thèses en ligne de ParisTech
Not a member yet
9369 research outputs found
Sort by
Développement d’un modèle hybride pour l’inspection in-situ de singularités lors de drapage automatisé de composites à matrice organique
No full textThe initial objective of the thesis was to develop a set of tools to build the digital twin of an AFP cell. This thesis work focused on the inspection of the draping quality by analyzing the data measured on the system. Initially, data collection, processing and fusion work enabled to build an experimental database. The placement quality is estimated by in-situ inspection methods using infrared imaging and laser triangulation. A hybrid model approach combining a physical model and machine learning was selected to predict placement quality. Finite element method was used to reproduce the AFP process and the associated singularities. Finally, the hybrid models were built by calculating the ignorance of the physical model validates the expected performance in a simple demonstrator case but appears to be perfectible to predicting the quality of automated draping. This thesis provides a complete chain of information from data collection to draping quality estimation.L’objectif initial de la thèse est de développer un ensemble d’outils permettant la construction du jumeau numérique d’une cellule de drapage AFP. Ces travaux de thèse se sont focalisés sur l’inspection de la qualité de drapage en analysant les données mesurées sur le système. Un premier travail de collecte, de traitement et de fusion a permis de construire une base de données expérimentale. La qualité du drapage est estimée par des méthodes d’inspection in-situ par imagerie infrarouge et par laser. Une approche par des modèles hybrides couplant un modèle physique et l’apprentissage machine est sélectionnée pour prédire la qualité du drapage. Des simulations par la méthode des éléments finis permis de reproduire le procédé de drapage et les singularités associées. Finalement, la construction des modèles hybrides par le calcul de l’ignorance du modèle physique valide les performances attendues dans un cas démonstrateur simple, mais semble perfectible pour la prédiction de la qualité de drapage automatisé. Ces travaux de thèse proposent une chaîne complète d’information allant de la collecte des données jusqu’à l’estimation de la qualité du drapage
Modèles de comportement et loi de défaillance de systèmes enrichis par les données
No full textIn the field of prognostics and health management (PHM), the prediction of remaining life expectancy (RUL) is regarded as a pivotal technology for ensuring thesafety and reliability of systems. While physics-based models are well-suited to situations where the underlying mechanisms are well understood, they are not well-suitedto complex environments. They are expensive to develop and highly data-dependent.In contrast, data-driven methods are able to exploit abundant data sets, but they lacktransparency and interpretability. To overcome these challenges, it is necessary to combine physical models and data-driven approaches in order to improve the accuracy ofpredictive maintenance models.This thesis aims to develop hybrid methodologies that address the limitations ofcurrent models. The integration of physical knowledge into Deep Learning models aimsto improve diagnostics, while dimensional reduction techniques enhance generalizationcapability. Progressive learning is then implemented to optimize the incorporation oflearning batches. Following the validation of the diagnostic task on synthetic data, themethodology is applied to prognostics, and then tested on real data from an electricmotor test bench.Dans le domaine du pronostic et de la gestion de santé (PHM), la prédiction de la durée de vie restante (RUL) est reconnue comme une technologie clé pour assurer lasécurité et la fiabilité des systèmes. Les modèles basés sur la physique, bien qu’adaptés lorsque les mécanismes sont bien compris, perdent en pertinence dans les environnements complexes, étant coûteux à développer et fortement dépendants des données. Enparallèle, les méthodes basées sur les données, bien qu’exploitant des ensembles abondants, manquent de transparence et d’interprétabilité. Pour surmonter ces défis, il estnécessaire de combiner les modèles physiques et les approches basées sur les donnéesafin d’améliorer la précision des modèles de maintenance prévisionnelle.Cette thèse vise à développer des méthodologies hybrides en s’appuyant sur les limites des modèles actuels. L’intégration des connaissances physiques dans les modèlesde Deep Learning vise à améliorer les diagnostics, tandis que des techniques de réductiondimensionnelle traditionnelles renforcent la capacité de généralisation. Un apprentissageprogressif est par la suite mis en place pour optimiser l’incorporation des lots d’apprentissage. Après une validation sur la tâche de diagnostic sur des données synthétiques, la méthodologie est appliquée au pronostic, puis testée sur des données réelles issues d’un banc d’essai de moteur électrique
Écoulements modèles de films minces géo-inspirés : étalement et coalescence de cloques visqueuses
