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

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Modélisation par éléments finis du comportement en rupture des coques métalliques renforcées par un matériau composite
(2012-10-20) SAHNOUN Mohamed; Encadreur: OUINAS Djamel; Co-Encadreur: BELHOUARI Mohamed
Résumé Récemment, l'utilisation des adhésifs est acceptée comme un processus de réparation des structures pour augmenter la durée de vie des composants endommagés. Le patch permet la redistribution alternative de contraintes; ainsi, la distribution de contraintes originales est transférée au renfort par attachement. La durée vie de fatigue et les contraintes résiduelles de la tôle réparée dépendent de l’efficacité de l'attachement. L'avantage principal de l’adhésif sur les autres méthodes d'attachement telles que les rivets ou les boulons, entraîne une distribution plus uniforme de la charge par une réduction maximale des concentrations de contraintes. Notre étude porte sur la méthode de réparation en employant des pièces semi-circulaires, adhésivement collées sur une plaque fissurée à l’extrémité de la plaque. La méthode des éléments finis est utilisée pour analyser le comportement d’une fissure au bord réparée par un renfort en composite. La connaissance de la distribution des contraintes au voisinage des fissures a une importance pour leur analyse en fonction de la géométrie du patch. Les effets des propriétés mécaniques et géométriques du patch sur la variation du FIC à la pointe de la fissure avec et sans présence du décollement en mode I ont été mis en évidence. Une étude comparative du comportement d’une fissure émanant de deux types d’entaille (circulaire et semi-circulaire latérale) dans des structures de à simple et double chevauchement. On fait la comparaison entre les différents matériaux des substrats. Le chargement excentrique peut aboutir aux fléchissements de l’assemblage à simple recouvrement et les variations de contraintes locales près des fins de la région de chevauchement sont caractérisées par de hauts gradients. Une intéressante étude réalisée entre les défauts géométriques de surface et l’orientation des fibres de plaque stratifiée ainsi que les propriétés mécaniques du matériau pour résister à la naissance de fissure. Nous étudierons la répartition des contraintes et la variation du facteur de concentration de contraintes au fond d’une entaille circulaire dans une plaque et dans une coque circulaire de rayon R dans la seconde partie. Le stratifié est constitué de plusieurs plis orientés dans l’ordre de séquence . Les résultats obtenus montrent que la bonne orientation des fibres possédant les hautes propriétés mécaniques par rapport à l’avancée de la fissure influe d’une manière considérable sur la réduction du FIC. Pour le boron/époxy de fibre 0° en y-direction par rapport à un patch de fibres en x-direction est de l’ordre 50%. Les propriétés adhésives doivent être optimisées pour augmenter la performance de la réparation de pièce par le renfort. La réduction du FIC prend de l’importance lorsque l’épaisseur de l’adhésif diminue. Un comportement inverse se produit pour une épaisseur importante du patch, l’augmentation de celle-ci diminue l’effet négatif du décollement. Les résultats obtenus montrent que la réduction du FIC augmente avec l’augmentation de l’épaisseur du patch pour des hauteurs de disbond supérieures à la taille de la fissure. Un comportement inverse se produit lorsque la longueur de la fissure dépasse la hauteur de FW disbond. Lorsqu’une hauteur du FW disbond est supérieure à la longueur de la fissure , la réduction du patch dépasse 50% lorsque l’épaisseur du patch est supérieure à 1mm. Mots clés : Décollement, Patch en composite, Fissure, Facteur d’intensité de contraintes, Stratifié, MEF Abstract Recently, the use of adhesives is accepted as a repair process structures to increase the service life of damaged components. The patch enables the redistribution of alternative stress, so the original stress distribution is transferred to the reinforcement by attachment. The duration of fatigue life and residual stress of the plate repaired on the efficiency of attachment. The main advantage of the adhesive over other methods of attachment such as rivets or bolts, resulting in more uniform distribution of load by minimizing stress concentrations. Our study focuses on the repair method employing semi-circular pieces, adhesively bonded to a cracked plate at the plate end. The finite element method is used to analyze the behavior of a crack along a repaired composite reinforcement. Knowing the stress distribution in the cracks vicinity has importance for the analysis based on the patch geometry. The effects of mechanical and geometrical properties of the patch on the variation of SIF at the crack tip with and without the presence of delamination in mode I have been highlighted. A comparative study of the behavior of a crack emanating from two types of notch (circular and semicircular side) in structures with single and double overlap. Comparison is made between the different materials of the substrates. The eccentric loading can lead to downturns in the assembly simple recovery and changes in local stresses near the ends of the overlap region are characterized by high gradients An interesting study carried out between the geometrical surface defects and fiber orientation of laminated plate and the mechanical properties of the material to resist the rise of crack. We will study the stress distribution and variation of the stress concentration factor at the circular notch root in a plate and a circular shell of radius R in the second part. The laminate consists of several layers oriented in the order of sequence The results obtained show that the correct orientation of the fibers with high mechanical properties compared to the advance of the crack affects a considerable way in reducing the FIC. For boron/epoxy 0 ° fiber in y-direction with respect to a patch fiber in x-direction is about 50%. The adhesive properties must be optimized to increase the performance of the repair part of the reinforcement. SIF reduction becomes important when the adhesive thickness decreases. An opposite behavior occurs for a large patch thickness, increasing it decreases the negative effect of detachment. The results show that reducing the SIF increases with increasing the pach thickness for heights disbond greater than the crack size. An opposite behavior occurs when the crack length exceeds the height of FW disbond. When the height disbond FW is greater than the crack length, the reduction of patch exceeds 50% when the patch thickness is greater than 1 mm. Keywords : Disbond, composite patch, crack, stress intensity factor, laminate, FEM.
