods was made in the form of load-displacement curves in order to present the efficiency of our technique compared to the usual technique UMAT. However, for damage, the use of the XFEM technique in our UMM method has shown its advantage in separating the structure after crack initiation. On the other hand, for the UMAT technique, CDM is used, where damaged elements remain attached to the structure. The crack path as well as its propagation speed under the effect of the volume fraction exponent of FGM (Ti/TiB) has been demonstrated. The two models used in this study (UMM and UMAT) were validated analytically by the TTO model and experimentally by tensile tests.
Simulation numérique de la propagation de fissures dans les matériaux à gradient fonctionnel
(2021-11-29) CHAFI Meriem Asmaa; Encadreur: BOULENOUAR Abdelkader
الملخص إن وجود الشقوق داخل المواد ذات التدرج الوظيفي يشكل عائقا للتنبؤ بمسار توسع هذه الشقوق عن طريق المحاكاة الرقمية. إذا كان الحمل المطبق أو شكل العينة غير متناظرين بالنسبة لمحور الشق، يكون الانكسار عن طريق الوضع المختلط (1+2). لذلك، من الضروري استخدام معايير التصدع لتحديد مسار نمو الشقوق. يرتكز الهدف الأساسي لهذه الأطروحة على دراسة رقمية عن طريق محاكاة مسار الشقوق في المواد ذات التدرج الوظيفي، وهذا تحت تأثير الحمل المطبق ميكانيكيا و ميكانيكيا-حراريا في الوضع المختلط (1+2) لميكانيكا التصدع. لهذا الغرض، تم خصيصا تطوير برامج رقمية ثم دمجها في برنامج حساب بطريقة العناصر المتناهية. في الأخير، تم الأخذ بعين الاعتبار العوامل المؤثرة في سلوك الشقوق و نموها داخل هذا النوع من المواد. Résumé : La présence de fissures dans les matériaux à gradient fonctionnel (FGM) pose le problème du trajet de fissuration lors de la simulation de la propagation. Lorsque qu’il n’y a pas de symétrie de chargement ou de la géométrie par rapport à l’axe de la fissure, cette dernière ne se propage pas de façon rectiligne et la rupture se produit en mode mixte. Il faut alors utiliser des critères de bifurcation afin de déterminer la nouvelle orientation du trajet de fissuration L’objectif principal de ce travail est axé sur une étude numérique de la propagation de fissures dans les matériaux FGM sous les conditions de chargement mécanique et thermique en mode mixte. Des programmes numériques seront conçus spécialement et seront par la suite intégrés dans un code de calcul par éléments finis. Enfin, l’influence des différents paramètres sur le processus de propagation de fissure sera prise en considération. Abstract : The presence of cracks in functionally graded materials (FGM) can be problematic to predict numerically the crack path trajectory. When the loading or the geometry of the specimen are not symmetrical to the crack axis, the fracture occurs under mixed mode loading conditions. Therefore, it is necessary to use fracture criteria’s to determine the crack growth direction. The main purpose of this study is focused on a numerical simulation of crack path trajectory of FGM materials under mechanical and thermomechanical mixed mode loading. To this end, numerical programs are developed and integrated into a finite element code. Finally, the influence of different parameters on the crack behavior is considered.