Dissertations / Theses on the topic 'Génie mécanique'

Dans ce manuscrit, nous présentons quatre algorithmes destinés à tirer partie des avantages des architectures hétérogènes. Chacun d'entre eux est basé sur l'utilisation de matériel le plus récent à la période à laquelle la recherche a été conduite. En premier, nous décrivons un algorithme pour une visualisation de qualité de surfaces paramétriques. Ceci est très utile dans un environnement CAO où une représentation précise est importante pour permettre une validation visuelle de la qualité d'un modèle d'objet. Ensuite, nous décrivons une simulation d'écoulement à surface libre de vagues en utilisant un schéma numérique récent et performant. L'accélération apportée par notre implémentation produit un gain de performances correspondant d'un facteur 40 comparativement à une version de référence optimisée. Notre implémentation comporte une simulation temps réel et une visualisation d'effets non-linéaires semi-réalistes de vagues. Finalement, nous présentons deux algorithmes appliqués à la simplifications de formes 3D d'objets. Les algorithmes sont destinés à réduire le temps de préparation de modèles éléments _nis. Une analyse par éléments finis est une étape importante pour caractériser les propriétés mécaniques de composants préalablement à leur fabrication. Une telle analyse peut être utilisée pour étudier un comportement thermique et évaluer les forces et les faiblesses de composants réels. Avant que cette analyse puisse être conduite, les modèles doivent subir une phase de préparation où la phase de simpli_cation de forme joue un rôle important. Le premier de ces deux travaux que nous décrivons est un algorithme hybride de simplification de formes, utilisant une carte graphique pour les calculs les plus intensifs et le processeur central pour assurer la cohérence de la structure de données. Le second travail décrit un algorithme de simplification de formes particulièrement adapté à des architectures hétérogènes et son implémentation sur une architecture cellulaire de type 'Cell BE'
Four algorithms are proposed to take advantage of heteregeneous architectures. The first one addresses the visualization of the quality of CAD surfaces to validate visually the model quality. Then, fluid flow simulation of waves in shallow water is described based on an efficient numerical scheme. Our implementation produces a performance increase of a factor 40 compared to an optimized version. Finally, two algoritms focus on the simplifaication of 3D object shapes to reduce the preparation time to finite element models. The first one is a hybrid algorithm f shape simplification, using a graphics board for the most intensive computations and the main processor to ensure the consistency of the data structures. The second one describes a shape simplification algorithm adapted to heterogeneous architectures and its implementation using a cellular architecture of type 'Cell BE'

Ce travail de recherche porte sur la détermination de l'amélioration des propriétés mécaniques des sols injectés par des coulis de ciment ultra-fin par rapport à celles des sols vierges de tout traitement. On s'intéresse plus particulièrement au comportement de ces matériaux dans le domaine des très petites et petites déformations. Un dispositif expérimental par propagation d'ondes de cisaillement, les "bender elements", a été installé dans une cellule triaxiale conventionnelle. Il a permis de suivre l'évolution du module de cisaillement Gmax d'échantillons de sols vierges ou injectés en laboratoire sur des chemins de compression isotrope ou de cisaillements drainés
This study aims at determining the improvement of the mechanical properties of soils injected with microfine cements grouts in comparison with those of the uncemented natural soils. We are more especially interested in the behavior of such grouted soils in the very small and small strain domain. An experimental device based on shear wave propagation, the "bender elements" transducers, was set up in a conventional triaxial cell

Une série d'essais mécaniques en cisaillement sur des répliques en mortier d'une fracture rocheuse (Flamand, 2000) a permis de mettre en évidence l'influence de la morphologie sur le comportement mécanique en cisaillement. Partant de ces essais on se propose d'établir un modèle du comportement et de déterminer quels sont les paramètres ou facteurs morphologiques les plus influents sur le comportement. A cette fin une revue bibliographique dans le domaine du comportement mécanique des fractures rocheuses a été réalisée ; il en ressort que les modèles actuels ne permettent pas de modéliser en une seule fois, le comportement sur toute la gamme des déplacements horizontaux. Dans un premier temps, une simulation géostatistique de la surface des épontes rocheuses est effectuée pour calculer, quelle que soit la direction de déplacement relatif des épontes, les valeurs de facteurs morphologiques ; on en retient quatre RL, Z3, 62, Z4. Dans un deuxième temps, un plan d'expériences prenant en compte des facteurs mécaniques (contrainte normale et déplacement horizontal) et les facteurs morphologiques précédents est construit; les résultats qui en découlent sont analysés. Les résultats du plan permettent d'obtenir un modèle de simulation du comportement pour des contraintes normales comprises entre 0 % et 30 % de la résistance en compression du matériau utilisé pour les répliques, pour des déplacements tangentiels compris entre 0 mm et 5 mm, et pour toutes les directions de déplacements horizontaux. Le facteur morphologique Z3 se distingue des autres ; on montre que son influence sur le comportement est très faible. Les facteurs morphologiques (RL, Z4 et 82) influencent de façon significative le comportement mécanique en cisaillement, soit la dilatance, et la contrainte tangentielle. Tenant compte des résultats d'une étude des erreurs de prédiction, une nouvelle série d'essais est proposée respectant une répartition uniforme des niveaux du facteur morphologique 02.

