Doctorat Classique en Génie Mécanique

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Study of thermodiffusion in multi-component mixtures in porous media
(University of Tlemcen, 2022) Aouf, Zakaria
Les transferts de chaleur et de masse en milieu poreux hétérogène sont souvent rencontrés dans les domaines naturels et industriels, impliquant la pétrochimie, la biologie, la géologie, la métallurgie et le génie pétrolier. Mesurer et contrôler la séparation des espèces dans des milieux poreux hétérogènes ou fracturés pourrait révéler de nombreux phénomènes contradictoires. Dans notre étude, nous avons analysé l’effet d’une fracture discrète sur la convection thermosolutal, associé à l’effet Soret, dans une cavité poreuse verticale bidimensionnel, saturée par un mélange binaire, chauffée et alimentée du côté droit. Les paramètres clés pris en compte pour le problème décrit sont le nombre de Rayleigh thermique, RT, le nombre de Lewis Le, le coefficient de flottabilité N, le paramètre de Soret Sp et le facteur de forme de la cavité A. En fonction des caractéristiques de fracture (perméabilité, position et épaisseur), le flux de convection thermosolutal est analysé. Les principaux résultats de cette étude montrent que la fracture peut grandement affecter le comportement du flux thermo-gravitationnel et peut jouer un rôle positif dans la séparation provoquée par l'effet Soret, notamment lorsque la perméabilité k est inférieure à la perméabilité optimale kopt. Cependant, lorsque la perméabilité k est supérieure ou égale au kopt optimal, la fracture affecte négativement le processus de séparation. En outre, la fracture inclinée à la paroi froide provoque une séparation importante par rapport au cas où la fracture est inclinée à la paroi chaude avec le même angle. En conséquence, le processus de séparation pourrait être grandement amélioré.
Analyse Dynamique des Rotors en Matériaux FGM
(2022-06-06) Asseum, Hassane
Ce travail vise à étudier le comportement vibratoire de l'arbre de rotor composite fonctionnellement gradué FGM sous l'influence de la variation de température. La modélisation de la structure est faite par la version (h-p) de la méthode des éléments finis. Une étude théorique basée sur le modèle de poutre de Timoshenko est réalisée pour l'établissement de l'énergie cinétique et de l'énergie de déformation de l'arbre. La distribution des propriétés matérielles de l'arbre FGM change à travers l'épaisseur et elle est évaluée en fonction de la distribution de la loi de puissance. Les résultats obtenus ont été vérifiés, comparés et validés avec ceux de la littérature disponible. Des exemples numériques sont également donnés pour illustrer la variation des fréquences sous l'influence de la température, du type des matériaux et de l'indice de fraction volumique.
Contribution à l’évaluation du champ thermique à l’interface outil-pièce pour l’optimisation des conditions d’usinage
(2022-07-11) Benhadji Serradj, Nasr-Eddine
La chaleur maximale se produit à l'interface outil-pièce pendant l’usinage. En effet l'augmentation excessive de cette température en fonction des paramètres de coupe affecte considérablement la durée de vie de l’outil et la qualité de la pièce usinée, donc directement sur la production. Dans ce travail, nous mettons en oeuvre une méthodologie de mesure expérimentale de température qui permet d’obtenir des données cohérentes lors d’une opération de tournage de l’acier S 235 en utilisant une plaquette en carbure SNMG. Cette contribution nous permet de mieux maitriser les interactions des phénomènes influant de la coupe à l’interface outil-pièce, et de guider nos choix à l’élaboration d’un modèle de corrélation pour l’analyse et la prédiction des relations entre les paramètres d’usinage par la mesure de la température de coupe. La procédure de mesure mise en oeuvre pour l’estimation de la température est basée sur l’utilisation d'une caméra infrarouge FLIR montée et protégée par un dispositif sur la machine-outil. La méthode de Taguchi a été choisie pour trouver les relations entre les facteurs d’entrée (la vitesse de coupe (Vc), la vitesse d'avance (a), la profondeur de passe (p)) et le facteur de sortie (la température (T)).