ETUDE DE COMPORTEMENT EN RUPTURE DES PROTHESES TOTALE DE HANCHE DE TYPE SPACER
(2018-10-11) SALAH HICHEM; Encadreur: BOUZIANE Mohammed Mokhtar; Co-encadreur: BACHIR BOUIADJRA Bel abbes
Résumé (Français) : La conception des PTH est un processus complexe qui nécessite une coopération entre les ingénieurs et les chirurgiens. Les concepteurs de systèmes implantaires doivent faire face aux problèmes biomatériaux et biomécaniques, y compris les forces in vivo sur les implants et la transmission de la charge à l'interface. Les spacers en ciment sont de plus en plus utilisés. Dans cette étude, la méthode tridimensionnelle des éléments finis (FEM) est utilisée pour analyser le comportement mécanique du spacer renforcé du ciment osseux (PMMA) en calculant la contrainte maximale. L'un des facteurs le plus important dans la conception de renforcement est de réduire les contraintes sur le ciment osseux et le fémur. La conception expérimentale a été utilisée pour optimiser les propriétés mécaniques des composants. Le XFEM est également utilisé pour analyser le comportement à la rupture des prothèses renforcées par des tiges pleines en titane, en céramique et en acier inoxydable. Les matériaux sons considérés élastique, linéaire. La contrainte de von Mises et le facteur d'intensité de contrainte le long du fond de fissure sont les valeurs qui posent problème. De plus, la méthode des éléments finis est utilisée pour simuler l'amorçage et la propagation de la fissure dans le spacer de ciment non renforcé. Cette analyse nous permet de déterminer l'effet du matériau sur les performances des prothèses renforcées. On peut ainsi aider les concepteurs à améliorer la qualité et la durabilité des prothèses. Résumé (Anglais) : The design of hip joint prostheses is a complex process that requires close co-operation between engineers and surgeons. The designers of implant systems must confront biomaterial and biomechanical problems, including in vivo forces on implants, load transmission to the interface, and interfacial tissue response. Cement spacers are being increasingly used for revision arthroplasty. In this study, a three-dimensional finite elements method (FEM) is used to analyse the mechanical behaviour of the reinforced spacer out of the bone cement (PMMA) by computing the maximum stress. One of the most important factors in the reinforce design is to reduce stresses on the bone cement and the femur. The finite element stress technique and experimental design have been used to optimize the mechanical proprieties of the components of artificial hip spacer. The FEM is also used to analyze the fracture behavior of the spacers reinforced with titanium, ceramic and stainless steel full stems. Linear elastic analysis is adapted; von Mises stress and stress intensity factor along the crack tip are the values that are of concern. In addition, the extended finite element Method is used for simulating the crack initiation and propagation in the non-reinforced cement spacer. This analysis permits us to determine the effect of material on the reinforced spacer performances. One can thus help the spacer designers to improve the prostheses quality and durability.
Effets des adhésifs viscoélastiques et viscoplastiques sur le comportement en rupture des assemblages collés.
(2015-12-08) SALEM Mokadem; Encadreur: BACHIR BOUIADJRA Bel Abbés
Résumé (Français) : L’objectif de ce travail porte sur une analyse numérique par la méthode des éléments finis tridimensionnelle, de la réparation des fissures par simple patch en composite et renforcé par raidisseur. L’effet de l’épaisseur de la plaque, du raidisseur, du patch, de l’adhésif et de linter-distance entre patch et raidisseur était pris en considération dans un premier temps, sur la performance de la réparation d’une structure fissurée. Les résultats montrent que le renforcement réduit le facteur d’intensité de contrainte. Les propriétés mécaniques et géométriques du substrat, de l’adhésif ainsi que le patch sont mises en évidence sur les variations du facteur d’intensité de contrainte en pointe de fissure. Une approche énergétique, de la mécanique non linéaire de la rupture fondée sur l’intégrale J de Rice, est utilisée pour décrire le comportement des fissures réparées par patch en composite. Une étude comparative en comportement viscoélastique et viscoplastique concernant la distribution de contraintes dans la couche adhésive a été menée.