Nous essayons de montrer comment l'esquisse virtuelle peut être une aide pendant les phases avancées de la conception de systèmes mécaniques. Le titre de ce travail mérite des précisions : Le terme "esquisse" doit être rapproché du terme "disegno" qui est né pendant la Renaissance en Italie. La conception de systèmes mécaniques implique la prise en compte du mouvement des pièces. Ce point est celui qui différencie le plus notre travail des autres recherches sur l'esquisse virtuelle. Les phases avancées de conception sont les phases les plus critiques puisque la quasi totalité du coût du produit y est définie. Aider un concepteur dans son travail, c'est essayer de savoir comment il travaille. Nous avons créé un premier prototype qui permet d'effectuer un croquis à main levée en 3D avec retour d'effort. La dynamique utilisée contenant des limitations ; nous avons développé notre dynamique et notre gestion de collision que nous décrirons, ainsi que leur application dans le deuxième prototype

Cette thèse aborde la problématique de la modélisation multiphysique en génie électrique, avec une application à l'étude des vibrations d'origine électromagnétique des cages de développantes. Cette étude comporte quatre parties : la construction de la densité de courant, le calcul des forces locales, le transfert de solutions entre maillages et la résolution des problèmes couplés. Un premier enjeu est de correctement représenter les courants, cette opération est effectuée en deux étapes : la construction de la densité de courant et l'annulation de la divergence. Si des structures complexes sont utilisées, l'imposition du courant ne peut pas toujours être réalisée à l'aide de méthodes analytiques. Une méthode basée sur une résolution électrocinétique ainsi qu'une méthode purement géométrique sont testées. Cette dernière donne des résultats plus proches de la densité de courant réelle. Parmi les nombreuses méthodes de calcul de forces, les méthodes des travaux virtuels et des forces de Laplace, considérées par la littérature comme les plus adaptées au calcul des forces locales, ont été étudiées. Nos travaux ont montré que bien que les forces de Laplace sont particulièrement précises, elles ne sont pas valables si la perméabilité n'est plus homogène. Ainsi, la méthode des travaux virtuels, applicable de manière universelle, est préférée. Afin de modéliser des problèmes multi-physiques complexes à l'aide de plusieurs codes de calculs dédiés, des méthodes de transferts entre maillages non conformes ont été développées. Les procédures d'interpolations, les méthodes localement conservatives et les projections orthogonales sont comparées. Les méthodes d'interpolations sont réputées rapides mais très diffusives tandis que les méthodes de projections sont considérées comme les plus précises. La méthode localement conservative peut être vue comme produisant des résultats comparables aux méthodes de projections, mais évite l'assemblage et la résolution de systèmes linéaires. La modélisation des problèmes multi-physiques est abordée à l'aide des méthodes de transferts de solutions. Pour une classe de problème donnée, l'assemblage d'un schéma de couplage n'est pas unique. Des tests sur des cas analytiques sont réalisés afin de déterminer, pour plusieurs types de couplages, les stratégies les plus appropriées.Ces travaux ont permis une application à la modélisation magnéto-mécanique des cages de développantes est présentée.

L'utilisation d'articulations compliantes permet de réduire le jeu mécanique dans les manipulateurs robotiques. Cependant les particularités de leur comportement qui diffère de celui des articulations conventionnelles ne peuvent pas être prises en compte dans les modèles actuels, ce qui a pour effet de diminuer le gain de précision espéré. Dans cette thèse, une modélisation qui respecte à  la fois des contraintes géométriques et des contraintes statiques entre les variables articulaires est proposée. Elle permet de décrire avec précision le comportement de ces mécanismes compliants, notamment en pouvant considérer plusieurs degrés de liberté par articulation compliante. Les coordonnées généralisées, qui correspondent à  un ensemble minimal de variables articulaires nécessaires pour décrire complètement la configuration du mécanisme, sont utilisées pour calculer la pose de l'effecteur à  partir du modèle géométrique. Ces coordonnées ne sont pas directement fixées par l'utilisateur, mais elles s'ajustent de manière à  ce que l'équilibre statique du mécanisme soit respecté. Elles sont donc fonction d'un certain nombre de paramètres extérieurs que le modèle géométrico-statique proposé peut prendre en compte: la position des actionneurs, les efforts extérieurs appliqués sur le mécanisme et le poids de ses membrures. Du fait de la complexité de certaines équations de ce modèle géométrico-statique, un modèle quasi-statique a également été développé. Ce dernier donne les relations linéaires qui existent entre les variations des paramètres extérieurs et celles de la configuration du mécanisme. Pour obtenir ces relations, la matrice de raideur des mécanismes parallèles compliants a été calculée de façon générale. La formulation de ce modèle quasi-statique est très simple et repose sur deux nouvelles matrices : la matrice de compliance cartésienne et la matrice jacobienne quasi-statique. Cette dernière matrice intègre les effets des déformations du mécanisme sur son comportement cinématique grà¢ce à  une matrice des ratios de transmission du mouvement des actionneurs. Enfin, trois exemples d'applications ont été traités afin de montrer les apports de ces modèles, non seulement leur gain de précision, mais aussi les nouvelles possibilités qu'ils offrent. Désormais les mécanismes parallèles compliants, mais également mécanismes bistables, les mécanismes compliants sous-actionnés et même les mécanismes conventionnels peuvent être modélisés avec les mêmes équations.
The use of compliant joints reduces the mechanical clearance in robotic manipulators. However, the particularities of their behaviour, which differs from that of conventional joints, cannot be taken into account in existing models, which mitigates the expected gain in accuracy. In this thesis, a model satisfying both the kinematic constraints and the static constraints between the joint variables is proposed. It enables to precisely describe the behaviour of a compliant mechanism, notably by allowing the consideration of several degrees of freedom for a single compliant joint. The generalized coordinates, which correspond to a minimal set of joint variables required to completely describe the configuration of the mechanism, are used to calculate the pose of the end-effector in the geometric model. These coordinates are not directly set by the user but adjust themselves such that the static equilibrium of the mechanism is satisfied. Therefore, they are function of some external parameters taken into account in the proposed kinemato-static model: the position of the actuators, the external efforts applied on the mechanism and the weight of its rigid links. Because of the complexity of some equations of this kinemato-static model, a quasi-static model was also developed. The latter gives linear relationships between the variations of the external parameters and the variations of the configuration of the mechanism. To obtain these relationships, the stiffness matrix of compliant parallel mechanisms was derived in a general form. The formulation of this quasi-static model is very simple and uses two new matrices: the Cartesian compliance matrix and the quasi-static Jacobian matrix. The latter matrix integrates the effects of the deformations of the mechanisms in its kinematic behaviour using a matrix of the transmission ratios of the motion of the actuators. Finally, three examples of applications are given in order to illustrate the contributions of these models, not only regarding the gain in precision, but also the novel possibilities they offer. From then on, compliant parallel mechanisms, but also bistable mechanisms, under-actuated compliant mechanisms and even conventional mechanisms can be modeled with the same equations.

