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In response to ever-stricter requirements for internal combustion engine efficiency, noise and reliability, car manufacturers now commonly design Timing belt drives comprising innovative pulleys with non-circular (NC) profiles. For well-chosen design parameters (profile shape, angular phasing), the use of a NC pulley can considerably improve the vibratory performances of a timing belt transmission. Nevertheless, designing efficiently a belt transmission including NC pulleys remains hard to accomplish. To achieve this, it is important to clearly understand and identify the impact of such pulleys on the dynamic behaviour of Timing belt drives. In this context, a numerical model able to simulate the angular dynamics of Timing belt drives comprising NC pulleys has been developed. The model is based on a discrete approach (0D/1D), similar to the models of transmissions with circular pulleys only. The belt is modelled as a 1D linear elastic material (wire) and the pulley are considered as rigid bodies represented by rotary inertias. Rotations of the driven pulleys are the degrees of freedom of the discrete system. The pulley rotation is actuated by the effect of the belt span tensions applied at the belt/pulley seating/unseating points. In the case of a NC pulley, these points are mobile and their motion has to be tracked rigorously. To achieve this, a novel formulation has been written by establishing a feed-in/out balance on the belt spans using a Lagrangian-Eulerian method. In parallel to the numerical developments, experimentations have been performed for analysing the impact of an oval pulley on Timing belt drive angular dynamics (4 cylinder engine). The experimental test rig has been fully developed during this thesis. It is equipped with numerous sensors that enable a complete analysis of belt transmission angular dynamics. Finally, comparative analyses have shown a quite good agreement between experiments and simulations., Dans le domaine automobile, l’utilisation de poulies ayant un profil primitif non circulaire (NC) est devenue chose courante pour la conception des façades de distribution par courroie synchrone des moteurs à combustion interne. Pour des paramètres de conception bien choisis (forme, calage angulaire), ces poulies innovantes permettent à priori de réduire l’impact vibratoire des sources d’excitation angulaire affectant la façade. La phénoménologie associée aux poulies NC s’avère toutefois complexe et difficile à prédire par le calcul. Le dimensionnement des façades équipées de ces dispositifs s’avère délicat mais primordial. Dans ce contexte, un modèle numérique adapté à la simulation de la dynamique angulaire des façades de distribution intégrant des poulies NC a été proposé. Ce modèle est fondé sur une approche discrète (0D/1D) inspirée de modèles classiquement utilisés pour l’étude des transmissions intégrant uniquement des poulies circulaires. La courroie est associée à un solide élastique 1D uniforme en prise sur l’enveloppe de solides 2D indéformables représentant les poulies. L’interaction poulie-courroie est concentrée aux points de tangence localisés aux frontières des brins de courroies. En ces points, s'exercent les efforts de tension résultant de l’élongation des brins. Le mouvement des points tangence, engendré par les poulies NC, est pris en compte par l’emploi d’une formulation originale pour le calcul de l'élongation des brins. Cette formulation est obtenue par l’application d’un bilan de matière opéré sur la courroie via une méthode Lagrangienne-Eulérienne. En parallèle de la Modélisation, des travaux expérimentaux ont permis d’analyser l’impact d’une poulie bilobée sur la dynamique angulaire d’une façade de distribution (moteur à 4 cylindres). Le dispositif expérimental utilisé a été spécialement développé dans le cadre de cette thèse. Son instrumentation permet une analyse complète du comportement en dynamique angulaire de la façade. Des comparaisons calculs/essais ont finalement permis de valider le modèle numérique proposé.

Support papier; International audience; This article gives characteristics of Philippe de La Hire's mechanics. By "mechanics" we mean both mechanical philosophy and rational and applied mechanics, and for each we analyze La Hire's principles and methods. We show that his physics is in line with mechanical philosophy, especially that of Descartes, and he also seems to follow Gassendi and mechanistic chemists from the turn of the 17th and 18th centuries. Putting La Hire's rational mechanics in perspective with that of some members of the French Academy of science, we shows that he favours the "Ancients" over the "Moderns" according to his own terminology. Generally speaking, La Hire favours geometry and "synthesis" rather than analytical developments. In statics, the Archimedean axiomatic remains a model, and we also show that he seeks to perfect machines by applying statics and geometry to them but he doesn't propose tools quantifying their functioning and improvements, unlike some scholars of the time. Moreover, La Hire's kinematics and dynamics depend on the geometry of the problem studied and on the possibility of geometrically interpreting Galilean propositions. The concepts of dynamics and the procedures of infinitesimal geometry in La Hire's work echoed practices prior to the development of analytical mechanics.