Etude de la propagation de fissures sous chargement thermomécanique
(2020-12-30) SALMI ABDALLAH; Encadreur: ELAJRAMI Mohamed
Résumé (Français) : L’objectif de cette étude est d’analyser par la méthode des éléments finis la propagation de fissures dans une plaque en alliages d'aluminium 2024-T3 sous l’effet d’un chargement mécanique couplé à des conditions environnementales (température). Les travaux réalisés ont été subdivisés en trois grandes parties : Une première partie a été consacrée au suivi de l’évolution de déplacements et de déformations sous l’effet d’un chargement thermomécanique. La deuxième partie a été réservée à l’étude de l’effet des contraintes résiduelles sur la propagation de fissures de fatigue, les résultats obtenus montrent que les contraintes résiduelles ont un effet bénéfique sur la réduction du chargement résultant en pointe de fissure ce qui conduit à un retard signifiant de propagation, l’effet de la température sur la relaxation des contraintes résiduelles a été ainsi mis en évidence. Dans la troisième partie, la technique de réparation des structures fissurées par patch en composite a été utilisée, les valeurs de l’intégrale J en fonction de la longueur de la fissure pour différentes contraintes appliquées et différentes températures allant de -20 à 100°C ont été illustrées. Les résultats montrent clairement que cette technique permet d’améliorer la durée de vie en fatigue d’une structure fissurée. Résumé (Anglais): The objective of this study is to analyze by the finite element method the crack propagation in a 2024-T3 aluminum alloy plate under the effect of mechanical loading coupled with environmental conditions (temperature). The work carried out was divided into three main parts: A first part was devoted to monitoring the evolution of displacements and deformations under the effect of a thermo-mechanical loading. The second part was reserved for the study of the effect of residual stresses on the propagation of fatigue cracks, the results obtained show that residual stresses have a beneficial effect on the reduction of the resulting loading at the crack point which leads to a significant delay in propagation, the effect of temperature on the relaxation of residual stresses was thus highlighted. In the third part, the composite patch repair technique for cracked structures was used; the values of the J integral as a function of crack length for different applied stresses and temperatures ranging from -20 to 100°C were illustrated. The results clearly show that this technique can improve the fatigue life of a cracked structure.
Contribution à la modélisation et à la commande d'un drone miniature
(2019-02-28) SATLA Zouaoui; Encadreur: ELAJRAMI Mohamed
Résumé (Français et/ou Anglais) : Abstract : The quadrotor is a flying robot. It belongs to the Multirotors family. The quadrotor has several characteristics (mechanical structure of reduced size, reduced weight, agility, vertical takeoff and landing), which gives several advantages over other types of flying robots. However, despite all the advantages, the quadrotor has a dynamic model that is strongly non linear and fully coupled, hence the requirement of a robust and stable control. This thesis is about modeling and controlling flying robots, specifically a quadrotor. The main objective of the present work is to design a mathematical model to estimate the behavior of flying robots with four motors (quadcopters) controlled by three algorithms; P depends on the present errors; I on the accumulation of past errors, and D a prediction of future errors (PID controller design) with simple strategy. In this regard, a governing equation of motion based on Newton Euler's formularies for rigid body dynamics is presented. In order to design the control algorithm some assumptions are made such as the ignorance of the blade flapping, surrounding fluid velocities. This exclusion of parameters makes the model flexible, simple, and allows the control to be more efficiency and easy to designed without the need of expensive computation. The simulation studies are carried out using MATLAB program. Résumé : Le quadrotor est un robot volant faisant partie de la famille des multirotors. Il possède plusieurs caractéristiques (une structure de taille réduite, faible poids, agilité, décollage et atterrissage vertical) qui lui offrent plusieurs avantages par rapport à d’autres types de robots volants. Mais malgré tous ses avantages, le quadrotor possède une dynamique fortement non linéaire et pleinement couplée, d’où la nécessité d’une commande robuste et stable. Cette thèse porte donc sur la modélisation et la commande de robot volant de type quadrotor. L'objectif principal du présent travail est de concevoir un modèle mathématique pour estimer le comportement des robots volants à quatre moteurs (quadcoptères) contrôlés par trois algorithmes; P dépend des erreurs présentes; I sur l'accumulation des erreurs passées, et D une prédiction des erreurs futures (conception du contrôleur PID) avec une stratégie simple. À cet égard, une équation régissant le mouvement basé sur les formulaires de Newton Euler pour la dynamique du corps rigide est présentée. Afin de concevoir l'algorithme de contrôle certaines hypothèses sont faites telles que l'ignorance du battement de la lame, les vitesses du fluide environnantes. Cette exclusion des paramètres rend le modèle flexible, simple et permet au contrôle d'être plus efficace et facile à concevoir sans avoir besoin de calculs coûteux. Les études de simulation sont réalisées à l'aide du programme MATLAB.