La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique de la neige sont deux paramètres essentiels pour effectuer l'analyse numérique du comportement thermique de milieux poreux. Plusieurs mesures de ces paramètres ont été effectuées successivement sur des échantillons de neiges compactées recueillis à l'Université Laval. La mesure de la conductivité thermique a été effectuée selon la méthode du fil chaud. Pour la perméabilité intrinsèque, un perméamètre à air à double mur fût conçu pour des expériences en laboratoire. La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique variaient respectivement de 1.1 x 10-8 à 8.0 x 10-11 m2 et de 0.09 à 0.48 W/mK pour des échantillons de neige ayant des porosités s'étalant entre 0.32 et 0.75. Les résultats se comparent bien avec ceux trouvés dans la littérature. Des modèles de prédiction des propriétés ont été examinés pour chacune des propriétés avec la porosité et le diamètre des grains.

Dans ce mémoire, on traite de problèmes reliés à l’intégration et au pilotage des activités de logistique inversée au sein d’une organisation. Les activités de logistique inversée font référence à la récupération de produits inutilisés ou en fin de cycle de vie, à leur traitement et à la redistribution des matériels réutilisables. Pour illustrer les concepts abordés, un nouveau système organisationnel, qui représente le déroulement des processus opérationnels et l’exploitation des ressources de l’organisation (main-d’œuvre, matériel, équipement, etc.), et une architecture de support d’information ont été proposés pour la situation vécue par un centre de réadaptation. Celui-ci, comme l’ensemble des centres de réadaptation de la province de Québec, se voit désormais confronté à la récupération et au traitement de fauteuils roulants inutilisés de sa clientèle en plus des activités courantes d’attribution et de maintenance. Les concepts développés peuvent non seulement s’étendre aux autres centres de réadaptation, mais également s’appliquer avantageusement à plusieurs applications, autant dans le secteur de production de bien que de service.

La planification des opérations forestières est une tâche complexe. Elle nécessite la prise en compte de plusieurs facteurs et la collaboration des différents intervenants. Plusieurs modèles d’optimisation mathématiques ont été développés pour soutenir les entreprises forestières dans leur processus de prise de décisions. Bien que bénéfiques et utiles, ces modèles demeurent peu implantés dans la pratique. La planification est, généralement, faite d'une manière intuitive basée sur les connaissances et l'expérience des intervenants. Cela amène à supposer que ces modèles ne prennent pas pleinement en considération certains facteurs importants comme la qualité des données et des informations ainsi que leurs disponibilités. Par ailleurs, la gestion des connaissances a été proposée comme assise pour améliorer la performance du processus de planification. En effet, elle permet à l'entreprise de mieux tirer profit des données disponibles pour la planification. L'objectif de ce projet est d'aider les entreprises forestières à intégrer les modèles mathématiques dans leur processus de prise de décisions pour améliorer la qualité des décisions prises. Il s'agit, en effet, de développer un modèle mathématique qui reflète le processus de planification des approvisionnements et qui couvre les besoins d'une entreprise forestière québécoise. Un second objectif consiste à mesurer l'impact d'une meilleure connaissance (précision) des inventaires forestiers sur la qualité des décisions. Une comparaison entre deux modèles d’optimisation existants et une cartographie du processus de planification d’une entreprise forestière Québécoise a été réalisée. Sur la base de cette comparaison, un modèle d'optimisation adapté a été développé. Par la suite, le modèle a été utilisé pour simuler l'impact d'une meilleure précision des inventaires forestiers sur le profit de l’entreprise partenaire. Des taux d’imprécision de 5%, 10%, 20% et 30% ont été évalués et comparés au cas où les données précises étaient connues dès le départ plutôt qu’en cours d’opérations. Les résultats de la comparaison des modèles mathématique avec les cartographies de gestion des connaissances ont démontré plusieurs écarts. Ceci a permis d'obtenir les composantes du modèle mathématique développé qui reflète le processus industriel de planification des approvisionnements. Finalement, les résultats de l’expérimentation indiquent qu’une amélioration de la précision des inventaires de 30% résulterait en une augmentation du profit de 7%.
Wood procurement planning is a complex activity that requires collaboration between various actors. There have been several mathematical models formulated to help practitioners in the decision making process. But, only a few of these models are actually applied in practice. Planning is still done manually, based on experience and the sum of several individuals’ knowledge within the procurement department. One possible reason is that most models do not account for important factors related to data quality, information availability, and knowledge sharing within forest companies. Knowledge management has been proposed as a way to improve the performance of the planning process. Indeed, it enables companies to understand the information and knowledge required for planning. The objective of this project is to help forestry companies integrate optimization models to improve the planning process and the decisions quality. In fact, we aim to develop a mathematical model that depicts the industrial planning process. Finally, we want to determine the impact of better knowledge on planning decisions quality. First, a comparison between two existing mathematical models and the industrial process of a specific forestry company represented by Knowledge management mapping was done. Then, through this comparison, we developed a new mathematical model for procurement planning. Finally, this model has been used to evaluate the profit of improving the accuracy of the forestry inventory data. In order to do so, we compared the plan developed using accurate inventory data (obtained from the beginning of the planning horizon) with the plan adjusted monthly based on the accurate data. The comparison of the models with the industrials process showed that the gap between them is important. The differences measured were used in the development of the new mathematical model. This model reflects the industrial process. It has been used to determine the profit of a better accuracy inventory data. We found an important profit increase equal to 7% through improving the accuracy inventory data of 30%.