Application de la méthode des éléments finis hiérarchiques à l’analyse vibratoire des systèmes mécaniques avec prise en compte des interactions fluide/structure
(2019-07-16) Bendahmane, Amine
Les matériaux composites sont largement utilisés dans les interactions fluide-structure en raison de leurs avantages : résistance et rigidité élevées, faible poids et une meilleure résistance à la corrosion. Ce travail de thèse s’articule autour de deux études principales. La première partie est consacrée à l’analyse de la vibration libre des plaques composites stratifiées à rigidité variable (CSRV), composées des fibres curvilignes (hyperboliques et paraboliques), en faisant varier l’angle d’orientation des fibres. Et comme deuxième partie, la même analyse d’une plaque CSRV immergée dans un fluide avec différents profondeurs d’immersions est effectuée. Le problème est résolu en utilisant la méthode des éléments finis hiérarchiques et la théorie d’ordre élevé HSDTC0 des plaques composites. Cette théorie assure une condition de contrainte de cisaillement nulle sur les surfaces supérieure et inférieure de la plaque et ne nécessite pas de facteur de correction de cisaillement. Le fluide est modélisé par la fonction de potentiel de vitesse et l’équation de Bernoulli, il est représenté comme une pression appliquée sur la plaque. Les fréquences et les modes propres sont examinés en considérant l’angle d’orientation des fibres, le rapport de module de l’élasticité, l’épaisseur de la plaque, profondeurs d’immersions et les conditions aux limites. De nouveaux résultats pour les fréquences et les modes des plaques composites CSRV sans et avec fluide sont présentés
Analyse et modélisation des mécanismes de transport électronique dans les dispositifs à effet de champ à l’aide des techniques Monte Carlo : Application au MESFET à base de carbure de silicium, GaSb, et ternaires
(2016-12-08) Belhadji, Youcef
La modélisation et la simulation des phénomènes physiques, régissant le fonctionnement des dispositifs électroniques fortement submicronique, constitue une étape primordiale dans le processus de réalisation pratique. La simulation ne peut être effectuée sans avoir recours à des modèles numériques adéquats. Ainsi, la miniaturisation rapide des dispositifs exige des modèles physiques puissants, comme celui de la dérive-diffusion ou le modèle hydrodynamique, afin de reproduire quasi-fidèlement l’effet de tous les phénomènes physiques misent en jeux. La méthode de Monte Carlo est l’une des méthodes les plus précises et répondue dans ce genre d’étude, sauf qu’elle nécessite plus de ressources de calcul. Cependant, le temps de calcul, dans la méthode de Monte Carlo, peut être réduit en utilisant des approches bien adaptées. Dans cette thèse, la méthode Monte Carlo a été exploitée pour analyser le comportement du transistor MESFET submicronique en carbure de silicium (et d’autres semiconducteurs) pour les applications de haute température et de forte puissance d’une part et l’extraction des caractéristiques de transport électronique d’autre part. Les démarches d’implémentation de la méthode de Monte Carlo, de la structure simulée ainsi que les différentes conditions de polarisation, de dopage et de la température sont exposées. Les résultats enregistrés ont été valorisés avec de nombreux travaux de recherche.
Analyse et modélisation du comportement en endommagement des aciers HLE sollicités dans un milieu sélectif physicochimique.