No full textIn this project, we propose a series of laboratory-scale model experiments to explore the dynamics and instabilities of geophysically inspired thin liquid films.We are studying phenomena similar to laccoliths, where magma flow deforms the surrounding rock layers. In the limit where their height is very small compared to their horizontal size, these dynamic formations can be reasonably compared to thin liquid blisters covered by an elastic film. We thus propose to revisit classical experiments on free-surface drop dynamics by modifying the boundary condition imposed by the nature of the interface.What is the shape and dynamics of a fluid pocket trapped beneath an elastic membrane? How does the coalescence of two adjacent pockets proceed under this new boundary condition? How are dynamic spreading regimes affected?To answer these questions, we set up an experimental device to observe and characterize this spreading phenomenon, using demodulation techniques that we adapted to our configuration.We inject vegetable oil, at a controlled flow rate, through a PMMA plate onto which we deposit an elastic film of millimetric thickness. We are studying three main configurations:1 Spreading of a single viscous blister.2 The coalescence of two identical blisters.3 A Rayleigh-Taylor instability in the presence of an elastic membrane.For each configuration studied, we begin by reconstructing the general shape of the blisters obtained and map their height field over time. We show the presence of several expansion regimes that evolve according to precise power laws, which we verify both theoretically and experimentally. For the first two studies, we systematically attempt to fit the shape of each regime to an associated self-similar behavior.To complement this dual approach, a numerical analysis was also developed for comparison with the experimental data obtained for the different configurations tested.Dans ce projet, nous proposons une série d’expériences modèles à l’échelle du laboratoire pour explorer la dynamiqueet les instabilités des films liquides minces inspirés par la géophysique.Nous étudions des phénomènes similaires aux laccolithes, où l’écoulement de magma déforme les couches rocheusesenvironnantes. Dans la limite où leur hauteur h est très faible devant leur taille horizontale R, ces formations dynamiquespeuvent être raisonnablement comparées à des cloques liquides minces recouvertes d’un film élastique. Nous proposonsainsi de revisiter les expériences classiques de la dynamique de gouttes en surface libre en modifiant la condition limiteimposée par la nature de l’interface.Nous tenterons de répondre à plusieurs questions relatives à cette configuration.Quelle est la forme et la dynamique d’une poche de fluide piégée sous une membrane élastique ? Comment se dé-roule la coalescence de deux poches voisines avec cette nouvelle condition limite ? Comment les régimes dynamiquesd’étalement en sont-ils affectés ?Pour répondre à ces questions, nous avons mis en place un dispositif expérimental afin d’observer et de caractériser cephénomène d’étalement en utilisant des techniques de démodulation FCD que nous avons adaptées à notre configura-tion.Nous injectons de l’huile végétale de viscosité dynamique μ, à débit contrôlé Q, à travers une plaque de PMMA surlaquelle nous déposons un film élastique d’épaisseur millimétrique. Nous étudions trois configurations principales :1. L’étalement d’une cloque visqueuse unique.2. La coalescence de deux cloques identiques.3. Une instabilité de Rayleigh-Taylor en présence d’une membrane élastique.Pour chaque configuration étudiée, nous commençons par reconstruire la forme générale des cloques obtenues et carto-graphons leur champ de hauteur h(r, t) au cours du temps. Nous montrons la présence de plusieurs régimes d’expansionqui évoluent selon des lois de puissance précises que nous vérifions à la fois théoriquement et expérimentalement. Pourles deux premières études, nous tentons systématiquement d’ajuster la forme de chaque régime à un comportementauto-similaire associé. En complément de cette double approche, une analyse numérique fut également développée envue d’une comparaison avec les données expérimentales obtenues pour les différentes configurations testées
Caractérisation des fissures de déroulage et de la densitométrie par ondes térahertz : des propriétés locales du placage jusqu’aux performances mécaniques de LVL
No full textWood is a renewable material with remarkable mechanical properties, comparable to those of metals when considered in relation to their density. Proper characterization and selection of this material allow for optimizing its natural variability. Its mechanical properties are strongly influenced by numerous parameters arising from wood variability and its processing, notably concerning this research involving veneers, the density, and the lathe checks induced during the peeling process; these two physical properties are naturally the subject of exploratory work. On one hand, a new automated method for measuring lathe checks using deep learning has been developed to improve the accuracy and repeatability of this measurement, which is usually performed manually. Furthermore, several non-destructive and destructive tests have been conducted on Laminated Veneer Lumber panels made from more or less checked poplar veneers, with the aim of studying the influence of the cracking rate of the veneers on the mechanical performance of the finished products. This analysis did not show any