Cette thèse étudie les forces potentielles des mécanismes parallèles plans à deux degrés de liberté équipés d'embrayages de sécurité (limiteur de couple). Les forces potentielles sont étudiées sur la base des matrices jacobienne. La force maximale qui peut être appliquée à l'effecteur en fonction des limiteurs de couple ainsi que la force maximale isotrope sont déterminées. Le rapport entre ces deux forces est appelé l'efficacité de la force et peut être considéré ; comme un indice de performance. Enfin, les résultats numériques proposés donnent un aperçu sur la conception de robots coopératifs reposant sur des architectures parallèles. En isolant chaque lien, les modèles dynamiques approximatifs sont obtenus à partir de l'approche Newton-Euler et des équations de Lagrange pour du tripteron et du quadrupteron. La plage de l'accélération de l'effecteur et de la force externe autorisée peut être trouvée pour une plage donnée de forces d'actionnement.
This thesis investigates the force capabilities of two-degree-of-freedom planar parallel mechanisms that are equipped with safety clutches (torque limiters). The force capabilities are studied based on the Jacobian matrices. The maximum force that can be applied at the end-effector for given torque limits (safety index) is determined together with the maximum isotropic force that can be produced. The ratio between these two forces, referred to as the force effectiveness, can be considered as a performance index. Finally, some numerical results are proposed which can provide insight into the design of cooperation robots based on parallel architectures. Considering each link and slider system as a single body, approximate dynamic models are derived based on the Newton-Euler approach and Lagrange equations for the tripteron and the quadrupteron. The acceleration range or the external force range of the end-effector are determined and given as a safety consideration with the dynamic models.

Le marché industriel requiert une production de qualité à des prix compétitifs, comme c’est le cas dans l’industrie du rabotage de bois. L’impact des temps d’arrêt sur la productivité est un phénomène complexe et la maîtrise de ce phénomène constitue toujours une avancée pour les industriels. L’objectif de ce mémoire est d’analyser et d'identifier les causes spécifiques de la dégradation de la performance du procédé de rabotage. Le processus de résolution de problèmes proposé dans notre étude est inspiré de la démarche DMAIC (Définir, Mesurer, Analyser, Innover, Contrôler) de Six Sigma. L'application de la démarche DMAIC dans notre étude a révélé que 80% de la non-performance est occasionnée par des arrêts non planifiés des machines. Afin de remédier à cette problématique, il faut contrôler la qualité des intrants et éliminer les dysfonctionnements de la ligne de production. Cela doit passer par la mise en place d'une stratégie de maintenance préventive basée sur la fiabilité.
The industrial market requires a good quality production with competitive prices; this is the case in the wood planing industry. The downtime impact on productivity is a complex phenomenon, and understanding this phenomenon represents a real challenge for industrials. The main goal of this thesis is to analyse and identify the specific causes of the planing process performance degradation. The process put forward in our study is inspired by the DMAIC approach (Define, Measure, Analyze, Improve, Control) of Six Sigma. The use of the DMAIC approach in our study showed that 80% of non-performance is due to the unscheduled downtime of machines. To solve this issue, it is essential to eliminating the not quality of the inputs and dysfunctions of the production line and this should be done by implementing a preventive maintenance strategy; Reliability Centered Maintenance (RCM).

Les outils presentes dans ce memoire ont pour but d'ameliorer, par l'apport de methodes et de techniques de calcul formel, les performances et les capacites de calcul des logiciels qui modelisent et le comportement dynamique de systemes de corps mecaniques relies entre eux. On s'interesse a la possibilite d'ecrire de maniere automatique un ensemble d'equations differentielles regissant la dynamique de tels systemes a partir de leurs descriptions physiques. Dans le premier chapitre, on decrit soigneusement les objets mecaniques et mathematiques qui interviennent dans l'etude dynamique des systemes multicorps, et on met en evidence un probleme fondamental: la nature de l'ensemble des configurations admissibles des mecanismes a structures bouclees. Le deuxieme chapitre est une etude detaillee, sur un exemple, des differentes methodes de generation des equations du mouvement de systemes multicorps, dans l'optique de leur implementation dans un logiciel de calcul symbolique. Il montre l'interet des techniques formelles et permet de specifier les outils qui doivent etre crees pour mener a bien cette implementation. Dans le troisieme chapitre, on presente les outils formels qui ont ete developpes pour aider a construire un generateur automatique des equations de la dynamique de systemes polyarticules. On se consacre, dans le quatrieme chapitre, a apporter des elements de solutions au probleme de la determination de la dimension des varietes de configurations de mecanismes a structures bouclees. Plusieurs methodes faisant appel a des techniques algebriques, probabilistes et geometriques sont exposees, ainsi que leurs implementations, et leurs experimentations

Dans la modélisation des structures par la méthode des éléments finis classique, les propriétés physiques et matérielles ainsi que les conditions aux limites sont considérées généralement déterministes au sens statistique. De ce constat, il est permis de s'interroger sur la validité de ia solution issue d'une telle modélisation. Les interrogations se multiplient lorsqu'on admet que les lois physiques qui régissent le comportement de la matière évoluent de manière aléatoire. Pour apporter des éléments de réponses à ces interrogations, nous avons étudié dans le cadre de ce projet par des méthodes probabilistes et stochastiques un certain nombre d'applications académiques et industrielles mettant en évidence l'effet des variations aléatoires des paramètres constituant ces lois sur îa solution. Dans le cadre de ces méthodes, l'échantillonnage et la discrétisation constitue des étapes primordiales qui contribuent à la construction, respectivement, du spectre de la solution et du système matriciel Ce dernier, une fois conditionné, permet de construire îa réponse éléments finis après résolution. Si on associe la probabilité et l'aléa à certains paramètres qui constituent ce système, alors la discrétisation de type éléments finis seule devient insuffisante pour produire le nouveau système matriciel qui, a priori, admet un caractère aléatoire ou stochastique absent du système d'équations. La méthode de Monte Carlo offre l'avantage de pallier aux difficultés rencontrées tors du processus de discrétisation. Les travaux de cette thèse se basent principalement sur l'exploitation des avantages de cette méthode voire son efficacité et la simplicité de sa mise en oeuvre. Deux exemples de contact de Hertz ainsi que des problèmes de contact multiphysiques académiques et industriels feront l'objet d'une analyse fiabiliste par cette méthode.

