Contribution à l’intégration de la modélisation et la simulation multi-physique pour la conception des systèmes mécatroniques


Thèse de Moncef HAMMADI (Ingénierie numérique)

Type :

Doctorat

Date de soutenance :

12/01/2012

Mots-clés :

Mécatronique ; Simulation multi-physique ; Optimisation multidisciplinaire ; Méta-modélisation ; Surfaces de réponse ; réseaux de neurones RBF

Co-directeur(s) de thèse :

Alain RIVIERE

Co-directeur(s) externe(s) :

Mohamed HADDAR

Encadrant(s) :

Jean-Yves CHOLEY, Olivia PENAS

Ecole doctorale :

Ecole Centrale de Paris

Co-tutelle :

Tunisie


Jury :

Alain RIVIERE - directeur
Jean-Yves CHOLEY - encadrant
Olivia PENAS - encadrant
Mohamed HADDAR - co-directeur
Claude MARCHAND (PU à SUPELEC) - rapporteur
Lotfi ROMDHANE (PU à l’ENI-SOUSSE) - rapporteur
Mohamed ICHCHOU (PU à l’ECL) - Président
Pierre LEFRANC (MDC à SUPELEC)
Jamel LOUATI (PU à l’ENI-SFAX)
Hubert KADIMA (Dir. de rech.à EISTI)

Résumé :

Le verrou de l’intégration de la simulation multi-physique dans la conception des systèmes mécatroniques est lié, entre autres, aux problèmes d’interopérabilité entre les outils de simulation. Ces problèmes engendrent des difficultés pour assurer des optimisations multidisciplinaires. Dans cette thèse, nous avons développé une approche de conception intégrée permettant de franchir cet obstacle. Cette approche s’appuie sur l’utilisation d’une plateforme d’intégration permettant de coupler divers outils de modélisation et de simulation. La capture du comportement multi-physique des composants au niveau détaillé est assurée par les méta-modèles, également utilisés pour l’optimisation multidisciplinaire des composants du système mécatronique. Ces méta-modèles permettent aussi d’intégrer le comportement multi-physique des composants et des modules mécatroniques pour la simulation au niveau système. Cette approche a été validée avec une modélisation d’un véhicule électrique. Ainsi, le niveau conceptuel de modélisation a été effectué avec le langage de modélisation des systèmes SysML et la vérification d’un test de performance d’accélération a été réalisée avec le langage de modélisation Modelica. Le module de conversion de puissance électrique du véhicule avec les fils de bonding a été modélisé avec la CAO 3D et son comportement multi-physique a été vérifié avec la méthode des éléments finis. Des méta-modèles sont ainsi élaborés en utilisant les techniques de surfaces de réponse et les réseaux de neurones de fonctions à base radiale. Ces méta-modèles ont permis ensuite d’effectuer des optimisations géométriques bi-niveaux du convertisseur de puissance et des fils de bonding. Le comportement électrothermique du convertisseur de puissance et celui thermomécanique des fils de bonding ont été alors intégrés au niveau système à travers les méta-modèles. Les résultats montrent la flexibilité de l’approche du point de vue échange des méta-modèles et optimisation multidisciplinaire. Cette approche permet ainsi un gain très important du temps de conception, tout en respectant la précision souhaitée.