notable correlation with the majority of mechanical properties, which may be explained by the partial infiltration of the adhesive into the lathe checks. On the other hand, the measurement of local density at the millimeter scale, usually performed using harmful X-ray radiation that can be detrimental to health and costly, has been the subject of exploratory study through terahertz wave imaging, which has the advantage of being non-ionizing but whose interactions with wood materials are still poorly studied compared to X-rays, particularly for this application. The results show a strong correlation between terahertz measurements (absorption coefficient and refractive index) and density, although limitations related to the anatomical complexity of wood or beam focusing have been identified, necessitating better consideration of these factors to improve measurement fidelity. These two approaches open very promising perspectives for selecting veneers for a controlled production of laminated wood-based engineering products, allowing for serious consideration of demanding and high-value applications such as aerospace and automotive.Le bois est un matériau renouvelable aux propriétés mécaniques remarquables, comparables à celles des métaux lorsqu'on les considère en fonction de leur densité, et une caractérisation et une sélection appropriées de ce matériau permet de tirer le meilleur parti de sa variabilité naturelle. Ses propriétés mécaniques sont fortement influencées par de nombreux paramètres issus de la variabilité du bois et de son usinage, notamment, pour ce qui concerne ces travaux de recherche impliquant des placages, la masse volumique et les fissures induites lors du processus de déroulage; ces deux propriétés physiques font donc naturellement l'objet de travaux exploratoires. D'une part, une nouvelle méthode de mesure automatisée des fissures par apprentissage profond a été développée, afin d'améliorer la justesse et la répétabilité de cette mesure, habituellement effectuée manuellement. Ensuite, plusieurs essais non destructifs et destructifs ont été effectués sur des panneaux de Lamibois en placages de peuplier plus ou moins fissurés, dans le but d’étudier l’influence du taux de fissuration des placages sur les performances mécaniques des produits finis. Cette analyse n'a permis de montrer aucune corrélation notable avec la majorité des propriétés mécaniques, ce qui peut s'expliquer par l'infiltration partielle de la colle dans les fissures. D'autre part, la mesure de la masse volumique locale à l'échelle millimétrique, habituellement effectuée à l’aide de rayonnements X pouvant être néfastes pour la santé et onéreuse, a fait l'objet d'une étude exploratoire par imagerie par ondes térahertz, qui ont l’avantage d’être non-ionisantes mais dont les interactions avec le matériaux bois sont encore peu étudiées contrairement aux rayons X, en particulier pour cette application. Les résultats montrent cette fois une forte corrélation entre les mesures térahertz (coefficient d’absorption et indice de réfraction) et la masse volumique, bien que des limites liées à la complexité anatomique du bois ou à la focalisation du faisceau aient été identifiées. Ces deux approches ouvrent des perspectives très prometteuses pour la sélection de placages pour une production de produits d'ingénierie lamellés à base de bois maîtrisée permettant d'envisager sérieusement des applications exigeantes et à forte valeur ajoutée comme l'aéronautique et l'automobile
Contributions à l'Equivariance aux Roto-Translations pour l'Apprentissage Profond en Traitement d'Images
No full textThe past decades have been golden years for the development of deep learning. This data oriented framework is now predominant in nearly all research fields among which image processing and computer vision communities have been active actors for this growth, specifically through convolutional neural networks. This kind of approach requires a training phase, using a fair amount of data, during which the parameters of the deep learning algorithm are iteratively modified to better fit a given task. The goal of group equivariant deep learning is to prevent a deep learning model to dedicate trainable parameters for learning irrelevant diversity. In this sense, an intrinsic equivariant model is more data efficient. This thesis focuses mainly on equivariance to roto-translations and two other common threads link the contributions of this thesis. The first is the alleviation of linearity which is a direct way to consider new solutions for roto-translation equivariance. The second common thread can be captured by the following maxim: “Old papers teach new deep learning tricks”. This document revisits i) the work of Heijmans, Ronse and Roerdink to propose Group Equivariant Morphological Networks, ii) the Harris corner detector proposed by Harris and Stephens into a deep learning framework leading to the GenHarris-ResNet model and iii) differential invariants introduced to image processing by Florack et al by proposing an adapted algebraic structure based on graph theory to describe operations and compositions of such differential invariants,leading to the proposition of the Florack Network.Les dernières décennies ont mené à un fort développement de l'apprentissage profond. Cette approche orientée sur les données est