The competitive industrial market demands manufacturing companies to provide the markets with a higher quality of production. The quality control department in industrial sectors verifies geometrical requirements of products with consistent tolerances. These requirements are presented in Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T) standards. However, conventional measuring and dimensioning methods for manufactured parts are time-consuming and costly. Nowadays manual and tactile measuring methods have been replaced by Computer-Aided Inspection (CAI) methods. The CAI methods apply improvements in computational calculations and 3-D data acquisition devices (scanners) to compare the scan mesh of manufactured parts with the Computer-Aided Design (CAD) model. Metrology standards, such as ASME-Y14.5 and ISO-GPS, require implementing the inspection in free-state, wherein the part is only under its weight. Non-rigid parts are exempted from the free-state inspection rule because of their significant geometrical deviation in a free-state with respect to the tolerances. Despite the developments in CAI methods, inspection of non-rigid parts still remains a serious challenge. Conventional inspection methods apply complex fixtures for non-rigid parts to retrieve the functional shape of these parts on physical fixtures; however, the fabrication and setup of these fixtures are sophisticated and expensive. The cost of fixtures has doubled since the client and manufacturing sectors require repetitive and independent inspection fixtures. To eliminate the need for costly and time-consuming inspection fixtures, fixtureless inspection methods of non-rigid parts based on CAI methods have been developed. These methods aim at distinguishing flexible deformations of parts in a free-state from defects. Fixtureless inspection methods are required to be automatic, reliable, reasonably accurate and repeatable for non-rigid parts with complex shapes. The scan model, which is acquired as point clouds, represent the shape of a part in a free-state. Afterward, the inspection of defects is performed by comparing the scan and CAD models, but these models are presented in different coordinate systems. Indeed, the scan model is presented in the measurement coordinate system whereas the CAD model is introduced in the designed coordinate system. To accomplish the inspection and facilitate an accurate comparison between the models, the registration process is required to align the scan and CAD models in a common coordinate system. The registration includes a virtual compensation for the flexible deformation of the parts in a free-state. Then, the inspection is implemented as a geometrical comparison between the CAD and scan models. This thesis focuses on developing automatic and accurate fixtureless CAI methods for non-rigid parts along with assessing the robustness of the methods. To this end, an automatic fixtureless CAI method for non-rigid parts based on filtering registration points is developed to identify and quantify defects more accurately on the surface of scan models. The flexible deformation of parts in a free-state in our developed automatic fixtureless CAI method is compensated by applying FE non-rigid Registration (FENR) to deform the CAD model towards the scan mesh. The displacement boundary conditions (BCs) for FENR are determined based on the corresponding sample points, which are generated by the Generalized Numerical Inspection Fixture (GNIF) method on the CAD and scan models. These corresponding sample points are evenly distributed on the surface of the models. The comparison between this deformed CAD model and the scan mesh intend to evaluate and quantify the defects on the scan model. However, some sample points can be located close or on defect areas which result in an inaccurate estimation of defects. These sample points are automatically filtered out in our CAI method based on curvature and von Mises stress criteria. Once filtered out, the remaining sample points are used in a new FENR, which allows an accurate evaluation of defects with respect to the tolerances. The performance and robustness of all CAI methods are generally required to be assessed with respect to the actual measurements. This thesis also introduces a new validation metric for Verification and Validation (V&V) of CAI methods based on ASME recommendations. The developed V&V approach uses a nonparametric statistical hypothesis test, namely the Kolmogorov–Smirnov (K-S) test. In addition to validating the defects size, the K-S test allows a deeper evaluation based on distance distribution of defects. The robustness of CAI method with respect to uncertainties such as scanning noise is quantitatively assessed using the developed validation metric. Due to the compliance of non-rigid parts, a geometrically deviated part can still be assembled in the assembly-state. This thesis also presents a fixtureless CAI method for geometrically deviated (presenting defects) non-rigid parts to evaluate the feasibility of mounting these parts in the functional assembly-state. Our developed Virtual Mounting Assembly-State Inspection (VMASI) method performs a non-rigid registration to virtually mount the scan mesh in assembly-state. To this end, the point clouds of scan model representing the part in a free-state is deformed to meet the assembly constraints such as fixation position (e.g. mounting holes). In some cases, the functional shape of a deviated part can be retrieved by applying assembly loads, which are limited to permissible loads, on the surface of the part. The required assembly loads are estimated through our developed Restraining Pressures Optimization (RPO) aiming at displacing the deviated scan model to achieve the tolerance for mounting holes. Therefore, the deviated scan model can be assembled if the mounting holes on the predicted functional shape of scan model attain the tolerance range. Different industrial parts are used to evaluate the performance of our developed methods in this thesis. The automatic inspection for identifying different types of small (local) and big (global) defects on the parts results in an accurate evaluation of defects. The robustness of this inspection method is also validated with respect to different levels of scanning noise, which shows promising results. Meanwhile, the VMASI method is performed on various parts with different types of defects, which concludes that in some cases the functional shape of deviated parts can be retrieved by mounting them on a virtual fixture in assembly-state under restraining loads. Le marché industriel compétitif exige une production de haute qualité de la part des compagnies de fabrication. Le département de contrôle qualité dans les secteurs industriels vérifie les exigences géométriques des produits en se référant aux tolérances. Ces exigences sont présentées dans les normes de Dimensionnement Géométrique Et Tolérances (DG&T). Toutefois, les méthodes conventionnelles de mesure et de dimensionnement sont couteuses et longues. De nos jours, les méthodes de mesure manuelles sont remplacées par les méthodes automatisées dites Inspection Assistée par Ordinateur (IAO). Les méthodes IAO appliquent les améliorations dans le calcul informatique et les dispositifs d’acquisition de données 3-D afin de comparer le maillage du modèle scanné de la pièce fabriquée avec le modèle conçu par ordinateur utilisant la Conception Assistée par Ordinateur (CAO). Les normes de métrologie, telles que ASME-Y14.5 et ISO-GPS, exigent la mise en oeuvre de l'inspection à l'état libre dans lequel la pièce est soumise uniquement à la gravité. Les pièces souples (non rigide) sont exemptées de la règle d'inspection à l'état libre en raison de l'écart géométrique significatif de ces dernières au dit-état tenant compte des tolérances. En dépit du développement des méthodes IAO, l’inspection des pièces souples demeure un sérieux défi. Les méthodes d'inspection conventionnelles appliquent des gabarits complexes pour récupérer la forme fonctionnelle des pièces souples. Cependant, la fabrication et la configuration de ces gabarits de conformité sont compliquées et chères. Depuis que les clients et les industriels exigent des gabarits d’inspection répétitifs et indépendants, le prix de ces derniers a doublé. Les méthodes d'inspection sans gabarit des pièces souples basées sur les méthodes IAO ont été développées afin d'éliminer l’utilisation couteuse des gabarits de conformité. Ces procédés visent à distinguer les déformations flexibles des pièces à l'état libre des défauts. Les méthodes d'inspection sans gabarits doivent être automatiques, fiables, précises et reproductibles pour les pièces souples aux formes sophistiquées. Le modèle scanné, qui est obtenu sous forme de nuages de points, représente la forme d'une pièce à l'état libre. Ensuite, l'inspection des défauts est réalisée en comparant les modèles scannés et CAO, mais ces modèles sont présentés dans des systèmes de coordonnées indépendants. En effet, le modèle scanné est présenté dans le système de coordonnées du système de mesure (système de numérisation) tandis que le modèle de CAO est dans le système de coordonnées de conception. Pour effectuer l'inspection et faciliter une comparaison précise entre les modèles, le processus de recalage est nécessaire afin d’aligner et ramener plus près les modèles scanné et CAO dans un système commun de coordonnées. Le recalage inclut une compensation virtuelle de la déformation flexible des pièces à l'état libre. Après, l’inspection est assurée par une comparaison géométrique entre les modèles CAO et les pièces souples scannées. La présente thèse porte sur l’élaboration de méthodes automatiques d'inspection assistée par ordinateur sans gabarit. Ceci constitue une amélioration de la méthode d'inspection numérique généralisée (Generalized Numerical Inspection Fixture (GNIF)). Cette thèse présente également la vérification de la robustesse de notre nouvelle méthode. À cet effet, une méthode IAO automatique et sans gabarit pour des pièces souples basée sur des points de correspondance a été développée afin d’identifier et de quantifier plus précisément les défauts sur la surface des modèles scannés. La déformation flexible des pièces à l'état libre dans notre méthode est compensée en appliquant le recalage basé sur la méthode d’éléments finis, Recalage Non rigide par Élément Finis (RNÉF), pour déformer le modèle CAO vers le maillage du modèle scanné. Des points d'échantillonnage correspondants générés entre les modèles CAO et scanné d'une pièce sont utilisés afin de calculer le champ de déplacement qui sert de conditions aux limites dans RNÉF. Ces points d'échantillonnage correspondants, qui sont générés par la méthode GNIF, sont répartis uniformément sur la surface des modèles. La comparaison entre ce modèle CAO déformé et le maillage du modèle scanné vise à évaluer et à quantifier les défauts sur le modèle scanné. Cependant, certains points d'échantillonnage peuvent être situés à proximité ou sur des zones défectueuses, ce qui entraîne une estimation inexacte des défauts. Ces points d'échantillonnage sont automatiquement filtrés dans cette méthode IAO basée sur le calcul d’estimation de courbure et les contraintes de von Mises. Une fois filtrés, les points d'échantillonnage restants sont utilisés dans un nouveau RNÉF, ce qui permet une évaluation précise des défauts par rapport aux tolérances. Toutes les méthodes d’IAO nécessitent une évaluation de la performance et de la robustesse de la méthode par rapport aux mesures actuelles. Cette thèse introduit également une nouvelle métrique de validation pour la vérification et la validation (V&V) des méthodes IAO basée sur les recommandations ASME. L'approche V&V développée utilise un test d'hypothèse statistique non paramétrique, à savoir le test de Kolmogorov-Smirnov (K-S). En plus de valider la taille des défauts, le test K-S permet une évaluation plus approfondie basée sur la répartition de la distance entre le modèle scanné et le modèle CAO pour chaque défaut. La robustesse de notre méthode IAO par rapport aux incertitudes telles que les bruits de scan est évaluée quantitativement en utilisant la métrique de validation développée. En raison de la conformité des pièces souples, une pièce ayant des défauts peut encore être assemblée à l'état d'assemblage. Cette thèse présente également une méthode originale d’IAO sans gabarit pour des pièces souples comportant des défauts afin d’évaluer la faisabilité de l'assemblage de ces pièces à l'état d'assemblage fonctionnel. Notre méthode d'inspection virtuelle de montage à l'état d'assemblage, Virtual Mounting Assembly-State Inspection (VMASI), effectue un recalage non rigide pour monter virtuellement le maillage du modèle scanné à l'état d'assemblage. À cet effet, les nuages de points du modèle scanné représentant la pièce à l'état libre sont déformés pour répondre aux contraintes d'assemblage telles que la position de fixation (par exemple des trous de montage). Pour atteindre les exigences fonctionnelles sur des pièces souples comportant des défauts, l'application de charges d'assemblage est autorisée à la surface du modèle scanné. Ces charges d'assemblage sont limitées aux charges admissibles. Les charges d'assemblage requises sont estimées grâce à une nouvelle méthode d’optimisation de calcul des pressions de montage (pour mise en forme de la pièce sur le gabarit virtuel), Restraining Pressures Optimization (RPO), visant à déplacer le modèle scanné afin d'atteindre la tolérance pour les trous de montage. Par conséquent, le modèle scanné ayant des défauts peut être mis en forme sur le gabarit virtuel si les trous de montage sur la forme fonctionnelle prédite du modèle scanné atteignent la plage de tolérance. Différentes pièces de l'industrie aérospatiale sont utilisées pour évaluer la performance de nos méthodes développées dans cette thèse. L'inspection automatique pour identifier les différents types de défauts au niveau local et général sur les pièces conduit à une évaluation précise des défauts. La robustesse de la méthode d'inspection est également testée avec différents niveaux de bruits de numérisation, ce qui présente des résultats prometteurs. La méthode VMASI est validée par différents types de pièces déformables (flexible) en aérospatiale. Nous concluons que certaines pièces comportant des défauts peuvent être mise en forme à l’état d'assemblage lorsqu’elles sont soumises à des charges admissibles.