(2016-12-10) Belahcene, Brahim
Le développement de la technique d'assemblage de matériaux a été largement utilisé pour la conception de matériaux de haute résistance. La présente étude montre l'influence des paramètres et les performances d’assemblage par soudure de l’acier C0.12% Mn1.02% Si0.29% sur les différentes zones de la structure telles que la zone fondue (FZ), la zone affectée thermiquement (ZAT), et le métal de base (BM). Les effets des charges thermiques, mécaniques et de la tension appliquée sur la variation de la contrainte, taux d’endommagement, et la sollicitation en milieu physicochimique sélectif sont étudiés. Une méthode exploratoire prédictive a été utilisée pour prévoir l’influence de proportions des éléments additifs du tableau périodique sur les propriétés des aciers. L’évaluation du comportement thermomécanique et le taux d’endommagement par corrosion de l’acier HLE C0.12%Mn1.02%Si0.29% ont été déterminés par un modèle axisymétrique (symétrie dans la géométrie et conditions aux limites). Différents scénarios sont appliqués afin de minimiser les zones affectées par l’endommagement thermomécanique et les charges appliquées. L’état de surface et la composition chimique des matériaux étudiés ont été déterminés par microscopique électronique à balayage (MEB) et spectrométrie EDS. L'influence de l'environnement et les paramètres physiques sur l’acier HLE C0.12% Mn1.02% Si0.29% et son comportement d’endommagement en corrosion dans un milieu agressif à base NaCl a été étudié en utilisant la perte de poids, l'évolution du pH de 300k à 370k, l'échange électronique. Les résultats montrent qu’il y a des variations du taux de corrosion par rapport au type de traitement thermique, fluide de refroidissement, la concentration de la solution, la forme, la taille et la vitesse de refroidissement des échantillons. La résolution de l'équation de Nernst prouve que l'augmentation de la température a un effet direct sur le potentiel d'hydrogène de la solution, la densité de courant et la corrosion du métal. De plus, l'efficacité d'inhibition a été déterminée par calcul théorique et par la méthode mécanique moléculaire et semi-empirique. Ces résultats nous ont guidés à conclure que l'inhibiteur, qui a une faible électronégativité que l’acier C0.12% Mn1.02% Si0.29% a une bonne efficacité. Une méthode empirique tel que le model NORSOK a été appliqué pour déterminer les paramètres sensibles les plus influencés sur la dégradation de matériaux dans un milieu riche en CO2. Par conséquent, le taux de corrosion est estimé par l'application d'un calcul théorique basé sur des paramètres physico-chimiques, tels que l'acidité moyenne, la pression partielle de CO2, les paramètres thermodynamiques (P, T), et les propriétés mécaniques des matériaux étudiés. En outre, l'application de scénarios nous a permis d'évaluer le risque de corrosion.
ETUDE SUR LE COMPORTEMENT ENERGETIQUE ET EN ENDOMMAGEMENT D’UN FILM EN POLYMERE - APPLICATION : DISPOSITIFS A EFFET DE SERRE
(2014-01-14) Baba Ahmed, Nassim
Une des applications du solaire thermique est la production de l'eau douce à partir d'eau saumâtre et/ou d'eau salée ce qui nous ramène à développer des dispositifs énergétiques à effet de serre. Pour cela, on a besoin de connaître et d’améliorer le comportement des matériaux utilisés pour la conception de ses dispositifs, notamment les matériaux fonctionnels, qu'on utilise pour leurs propriétés physiques, telles que conductivité, propriétés optiques ou propriétés radiatives… On s’intéressera dans ce travail aux matériaux polymères utilisés comme film noir absorbeur de chaleur comme le polyéthylène (PE) où la question de la durabilité du PE est alors clairement posée. L’objectif de cette thèse étant, tout d’abord, l'étude du comportement énergétique du PE comme absorbeur de chaleur, et ensuite voir l’influence du son vieillissement sur la durabilité et l’efficacité des dispositifs solaires à effet de serre.
CONTRIBUTION À LA CONNAISSANCE DES MÉCANISMES DE TRANSFERT ET DE RETENTION DES PARTICULES SOLIDES DANS LES SOLS SATURÉS
(2014-05-25) Bennacer, Lyacine
L’étude réalisée dans ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la compréhension des mécanismes de transport et de rétention de particules en suspension (PES) dans un milieu poreux saturé. Dans ce but, une étude expérimentale en colonne de laboratoire a été menée en utilisant des traceurs particulaires et dissous de caractéristiques maîtrisées. Les objectifs étaient d’étudier expérimentalement l’influence des effets hydrodynamiques, de la taille et de la distribution en tailles des PES sur le transport et le dépôt des PES dans un sable saturé. La procédure expérimentale consiste en l’injection à différentes vitesses d’écoulement de cinq populations de PES, de diamètres médians (d50) 3.5, 9.5, 13.8, 18.3 et 24.3 μm dans un milieu poreux (sable) saturé de caractéristiques physiques connues. Pour étudier l'effet de la polydispersité et de la distribution en taille des particules, une sixième population notée «Mélange» (d50 = 17.4 μm) obtenue en mélangeant, en proportions égales (en volume), les deux populations 3,5 μm et 18,3 μm a également été utilisée. Les comportements des PES et d’un traceur dissous (TD) sont comparés. L’approche expérimentale est appuyée par un modèle mathématique de convection-dispersion avec une cinétique de dépôt de premier ordre (site irréversible). Les courbes de percée ainsi que la distribution de taille des particules restituées sont mesurées et analysées pour identifier les processus prépondérants.