désormais prédominante dans presque tous les domaines de recherche, parmi lesquels les communautés de traitement d'images et de vision par ordinateur ont été des acteurs de cette croissance, notamment grâce aux réseaux de neurones convolutifs. Ce type d'approche nécessite une phase d'entraı̂nement, pouvant demander une grande quantité de données, au cours de laquelle les paramètres de l'algorithme sont modifiés de manière itérative pour mieux s'adapter à la tâche voulue. L'objectif de l'apprentissage profond équivariant aux actions de groupes est d'éviter qu'un modèle d'apprentissage profond ne consacre des paramètres entraı̂nables à l'apprentissage d'une diversité, au sein des donnés, non pertinente. En ce sens, un modèle intrinsèquement équivariant est plus efficace dans son utilisation des données. Cette thèse se concentre principalement sur l'équivariance aux roto-translations. Deux autres fils rouges relient les contributions de cette thèse. Le premier est la suppression de l'hypothèse de linéarité, qui permet de sortir du cadre de la convolution et de considérer de nouvelles solutions pour l'équivariance aux roto-translations. Le deuxième fil conducteur peut être représenté par la maxime suivante : ”Les vieux articles donnent de nouvelles astuces pour l'apprentissage profond”. Ce document revisite et adapte i) le travail de Heijmans, Ronse et Roerdink pour proposer les réseaux morphologiques équivariants aux actions de groupes, ii) le détecteur de coins de Harris, proposé par Harris et Stephens, au cadre de l'apprentissage profond menant au modèle GenHarris-ResNet et iii) des invariants différentiels introduits au traitement d'images par Florack et al, en proposant une structure algébrique adaptée et basée sur la théorie des graphes pour décrire les opérations et les compositions de ces invariants différentiels, conduisant à la proposition du réseau Florack
Optimisation de l'ordonnancement des tâches de transport des robots intelligents et collaboratifs dans le contexte de l'industrie 5.0
No full textTask scheduling optimization in complex industrial environments, where humans and robots work seamlessly together, raises new challenges, particularly in terms of collision avoidance, deadlock management, and production time optimization (makespan). In the era of Industry 5.0, characterized by increased human-robot collaboration, this research aims to propose innovative solutions to enhance the performance of production systems in collaborative and inclusive environments.Consequently, this thesis reviews the evolution of industrial revolutions and highlights the limitations of traditional scheduling methods in light of this new collaborative paradigm. It develops a simulation-based approach, where the complex interactions between various workshop actors are modeled using a multi-agent system. Moreover, human worker behaviors are modeled using Markov chains and directly integrated into the simulation, providing a comprehensive representation of the workshop. The resulting simulator allows the evaluation of mobile robots' performance, taking into account the operational constraints imposed by human presence. The thesis also examines the impact of Autonomous Intelligent Vehicles (AIV), which offer greater flexibility than Automated Guided Vehicles (AGV), on the efficiency of production processes. Finally, a dynamic scheduling algorithm based on game theory is developed to optimize task management in real-time, integrating the presence of human operators. This approach generates responsive and efficient schedules, ensuring resilient production in the face of fluctuations in the industrial environment.L'optimisation de l'ordonnancement des tâches dans des environnements industriels complexes, où cohabitent humains et robots, soulève de nouveaux défis, notamment en matière d'évitement des collisions, de gestion des blocages (deadlocks), et d'optimisation du temps de production (makespan). À l'ère de l'Industrie 5.0, caractérisée par une collaboration accrue entre travailleurs humains et robots, ce travail de recherche vise à proposer des solutions innovantes pour améliorer les performances des systèmes de production dans des environnements collaboratifs et inclusifs.Ainsi, cette thèse retrace l'évolution des systèmes industriels et met en lumière les limites des méthodes traditionnelles d'ordonnancement face à ce nouveau paradigme collaboratif. Elle développe une approche basée sur la simulation, dans laquelle la modélisation des interactions complexes entre les différents acteurs de l'atelier est représentée par un système multi-agents. De plus, les comportements des travailleurs humains sont modélisés à l'aide de chaînes de Markov et directement intégrés dans la simulation, afin d'avoir une représentation complète de l'atelier. Le simulateur ainsi obtenu permet d'évaluer les performances des robots mobiles en tenant compte des contraintes opérationnelles imposées par la présence humaine. La thèse examine également l'impact des véhicules autonomes intelligents (AIV), qui offrent une plus grande flexibilité que les véhicules autonomes guidés (AGV), sur l'efficacité des processus de production. Enfin, un algorithme d'ordonnancement dynamique, basé sur la théorie des jeux, est développé pour optimiser en temps réel la gestion des tâches dans l'atelier, en intégrant la présence des opérateurs humains. Cette approche permet de générer des ordonnancements réactifs et efficients, garantissant une production résiliente face aux fluctuations de l'environnement industriel