Ce projet s'inscrit dans des études à approfondir la connaissance du givrage afin d'adapter les éoliennes pour opérer dans les conditions nordiques. L'objectif principal est de développer des techniques pour évaluer, à long terme, l'impact du givrage sur le fonctionnement d'un projet éolien et d'optimiser des techniques de dégivrage. Plusieurs études complexes doivent être effectuées avant de proposer un modèle précis capable de réaliser une simulation tridimensionnelle du givrage sur des pales des éoliennes en rotation. Pour atteindre les objectifs, nous avons utilisé des logiciels commerciaux de CFD et l'interface conviviale de MS-Excel pour valider un cas test des simulations de l'accumulation de glace sur un cylindre. Ces méthodes sont destinées à être appliquées à la simulation en 3D de l'accumulation de glace sur les éoliennes, étant donné que l'étude du givrage du cylindre, pour lequel des résultats analytiques et expérimentaux nombreux sont disponibles pour validation, est fondamentale et pré-requis pour ce domaine de recherche. La capacité d'un objet à capturer des gouttelettes d'eau dans un écoulement est appelé l'efficacité de collection. Une évaluation de l'efficacité de collection sur un cylindre a été simulée en utilisant une approche Eulérienne basée sur les modèles de turbulence multiphasiques dans ANSYS-CFX. Les résultats ont été validés avec des résultats des approches Lagrangiennes et Eulériennes dans FLUENT ainsi qu'avec des résultats expérimentaux obtenus à partir d'études antérieurs. Les résultats ont démontré l'efficacité des modèles multiphasiques du logiciel CFX à simuler les fractions volumiques d'eau et à définir la zone de collection et les limites d'impact autour du cylindre. Pareillement, un logiciel pour calculer les trajectoires des gouttelettes d'eau dans un écoulement d'air interceptées par un cylindre a été réalisé sous Excel avec un code VBA (Visual Basic for Applications). Cette interface permet de démontrer les différents scénarios pouvant aider à valider les simulations avec CFX. Les deux simulations réalisées avec Excel et CFX ont démontré une cohérence entre le comportement des lignes de courant, des trajectoires et des forces agissant sur les gouttelettes. - This project has been conducted in the context of intensifying the knowledge of icing on wind turbines to be adapted in Nordic conditions. The main objective is to develop techniques to evaluate the long-term impact of icing on the performance of wind turbine projects and to optimize the de-icing techniques. Several upstream complex studies are to be conducted prior to propose a precise model capable of achieving a three-dimensional simulation of icing on wind turbine rotating blades. In order to overcome these difficulties, we made use of the high capacity of commercial CFD software, together with the friendly user interface of MS-Excel. The validation of these tools for the ice accretion past a cylinder is the prerequisite for applying these tools for the 3D simulation of icing over wind turbines, given that the study of cylinder icing is fundamental in several areas of icing research. The ability of an object to capture water droplets presented in an air flow is called collection efficiency. Evaluation of the collection efficiency over a cylinder has been simulated using Eulerian approach based on multi-phase turbulence models in CFX. The results have been validated with those of Lagrangian and Eulerian approaches in FLUENT as well as with experimental results obtained from previous studies. The results showed that the use of ANSYS-CFX multi-phase models was effective in simulating water volume fractions through the domain and in defining the collection zone and the impingement limits around the cylinder. In addition, a code to calculate the trajectories of supercooled water droplets in the air intercepted by a cylinder has been achieved using MS-Excel sheets supported with VBA (Visual Basic for Applications). This interface has been used to demonstrate different scenarios that can help to validate similar simulations using CFX. In both Excel and CFX simulations, the streamlines and trajectories have demonstrated similar behaviour which is consistent with the forces acting on water droplets.