Etude du comportement en fatigue des aciers pour pipelines à différents grades
(2013) Hadjoui, Féthi
Généralement les structures mécaniques sont soumises à des sollicitations cycliques au cours de leur fonctionnement. L’endommagement par fatigue qui apparaît le plus souvent lorsque le matériau est soumis à des efforts inférieurs à la limite d’élasticité du matériau. Le comportement en fatigue des pipelines dépend de plusieurs paramètres de nature métallurgiques, des propriétés mécaniques et des conditions de service caractérisé par la pression mise en œuvre. Les conditions de service sont transmises sous forme de contraintes au niveau des parois des tubes caractérisant le chargement appliqué sur les éprouvettes de type SENT "Single Edge Notch Tensile specimen". Les chargements cycliques à amplitudes constantes caractérisés par le rapport de charge et l’amplitude de chargement cyclique ont été mis en évidence sur différents grades d’aciers API 5L à travers l’utilisation de la méthode de Harter et le modèle de propagation de Walker afin de prédire la durée de vie résiduelle en fatigue et la vitesse de fissuration. L’effet de la présence d’hydrogène a affecté fortement la vitesse de fissuration et la durée de vie. Une augmentation importante de la vitesse de fissuration et une diminution de la durée de vie en fatigue en présence d’hydrogène est constatée. La fissuration à travers les joints soudés dépend de l’état de contrainte générée lors du soudage et de l’état d’expansion des tubes.
Contribution à la modélisation Coupe – paramètres d’usinage à l’aide de la Méthode de Traitement de Données par Groupe
(2013-10-26) Kara-Ali, Djamal Abdelillah
L’amélioration de la productivité en usinage nécessite un contrôle automatique du processus de coupe. C’est pourquoi, l’implémentation d’un système de surveillance en ligne de l’usure des outils de coupe devient nécessaire. Dans l’usinage, l'utilisation de l'approche classique pour développer une méthode fiable pour la prédiction de l’usure de l'outil avec un modèle mathématique basé sur la déformation plastique du matériau de travail ne peut pas toujours offrir des résultats satisfaisants. Parfois le modèle classique donne des erreurs de prévision assez large par la perturbation dans le processus de coupe. Ce travail traite la prédiction de l'usure en dépouille de l'outil dans une opération de tournage en utilisant une technique puissante appelée Méthode de Traitement de Données par Groupe (MTDG), comme outil de modélisation de processus. Il décrit la méthodologie d’élaboration du modèle mathématique multidimensionnel reliant les paramètres entrée-sortie du processus de coupe. Très adaptée aux processus complexes cette approche est aujourd’hui facilement implémentable sur des machines-outils compte tenu du développement spectaculaire des moyens informatiques. Son algorithme détermine une représentation mathématique entre l’usure en dépouille VB et les paramètres d’usinage. Le modèle a une grande capacité de prévision et indique l'influence des variables d'entrée sur la durée de vie de l'outil. Le modèle dérivé révèle que l'usure, et par conséquent la durée de vie est une fonction complexe des paramètres: vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe
Etude du comportement en fatigue des aciers pour pipelines à différents grades
(2013) Hadjoui, Féthi
Les chargements cycliques à amplitudes constantes caractérisés par le rapport de charge et l’amplitude de chargement cyclique ont été mis en évidence sur différents grades d’aciers API 5L à travers l’utilisation de la méthode de Harter et le modèle de propagation de Walker afin de prédire la durée de vie résiduelle en fatigue et la vitesse de fissuration. L’effet de la présence d’hydrogène a affecté fortement la vitesse de fissuration et la durée de vie. Une augmentation importante de la vitesse de fissuration et une diminution de la durée de vie en fatigue en présence d’hydrogène est constatée. La fissuration à travers les joints soudés dépend de l’état de contrainte générée lors du soudage et de l’état d’expansion des tubes.