Valorisation de co-produits végétaux de l'industrie agro-alimentaire pour la stabilisation d'émulsions Clean-Label
No full textThe valorization of vegetal by-products from the agri-food industry, in the form of crude powders (untouched by chemical modification), offers a promising alternative to conventional emulsifiers, aligning with the increasing consumer demand for Clean-Label products while advancing sustainability goals to reduce food waste. This study aims to investigate and assess the potential of vegetal by-product powders as a renewable source of unprocessed ingredients for stabilizing emulsions. The evaluation process involves three main phases: 1) initial screening to identify three co-products representing major biomass categories; 2) Multi-scale mechanistic study of emulsion stabilization mechanisms by vegetal powders with a focus on the structuring of hybrid oil-water interfaces; and 3) a multi-criteria modeling approach to correlate desired emulsion properties with key formulation and processing parameters. The findings underscore the inherent synergy between soluble and insoluble fractions, emphasizing the significance of valorizing by-products in their unprocessed state. Hypotheses regarding emulsion structuring were proposed after decoupling and quantifying the effects of composition and process factors. Formulation aid tools were developed to design tailor-made emulsions using a reverse engineering approach. The thesis introduces a unique method of heterogeneity engineering to promote the sustainable use of unrefined ingredients for emulsion stabilization.La valorisation de co-produits végétaux de l'industrie agroalimentaire sous forme de poudres brutes (non chimiquement modifiées) en alternative aux émulsifiants conventionnels permettrait de proposer des produits en adéquation avec la demande croissante de produits "Clean-Label" tout en s'inscrivant dans une démarche durable de réduction du gaspillage alimentaire. L'objectif de cette étude est d'explorer et d'évaluer le potentiel des poudres de co-produits végétaux de l'industrie agro-alimentaire comme source renouvelable d'ingrédients non purifiés, fractionnés ou chimiquement modifiés pour stabiliser des émulsions. Leur potentiel en tant que stabilisants d'émulsions a été évalué en 3 étapes : 1) criblage permettant de sélectionner 3 co-produits d'intérêt représentant de grandes catégories de biomasse ; 2) étude mécanistique multi-échelle des mécanismes de stabilisation d'émulsions par des poudres végétales avec un focus sur la structuration des interfaces huile-eau hybrides ; 3) modélisation multicritère et sous contraintes visant à relier les propriétés fonctionnelles désirées des émulsions avec les paramètres clés de formulation et de procédé. Les principaux résultats ont démontré la synergie entre les fractions solubles et insolubles, mettant en évidence l'intérêt du non fractionnement du co-produit en premier lieu. Des hypothèses de structuration des émulsions ont ainsi pu être avancées, après la décoration et la quantification des effets des facteurs de composition et de procédé. Des outils d'aide à la formulation ont été conçus, permettant de contrôler les propriétés des émulsions à partir de divers facteurs, ou inversement dans une approche d'ingénierie inverse. Ainsi, la thèse s'inscrit dans une approche originale du génie de l'hétérogénéité pour mieux maîtriser la formulation d'émulsions "Clean-Label" stabilisées par des ingrédients végétaux non fractionnés
Analyse tribo-énergétique de l'impression 4D d’alliage à mémoire de forme NiTi fabriqué par fabrication additive laser
No full textDue to net-shape forming and integrated design, NiTi alloys fabricated by laser powder bed fusion(LPBF) technology offer solutions to compositional instability and the challenges of machining intricate structures. While optimization of processing parameters has traditionally been stepwise, this study uses four-factor, five-level orthogonal experiments to optimize multiple parameters, greatlyreducing experimental times. Optimal parameters achieved high relative density (99.98 ± 0.01 %) and hardness (238 ± 4 HV1), enhancing compressive strength and shape recovery. The compressive performance at various temperatures (16, 36, 56 and 76 °C) was evaluated, exhibiting a superior fracture strain and stress (0.497 and 3435 MPa, respectively) at 56 °C. As the temperature increased from 16 to 76 °C, stable recoverable strain decreased from 0.083 to 0.073. The wear resistance of LPBF-NiTi alloy against 100Cr6 steel under different sliding speed, time and normal load were studied. The wear rate ranges from 1.1 ~ 2.5 × 10-3 mm3/m, comparable to NiTi alloys fabricated by conventional methods. Among different contact conditions, sliding speed had thelargest effect on wear rate (range 5.1 × 10-5 mm3/Nm), followed by normal load (range 4.2 × 10-5 mm3/Nm). Interaction between normal load and sliding speed was more impactful than sliding time. The effects of test temperature on wear behavior were also investigated. The average steady-state coefficients of friction at 16, 36, and 56 °C are similar, with an average of 0.61 (standard deviation 0.03), rising to 0.75 at 76 °C. However, the specific wear rate at 76 °C is the smallest (1.36 ± 0.4 × 10-4 mg/Nm) due to the largest elastic deformation energy of austenite and more adhesive debris. This study also examined the effects of heat treatment on wear behavior at different sliding speeds (0.079 to 0.216 m/s). As sliding speed increased, the wear rate of both as-built and heat-treated samples tends to decrease in the range of 2.69 ~ 0.97 × 10-3mm3/m. Although heat-treated LPBF-NiTi alloy is 46 % harder than as-built alloy, the latter has a higher toughness (505 MJ/m3) and greater transformation strain of stress-induced martensite (0.097). This results in a coupling effect of heat treatment and sliding speed on wear resistance. In addition, wear morphologies and dominant wear modes varied with frictional heat release caused by sliding speed. The wear modes of both as-built and heat-treated alloys include adhesive, abrasive, oxidative, and delamination.En raison de leur mise en forme de haute précision et de leur conception intégrée, les alliages NiTi fabriqués par la technologie de fusion laser sur lit de poudre (LPBF) offrent des solutions à l'instabilité de la composition et aux défis de l'usinage de structures complexes. Alors que l'optimisation des paramètres de traitement a traditionnellement été graduelle, cette étude exploite des expériences orthogonales à quatre facteurs et cinq niveaux pour optimiser plusieurs paramètres de fabrication, réduisant considérablement le temps des expériences. Les paramètres optimaux ont permis d'obtenir une densité relative élevée (99.98 ± 0.01 %) et une dureté (238 ± 4 HV1), améliorant ainsi la résistance en compression et la mémoire de forme. La performance en compression à différentes températures (16, 36, 56 et 76 °C) a été évaluée, montrant une contrainte et une résistance à la fracture supérieures (0.497 et 3435 MPa, respectivement) à 56 °C. Lorsque la température a augmenté de 16 à 76 °C, la contrainte de récupération stable a diminué de 0.083 à 0.073.La résistance à l'usure de l'alliage LPBF-NiTi contre l'acier 100Cr6 sous différentes vitesses de glissement, temps et charges normales a été étudiée. Le taux d'usure varie de 1.1 à 2.5 × 10-3 mm3/m, comparable aux alliages NiTi fabriqués par des méthodes conventionnelles. Parmi les différentes conditions de contact, la vitesse de glissement a eu le plus grand effet sur le taux d'usure (plage de 5.1 × 10-5 mm3/Nm), suivie par la charge normale (plage de 4.2 × 10-5 mm3/Nm). L'interaction entre la charge normale et la vitesse de glissement a eu un impact plus important que la durée du frottement. Les effets de la température sur le comportement à l'usure ont également été analysés. Les coefficients de friction à l'état stable moyens à 16, 36 et 56 °C sont similaires, avec une moyenne de 0.61 (écart-type 0.03), augmentant à 0.75 à 76 °C. Cependant, le taux d'usure spécifique à 76 °C est le plus faible (1.36 ± 0.4 × 10-4 mg/N·m) en raison de la plus grande énergie de déformation de l'austénite couplée à l’effet adhésif du troisième corps.Cette étude a également examiné les effets du traitement thermique sur le comportement à l'usure à différentes vitesses de glissement (0.079 à 0.216 m/s). À mesure que la vitesse de glissement augmentait, le taux d'usure des échantillons non-traités et ceux traités thermiquement montrait une diminution entre 2.69 à 0.97 × 10-3mm3/m. Bien que l'alliage LPBF-NiTi traité thermiquement soit 46 % plus dur que l'alliage sans traitement, ce dernier a une plus grande ténacité (505 MJ/m3) et une plus grande transformation de la martensite induite par contrainte (0.097). Cela résulte en un effet de couplage du traitement thermique et de la vitesse de glissement sur la résistance à l'usure. De plus, les morphologies et les modes d'usure dominants varient avec la chaleur de friction causée par la vitesse de glissement. Les modes d'usure des alliages imprimés et traités thermiquement incluent l'adhésion, l'abrasion, l'oxydation et la délamination
Durabilité de l'aciers inoxydables obtenu par fabrication additive en situation de couplage Fatigue-Hydrogène
No full textSelective Laser Melting (SLM) process has the potential to fabricate complex parts which can find applications in hydrogen-based systems, due to their improved strength-ductility trade-off and inherent austenite phase traditionally resistant to Hydrogen Embrittlement (HE). Knowledge on the HE resistance of these new class of SLM materials is crucial. In this context, the goal of this work is to experimentally assess and understand the susceptibility of additive manufactured stainless steels (SS) to HE under coupled mechanical testing conditions.For this purpose, three grades of SLM fabricated SS are chosen : austenitic 316L and 304L and martensitic 17-4PH. Heat treatments are performed to modify the dislocation sub-structure and the consequent impact on hydrogen diffusion is studied under both electrochemical and high-pressure hydrogen gas charging conditions. Slower diffusion of hydrogen in the dislocation-rich microstructure and a localisation of hydrogen within 100 µm from the charging surface were observed. The dominant role of defects impedes the evaluation of the impact of hydrogen on both ductility and fatigue crack initiation in SLM-316L samples