Ce travail de thèse a pour but de développer de nouveaux matériaux bio-composites pour des applications en thermoformage. À cet effet, nous considérons une matrice de polyéthylène haute densité (HDPE) renforcée par les sciures de bois. Nous avons utilisé six concentrations de particules de bois (0%, 20%, 30%, 40%, 50% et 60%) en présence d’un agent de couplage le polyéthylène greffé au maléique anhydride (PE-g-MA). L’effet de la concentration en bois et celui de la température sur les propriétés rhéologiques de même que les propriétés thermo-physiques, et les caractéristiques structurales des thermo-composites ont été étudiés grâce à une analyse mécanique dynamique (DMA), une analyse calorimétrique différentielle (DSC) et une analyse microscopique électronique à balayage (MEB). Le comportement visqueux des composites à l’état liquide a été modélisé à l’aide du modèle rhéologique Cross. Cela nous a permis de créer des courbes universelles pour prédire le comportement visqueux des bio-composites sur une gamme de températures et de fréquences. Quant au comportement mécanique des composites à l’état semi-solide, il a été modélisé à l’aide du modèle intégral viscoélastique de Lodge. Pour cela, des résultats expérimentaux, obtenus à l’aide des tests d’analyses oscillatoires à faible amplitude, sont utilisés. Nos résultats indiquent que les modules dynamiques rhéologiques (G’ et G’’) des composites diminuent en fonction de la température et croissent en fonction de la concentration en particules du bois. De plus, les propriétés thermo-physiques (capacité calorifique Cp et volume spécifique) sont dépendantes de la température et de la teneur en particules du bois; leur variation est maximale à la température de fusion du polymère, en raison de changement de phase des chaînes macromoléculaires. Afin de déceler l’effet de la concentration massique des particules du bois sur l’aptitude du composite plastique- bois pour des applications en plasturgie, une étude numérique sur la thermo-formabilité de ces nouveaux bio-composites a été réalisée en soufflage libre des membranes bio-composites. Par ailleurs, une évaluation expérimentale sur les propriétés mécaniques ainsi que sur la durabilité des performances des composites plastiques-bois ont été réalisées. À cet effet, des tests de traction, de stabilité géométrique et de biodégradabilité sont effectués. Nos résultats indiquent que l’addition des particules du bois améliore à la fois la rigidité et la résistance mécanique des composites. Toutefois, l’élongation à la rupture des composites diminue considérablement en fonction de la teneur en particules de bois; les composites deviennent peu ductiles et la rupture apparaît à de faibles déformations. De plus, la présence des particules du bois rend les composites sensibles à l’absorption d’eau et aux attaques des espèces fongiques; ceci se traduit par une perte de masse et une altération des propriétés structurales des bio-composites exposées régulièrement aux champignons dans un milieu humide. L’effet des microorganismes est estimé maximal dans le cas des échantillons préparés sans agent de couplage et contenant des teneurs élevées en bois.