Développement d’éléments finis courbés version-p pour les coques à double courbure et de formes géométriques arbitraires
(2011) Chorfi, Sidi Mohammed
L’évolution actuelle de la technologie amène à réaliser des projets de plus en plus complexes, coûteux, et soumis à des contraintes de sécurité de plus en plus sévères. Les coques à simple ou à double courbure sont d’usage courant en ingénierie structurale (génie mécanique, civil, construction navale, aéronautique, etc.). Devant la complication géométrique de la plupart des structures en coques, le recours aux éléments finis s’avère l’outil de simulation le plus répandu. Elle reste la méthode la plus universelle qui regroupe le plus grand nombre d’applications et qui constitue la base d’un très grand nombre de codes de calcul numérique commerciaux et académiques : NASTRAN, ASKA,SAP, MARC,ANSYS,TITUS,ADINA, ABAQUS … La version-p de la méthode des éléments finis s’est imposée ces dernières années par sa robustesse et sa bonne convergence pour marquer une étape importante dans le développement des calculs par éléments finis. Plusieurs travaux de recherche sur la version-p ont été réalisés et implantés dans des codes de calcul basés sur cette méthode ou sous intégrés dans les codes existants de la version-h standard. En se basant sur la théorie des coques épaisses, la version-p de la méthode des éléments finis est combinée avec la méthode des fonctions de mélange afin de générer un nouveau type d’élément coque version-p. Une représentation géométrique des coques est réalisée d’une manière indépendante du degré d'approximation de l'élément. Un code de calcul basé sur ce type d’élément est développé, testé, et validé avec succès. La performance et la robustesse du code élaboré ont permis l’étude d’une large panoplie de structures coques à comportement vibratoire linéaire et non linéaire, à simple et à double courbure, à matériau isotrope et fonctionnellement gradué, et de formes géométriques arbitraires. Beaucoup de résultats sont présentés sous forme de tableaux et de graphes.
Développement d’Eléments Finis Courbés Version-p pour les Plaques de Formes Géométriques Arbitraires
(2011) Belalia, Sid Ahmed
Afin de surmonter les difficultés de maillage par éléments finis des plaques avec des formes géométriques complexes, un nouveau élément-p courbé est développé dans cette thèse. Il permet une représentation exacte d'un domaine courbé sans affecter indûment la précision de l'approximation locale à l’aide des fonctions de Mapping. La théorie du premier ordre des plaques en matériaux à gradient fonctionnel et les hypothèses de la non-linéarité géométrique de Von Karman sont utilisées. Le matériau est supposé être dépendant de la température et les propriétés des matériaux varient selon une loi de puissance de distribution le long de l’épaisseur. Les fonctions de forme de l’élément-p triangulaire sont exprimées en termes de polynômes orthogonaux de Legendre déplacés. Les équations du mouvement vibratoire sont obtenues en appliquant l'équation de Lagrange et la méthode de l’équilibre harmonique et sont résolues itérativement par la méthode de linéarisation du mode propre. Un programme est élaboré pour le calcul des fréquences et modes propres des plaques. Les résultats obtenus comparés avec ceux disponibles dans la littérature montrent la rapidité de la convergence, l'exactitude et l'efficacité de l’élément-p courbé développé. Plusieurs exemples sont traités. Les paramètres de fréquences linéaires et non linéaires sont calculés pour différentes plaques isotropes et en matériaux à gradient fonctionnel avec différentes formes géométriques. Une discussion est établie pour déterminer l’influence des différents paramètres physiques et géométriques et des conditions aux limites sur le comportement nonlinéaire.

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