This study focuses on the hybrid bearings fatigue (Si3N4 / Duplex M50) which are submitted to extreme stresses. Firstly, we studied the rolling contact fatigue of artificially dented rollers made of through-hardened M50 and Duplex M50, in the case of hybrid contact. We have been consequently able to highlight the prominent role of the sliding. We also characterized and located the damage due to the extreme conditions. What is more, two studies have been led: one about the cracking damage of Duplex M50 rollers, especially radial cracks on dent edges, the other about the cracking damage of silicon nitride rollers, especially C-shaped cracks. These studies allowed to assess the material strength in conditions of severized stresses. Secondly, we developed an assessment method of the plastic gradient through micro-hardness measurings. This process allowed us to characterize the Duplex M50 in the diffusion layer formed during nitriding. The denting process was then simulated using the ABAQUS finite element software. The simulations made it possible to analyze the mechanisms responsible for the cracking of dents made on Duplex M50. Eventually, a tridimensional numerical study focusing on dent over-rolling has been led using the ISAAC semi-analytical code, computed at the LAMCOS laboratory of INSA-Lyon (Lyon, FRANCE). This study made it possible to evaluate the loading path in the vicinity of dents submitted to RCF. The use of Dang Van criterion then allowed to give indications about damage prediction in the vicinity of dents., Ce travail est consacré à l’étude de la fatigue des roulements hybrides (Si3N4 / M50 Duplex) soumis à des sollicitations extrêmes. Dans un premier temps, nous avons étudié le comportement expérimental du M50 trempé et du M50 Duplex sollicités en fatigue de roulement en présence d’indentation artificielle, dans le cas d’un contact hybride. Nous avons alors pu mettre en évidence le rôle prépondérant du glissement et nous avons pu caractériser et localiser l’endommagement relatif à ces conditions extrêmes. Aussi deux études portant sur la fissuration des éléments M50 Duplex, fissures radiales en bord d’indent, et sur la fissuration des éléments céramique Si3N4, sous forme de C-Cracks, ont été réalisées et ont permis d’évaluer la résistance de ces matériaux en sollicitation aggravée. Dans une seconde étape, nous avons mis au point une méthode d’évaluation du gradient de plasticité par mesure de la micro-dureté qui nous a permis de caractériser le M50 Duplex dans la zone de diffusion de la nitruration. Le processus d’indentation a alors été simulé par le logiciel éléments finis ABAQUS. Ces simulations ont permis d’analyser les mécanismes responsables de la fissuration des indents sur M50 Duplex. Enfin une étude numérique tridimensionnelle du roulement sur indent a été réalisée via le code semi-analytique ISAAC, développé au laboratoire LAMCOS de l’INSA de Lyon. Cette étude a permis d’évaluer le cycle de chargement au voisinage d’indents sollicités en fatigue de roulement. L’application du critère de Dang Van à ce cycle de sollicitation a alors permis de donner des indications quant à la prédiction de l’endommagement au voisinage d’indents.

This thesis is situated in the FUI OASIS project which the objective is the modeling of an optimized stamping process. The work mainly involves the development of the most appropriate contact algorithms such formatting. In the literature and several industrial computing codes, the NTS approach (node to segment) remains the most used for the resolution of a contact problem. In certain configuration, this method has shortcomings and a lack of precision. We replacing it with mortar approach, we manage to solve a broad range of contact problems. The mortar method, used for the initial for calculation using domain decomposition, was the focus of several research projects for the modeling of the contact. In this work, we will consolidate multiple contact formulation methods in combination with mortar approach. The resolution algorithm, the elements of implementation and some examples of validation with a review of the advantages and limitations of each technique are detailed in this work in order to get technical support for subsequent work with the mortar method. The main advantage of the mortar method is in the application of the contact conditions in integral form in the interface. Although this method reduces the difference of the stresses in the contact interface of a component to another to obtain a better continuity of the contact pressure, it is still insufficient in some applications, particularly for large deformation problems. The smoothing of contact surfaces, which can be applied by various techniques, presents a classic solution to this problem in mechanical contact. The originality of this work is the combination of using cubic B-Spline curves for the almost exact description of the contact surface on one side with the use of the mortar approach to the application of the contact conditions on the other hand. This combination forms a winning combination for solving a contact problem in large deformation. The terms allowing the implementation of the different smoothing techniques for solving a problem of contact are detailed. Particular attention is paid to smoothing with Cu bic B-Spline. All algorithms detailed in this work are implemented in a house code 'Fiesta'. This is a free finite elements computer code in C ++. Some developments in the law of hyper-elastic behavior and completeness of the contact module are developed in this thesis., Cette thèse est située dans le cadre du projet FUI OASIS ayant comme objectif la modélisation d'un processus d'emboutissage optimisé. Le travail consiste essentiellement au développement des algorithmes de contact plus appropriés à ce type de mise en forme. Dans la littérature et pour plusieurs codes de calcul industriels, l'approche NTS (nœud à segment) demeure la plus utilisée pour la résolution d'un problème de contact. Dans certaine configuration, cette méthode présente des insuffisances et un manque de précision. On la remplaçant par l'approche mortier, on arrive à résoudre une gamme assez large de problèmes de contact. La méthode mortier, utilisée au initialement pour un calcul avec décomposition de domaine, a été le centre d'intérêt de plusieurs travaux de recherche pour la modélisation du contact. Dans ce travail, on va regrouper plusieurs méthodes de gestion du contact en les combinant avec l'approche mortier. L'algorithme de résolution, les éléments d'implémentation ainsi quelques exemples de validation présentant une critique des avantages et les limites de chaque techniques sont détaillés dans ce travail afin d'obtenir un support technique pour tous travail ultérieurs avec la méthode mortier. Le principal avantage de la méthode mortier se manifeste dans l'application des conditions de contact sous forme d'intégrale dans l'interface. Bien que cette méthode permette de réduire la différence des contraintes dans l'interface de contact d'un élément à un autre pour obtenir une meilleure continuité de la pression de contact, elle demeure insuffisante dans certaines applications en particulier pour les problèmes en grande déformation. Le lissage des surfaces de contact, qu'on peut appliquer par différentes techniques, présente une solution classique à ce genre de problème en mécanique de contact. L'originalité de ce travail, c'est la combinaison de l'utilisation des courbes B-Spline cubiques pour la description presque exacte de la surface de contact d'un côté avec une formulation avec l'approche mortier pour l'application des conditions de contact d'un autre côté. Cette combinaison forme un duo gagnant permettant de résoudre un problème de contact en grandes déformation. Les termes permettant l'implémentation des différentes techniques de lissage pour la résolution d'un problème de contact sont détaillés. Une attention particulière est accordée au lissage avec les B-Spline Cubiques.Tous les algorithmes détaillés dans ce travail sont implémentés dans un code maison FiEStA. C'est un code de calcul par éléments finis libre en langage C++. Certains développements concernant la loi de comportement hyper-élastique et l'intégralité du module du contact sont développés dans ce travail de thèse.