Canada is the world's largest producer of flax. However, most of the flax fibers are used either for food production or to weave into clothing and blankets. So, by developing rein-forcements of flax fibers to be used in polymeric composites, there is an opportunity to not only produce value-added products, but also be more environmentally friendly. Flax fibers are characterized by a higher specific stiffness (stiffness divided by density) than glass fibers and therefore can be considered as a potential replacement of glass fiber in composite parts. In order to develop flax fiber composites that can be used in load-bearing structures unidi-rectional reinforcement of flax fibers must be developed. This thesis aims at developing a new unidirectional flax/paper reinforcement with inter-esting properties in terms of permeability, tensile mechanical properties and bonding strength between paper and flax fibers in the dry reinforcement. To study and model the important reinforcement parameters on the concerned properties, the classical robust parameter design approach is considered. Moreover, high quality fabrication and characterization methods are developed to yield consistent results. Feasibility of mass scale production of the hybrid uni-directional flax/paper reinforcement on the pilot paper machine of Innofibre is also studied. To study the reinforcement on a laboratory scale two material parameters, including sur-face density of the paper sheet and the surface density of the flax layer, as well as two fabri-cation parameters, including forming pressure and drying temperature, are considered. Ef-fects of these parameters are studied on three properties of the material, comprising the co-hesion between the two reinforcement layers (flax and paper), reinforcement permeability and mechanical properties of the final eco-composite. For the modeling aspect, the design of experiment followed by statistical modeling are used. In addition, effects of different rein-forcement architectures as well as the fiber volume fraction are studied through comparative studies. Effect of temperature on improving the flax- paper cohesion and decreasing its standard deviation in the dry reinforcement was identified. Mean and standard deviation of the per-meability along the yarns’ direction (K1) is mainly influenced by surface density of the flax layer. So, this parameter must be adjusted to its maximum value to reduce the standard deviation. It has been shown that the temperature has a statistically significant effect on the rein-forcement surface density as well as strength of the eco-composite. Although temperature effect on mean values of surface density and strength could be marginal from an engineering point of view, it is concluded that it should be adequately controlled during manufacturing process of the reinforcement to minimize variance of mechanical properties results. Through comparative studies, it was shown that the paper layer reduces the standard deviation of the K1 permeability and tensile properties of eco-composite. These results show that the flax/pa-per reinforcement has a robust architecture compared to sole layer of unidirectional flax. Specific stiffness of the final eco-composite is found to be higher than that of a UD glass fiber composite, at the same fiber volume fraction. This very important finding paves the way for industrial applications of the studied reinforcement. This material could be potentially used in the automotive industry, aerospace, sports as well as the building sector. The flax yarns are fed into the pilot paper machine of Innofibre and then at the exit of the machine, the paper sheet reinforced by unidirectional flax yarns was rolled up successfully. This result, proves that the mass scale fabrication of reinforcement is feasible and therefore paves the way for attracting industrial interest and also reducing its production costs. Les travaux de cette thèse visent à développer et caractériser un renfort unidirectionnel (UD) lin/papier contenant une couche UD de fils de lin alignés dont la cohésion est assurée par une couche de papier de fibres courtes de Kraft (fibres de bois). Les performances de ce nouveau renfort comprennent sa perméabilité à l'écoulement de résine liquide, le comporte-ment en traction du composite qui en résulte une fois imprégné, ainsi que sa résistance au cisaillement (cohésion à sec entre les fibres de lin et de papier). La résistance au cisaillement du renfort est un indice de qualité assurant que les fils restent autant que possible intacts (alignés) lors de la manipulation du renfort et autant que possible pendant l'injection de la résine. La perméabilité et la performance à la traction du composite (particulièrement sa rigidité spécifique) constituent pour leur part les bases permettant d'évaluer si des pièces composites fabriquées à partir de ce renfort peuvent concurrencer les composites à fibres de verre. Les paramètres étudiés du renfort comprennent la densité surfacique (ou grammage) des couches de lin et de papier, la pression de formation de renfort, ainsi que sa température de séchage. De plus les effets des différents taux de fibres et des différentes configurations (architectures) du renfort sont aussi étudiés. La possibilité de produire le renfort hybride UD lin/papier à grande échelle (machine d'Innofibre du Cégep de Trois-Rivières) est finalement évaluée. Selon la définition théorique de la conception robuste, un produit ou un procédé est ro-buste s’il est peu sensible aux effets des sources de variabilité rencontrées dans son cycle de vie, même si les sources elles-mêmes n’ont pas été éliminées. Considérant que les propriétés des fibres naturelles ont une variabilité inhérente, un objectif important de cette thèse consiste à étudier l'influence des différents paramètres sur la variation des propriétés pour ainsi appliquer une méthode de conception paramétrique robuste du nouveau renfort. À plus long terme le projet consiste à fabriquer des pièces composites de géométries et dimensions arbitraires en utilisant le renfort hybride UD lin/papier. Ce projet, lancé au laboratoire de mécanique et éco-matériaux (LMEM) en 2010, se compose de quatre phases : choix des constituants, conception de renforts, étude du comportement de composites plans, et finalement moulage et conception de pièces composites plus complexes. Toutes ces phases ne peuvent bien sûr être adressées dans un seul projet de thèse. Pour cette raison, dans cette thèse seule les phases de conception (paramétrique robuste) du renfort et d’analyse de son comportement sur des échantillons planaires sont adressées.