fabricated through a ‘No Rotation’ laser strategy and SLM-304L.Insitu electrochemical mechanical tests affect the strength and ductility of the chosen materials more than the high-pressure hydrogen gas condition. H-dislocation interaction varies depending on the severity of H-charging and the nature of the dislocations. Complex phenomena are evidenced during insitu electrochemical fatigue tests on SLM-316L, and the observed loss of fatigue properties are explained through complementary evidence. Fatigue crack growth rates increase in the presence of hydrogen supported through observations of fatigue striation spacing, indicating that SLM-fabricated austenitic stainless steels are susceptible to HE under adverse H-charging conditions. Severe HE is observed in SLM-17-4PH subjected to H900 heat treatment both in tension and fatigue.Le processus de Selective Laser Melting (SLM) offre la possibilité de fabriquer des pièces complexes pouvant trouver des applications dans les systèmes à base d'hydrogène, en raison de leur meilleur compromis résistance-ductilité et de leur phase austénitique inhérente résistante à la fragilisation par l'hydrogène (FPH). Il est crucial de connaître la résistance à la FPH de cette nouvelle classe de matériaux SLM. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail est d'évaluer et de comprendre la susceptibilité des aciers inoxydables fabriqués par SLM à la FPH dans des conditions d'essais mécaniques couplés. Dans ce but, trois nuances d'acier inoxydable fabriqué par SLM sont choisies : 316L et 304L austénitiques et 17-4PH martensitique. Des traitements thermiques sont effectués pour modifier la sous-structure des dislocations et l'impact sur la diffusion de l'hydrogène est étudié à la fois dans des conditions de chargement électrochimiques et dans des conditions de chargement d'hydrogène gazeux à haute pression. Une diffusion plus lente de l'hydrogène dans la microstructure riche en dislocations et une localisation de l'hydrogène à moins de 100 µm de la surface de chargement ont été observées. Le rôle dominant des défauts empêche l'évaluation de l'impact de l'hydrogène sur la ductilité et l'amorçage des fissures de fatigue dans les échantillons SLM-316L fabriqués par une stratégie laser "sans rotation" et SLM-304L. Les essais mécaniques électrochimiques insitu affectent la résistance et la ductilité des matériaux choisis plus que la condition de gaz hydrogène à haute pression. L'interaction H-dislocation varie en fonction de la sévérité de la chargement H et de la nature des dislocations. Des phénomènes complexes sont mis en évidence lors d'essais de fatigue électrochimique insitu sur le SLM-316L, et la perte observée des propriétés de fatigue est expliquée par des preuves complémentaires. Les taux de propagation des fissures de fatigue augmentent en présence d'hydrogène, ce qui est confirmé par les observations de l'espacement des stries de fatigue, indiquant que les aciers inoxydables austénitiques fabriqués par SLM sont sensibles à l'HE dans des conditions de charge H défavorables. Une HE sévère est observée dans le SLM-17-4PH soumis à un traitement thermique H900 à la fois en tension et en fatigue
Contribution à la maitrise de la mise en forme de pièces tubulaires en matériaux composites à géométries complexes. Application à la réalisation de composants structurels pour exosquelette
No full textThis thesis is part of the RehabByExo project, which aims to create a walking rehabilitation exoskeleton for hemiplegic patients. Its objective is to reduce the time of rehabilitation therapy, but also to facilitate it for the patient and the physiotherapist in charge. This is done by optimizing movements in terms of trajectories and repetitions. As part of the project consortium, LAMPA, the host laboratory for this study, is in charge of the structure of the exoskeleton. Its design revealed a main axis of optimization in terms of mass and stiffness for the structure. These are the parts allowing the transfer of torque from the motor to the limbs to be mobilized. Through a study of the existing system, working with composite materials proved to be the most suitable solution for the constraints of the project. In order to be able to create tubular parts with complex geometries with this type of material, an innovative manufacturing process combining filament winding and shaping via the use of molds has been developed. The technical mastery of this hybrid process represents the first part of this research. Its objective is to enable the manufacture of parts in long fiber composites. This with a quality adapted to therapy in terms of mechanical performance and particularly in bending stiffness, the main stress of such parts on the exoskeleton. But also, the creation of parts promoting the lightness of the assembly, while having a qualitative aspect, reassuring for users. Following an experimental plan by DOEHLERT, a panel of test pieces comparable to the connecting rods of the exoskeleton were manufactured with three variable parameters, the radius of curvature, the winding angle and the section diameter of the tube. The second part of the research focuses on the detection and analysis of defects present in the core of the parts induced by the hybrid process as well as by the material. Filament winding, the first step of the process, allows an