Many space structures such as launchers are equipped with a thermal foam protection barrier. This layer, of extremely light material generally exhibits excellent properties of heat insulation but very weak mechanical characteristics. This study is devoted to the analysis of the buckling behavior of this hybrid wall construction where the skin of a very thin light-weight structure, an aluminum cylindrical shell with an R/t ratio of about 665, is coated with a thick layer of foam with a low material density. To gauge the effect on the buckling behavior of this kind of multilayered shells, experimental and numerical tests are conducted on slightly pressurized cylindrical shells submitted to shear load. This load configuration represents the case of a rocket on the launching pad, waiting to be launched, and submitted to mechanical loads induced by the wind., De nombreuses structures spatiales telles que les lanceurs sont équipées d’une mousse de protection thermique. Cette couche de matériau extrêmement léger présente d’excellentes propriétés d’isolation thermique mais des caractéristiques mécaniques très faibles. Il est ici proposé d’analyser le comportement au flambage de ce type de construction où une fine et légère structure, coque cylindrique en aluminium avec un ratio R/t de 665, est recouverte par une épaisse couche de mousse de faible densité. Afin d'évaluer l'effet du comportement au flambage de ce type de coque multicouche, des essais expérimentaux et numériques sont réalisés sur des cylindres faiblement pressurisés soumis à du cisaillement et de la flexion. Ce cas de charge représente la configuration « cas sol », d’un lanceur sur le pas de tir, dans l’attente du lancement, et soumis à des charges mécaniques extrêmes générées par le vent.

Dans ses deux écrits sur la technologie (1840, 1843), Léon Lalanne a fait la transition entre le discours technologique classique, centré sur la production artisanale et ses opérations manuelles, et la technologie comme science intermédiaire, centrée sur les machines et leurs explications mécaniques. Dans son Essai philosophique, il est encore tout près des technologues comme Gérard-Joseph Christian, Andrew Ure et André-Marie Ampère, mais la mécanique appliquée figure déjà explicitement dans sa philosophie. Quelques années plus tard, la technologie classique est réduite à une collection de faits divers. La nouvelle technologie se situe dans les domaines de la mécanique, de la cinématique, des forces, des machines, du travail mécanique, des moteurs inanimés. Et les sciences qui s’en occupent sont des sciences intermédiaires, selon les mots de Charles Laboulaye et d’Hélène Vérin. La technologie n’est plus la théorie d’une pratique, mais se situe entre les pratiques et les sciences physiques. In his two essays on technology (1840, 1843), Léon Lalanne made the transition from the classical discourse on technology, focused on artisanal production and its manual operations, to technology as an intermediary science, focused on machines and their scientific explanations. In his Essai philosophique, he still writes in the tradition of Gérard-Joseph Christian, Andrew Ure, and André-Marie Ampère, but applied mechanics is already an explicit topic of his philosophy. Three years later, classical technology has been reduced to a series of anecdotes. The new technology is to be found in the fields of mechanics, kinetics, forces, machines, mechanical work, inanimate motive powers. And the pertinent sciences are intermediary sciences, according to the expression presented by Charles Laboulaye and Hélène Vérin. Technology is no longer the theory of a practice, but is situated between a practice and the physical sciences.