adjustment of the fiber deposition angle. This angle is subject to variations during the second step which is the shaping of the wound tube. The study by microscopic images of the deviation of the fibers induced by the shaping of the tubes, represents the defect at the center of the study of these. This, because it is specific to this hybrid process combined with long fiber composites. A numerical model simulating the deviation of the fibers is set up to obtain a non-destructive means of estimating this deviation for other parts with similar characteristics. The other defects more common to composite materials are studied in a second step. The objective here is to know the physical properties of the parts, in order to be able to adapt the parameters during their manufacture in order to limit defects and particularly the deviation of the fibers, which can significantly alter the Young's modulus of the parts and therefore their stiffness. In order to be able to measure this stiffness, a third part of this research focuses on carrying out mechanical bending tests. Using image analysis, the deformation of the test pieces in two-point bending, comparable to the stresses of the exoskeleton, is measured precisely. The results are compared with the parameter sets associated with the parts as well as the defects observed at the core of the twin parts. A numerical model of these tests is set up, in order to first estimate the properties of the material and secondly simulate and therefore estimate the stiffness behavior of similar parts with untested parameter sets.Cette thèse s’inscrit dans le projet RehabByExo de l’Institut Carnot ARTS qui vise la création d’un exosquelette de rééducation à la marche pour les patients hémiplégiques. Celui-ci a pour objectif de réduire le temps de la thérapie de rééducation, mais aussi de la faciliter pour le patient comme pour le kinésithérapeute en charge. Ceci en optimisant les mouvements en termes de trajectoires et de répétitions. Faisant partie du consortium du projet, le LAMPA, laboratoire hôte de cette étude est en charge de la structure de l’exosquelette. La conception de celui-ci, a révélé un axe principal d’optimisation en termes de masse et de raideur pour la structure. Il s’agit des pièces permettant le transfert du couple du moteur hanche aux membres à mobiliser. Via une étude de l’existant, l’utilisation des matériaux composites s’est avérée être la solution la plus adaptée aux contraintes du projet. Dans le but de pouvoir créer des pièces tubulaires à géométries complexes avec ce genre de matériaux, un procédé de fabrication innovant associant l’enroulement filamentaire et la mise en forme via l’utilisation de moules, a été développé. La maîtrise technique de ce procédé hybride représente la première partie de ces recherches. Elle a pour objectif de permettre la fabrication de pièces en composites à fibres longues. Ceci avec une qualité adaptée à la thérapie en termes de performances mécaniques et particulièrement en raideur en flexion, sollicitation majoritaire de telles pièces sur l’exosquelette. Il fallait aussi des pièces favorisant la légèreté de l’ensemble, tout en ayant un aspect qualitatif, rassurant pour les utilisateurs. En suivant un plan d’expériences de DOEHLERT, un panel d’éprouvettes comparable aux bielles de l’exosquelette ont été fabriquées avec trois paramètres variables, le rayon de courbure, l’angle d’enroulement et le diamètre de section du tube. La seconde partie des recherches s’oriente sur la détection et l’analyse des défauts présents à cœur des pièces induit par le procédé hybride ainsi que par le matériau. L’enroulement filamentaire, première étape du procédé permet un ajustement de l’angle de dépose des fibres. Cet angle est sujet à variations lors de la seconde étape qui est la mise en forme du tube enroulé. L’étude par images microscopiques de la déviation des fibres induite par la mise en forme des tubes, représente le défaut au centre de l’étude de ceux-ci. Ceci, car il est spécifique à ce procédé hybride combiné aux composites à fibres longues. Un modèle numérique simulant la déviation des fibres est mis en place pour obtenir un moyen non destructif d’estimer cette déviation pour d’autres pièces au caractéristiques similaires. Les autres défauts plus communs aux matériaux composites sont étudiés dans un second temps. L’objectif ici, est de connaître les propriétés physiques des pièces, afin de pouvoir adapter les paramètres lors de leur fabrication afin de limiter les défauts et particulièrement la déviation des fibres, pouvant altérer de façon notable le module d’Young des pièces et donc leur raideur. Afin de pouvoir mesurer cette raideur, une troisième partie de ces recherches s’attache à la réalisation d’essais mécaniques de flexion. A l’aide d’une méthode de corrélations d’images, la déformation des éprouvettes en flexion deux points, comparable aux sollicitations de l’exosquelette, est mesurée de façon précise. Les résultats sont mis en parallèle des jeux de paramètres associés aux pièces ainsi qu’au défauts observés à cœur des pièces jumelles. Un modèle numérique de ces essais est mis en place, pour d’en un premier temps estimer les propriétés du matériau et dans un second simuler et donc estimer le comportement en raideur, de pièces similaires avec des jeux de paramètres non testés