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  Laboratoire de mécanique appliquée et d'analyse de fiabilité 
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
MASTER PROJECTS / PROJETS DE "MASTER"
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LISTE DE PROJETS PAR DISCIPLINE


A Mécanique de la Rupture
B Biomécanique et Biomatériaux
C Mécanique des Solides et des Contacts
D Structures et Vibrations

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Head:
Prof. John Botsis

Secretariat
Laboratoire de mécanique appliquée et d'analyse de fiabilité
EPFL-STI-I2S-LMAF
Batiment ME - C1 391
station no9
CH - 1015 Lausanne

tel. +41 21 693-2937
fax +41 21 693-7340

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 PROJETS

Mécanique de la Rupture
Biomécanique et Biomatériaux
Mécanique des Solides et des Contacts
Structures et Vibrations


webmasters.lmaf@epfl.ch

last update:
24 November 2006

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


A MECANIQUE DE LA RUPTURE; MECANIQUE EXPERIMENTALE

A1 Modélisation de l'interaction front de fissure-fibre
A2 Mechanical characterization and finite element simulation of electronic packages
A3 Application des fibres optiques à réseaux de Bragg pour la mesure de déformation et la détection de l'endommagement dans un matériau composite
A4 Identification des propriétés d'adhésion entre l'époxy et le verre

A1 Modélisation de l'interaction front de fissure-fibre   back to A

La rupture finale d'un composite est le résultat de l'accumulation de divers mécanismes élémentaires coexistants qui dépendent notamment de la nature des matériaux constitutifs et des sollicitations mécaniques imposées :ils s'accompagnent généralement du phénomène de dé-cohésion de l'interface fibre-matrice, de la rupture des fibres, de la rupture transverse ou longitudinale de la matriceattributs On recherche ici à caractériser l'interaction front de fissure-fibre de verre dans le cas d'une propagation de fissure stable quasi-statique dans un composite fissuré constitué d'une matrice époxyde.
A partir des travaux numériques réalisés au LMAF et des essais expérimentaux en cours, il est prévu de poursuivre la modélisation numérique de ce problème fortement tridimensionnel : maillage et remaillage 3D adaptatif approprié, critère d'avancement / arrêt de la fissure, introduction éventuelle de contraintes résiduelles le long de l'interface matrice-fibre. On envisage notamment de simuler le phénomène de dé-cohésion et de retrouver la forme du front de fissure observé expérimentalement au voisinage de la fibre.
Ce projet nécessite une bonne connaissance de la méthode des éléments finis (MEF) et de son application avec le code de calcul ABAQUS. Le candidat est susceptible de participer aux tests expérimentaux.
Responsables : Dr. L. Humbert, Prof. J. Botsis

A2 Mechanical characterization and finite element simulation of electronic packages back to A

Electronic packages (CPUs & IC chips mounted on PCBs) are complex multimaterial structural systems operating under dynamic thermal and mechanical loading conditions. In recent electronic products (mobile phone, laptop, automotive & aerospace electronics) the solder joints may not only be electrical inter-connections but may also play a significant role in the mechanical stability of the package. Due to possible scale effects, the mechanical properties of the constituents should be determined at the same characteristic size as the real components or even preferably directly in-situ in a real product. The aim of this project is to further develop an inverse identification method based on both finite element modelling and optical strain & temperature measurements (Digital Image Correlation, Infrared Camera) to determine in-situ the elasto-visco-plastic constitutive properties of lead-free solder alloys. The student will participate in the design of the specimens, the development of the experimental procedure for testing selected joint designs subjected to thermal and mechanical solicitations and correlate the results with adequate finite element models.
Contact persons : Dr. J. Cugnoni, Prof. J. Botsis

A3 Application des fibres optiques à réseaux de Bragg pour la mesure de déformation et la détection de l'endommagement dans un matériau composite   back to A

Parmi les techniques de mesure employées en mécanique expérimental, les fibres optiques à réseaux de Bragg (FBG) connaissent un essor considérable depuis leur lancement sur le marché au début des années 90. Ces jauges optiques, noyées dans la matière, permettent en effet une mesure localisée et directe de la déformation au sein d'un milieu élastique. A ce titre elles ont largement prouvées leur utilité, comme capteurs optiques de contraintes, dans les domaines industriels nécessitant un moyen de contrôle fiable in situ du comportement interne de structures homogènes en service (ponts, charpentes d'immeubles, réacteurs, …). Cet engouement doit assurément beaucoup aux méthodes de fabrication relativement simples des réseaux de Bragg qui en font des instruments optiques d'avenir peu coûteux et de très grande qualité, favorisant une production de masse.
Des études récentes au LMAF ont montrées, par ailleurs, que les FGB étaient bien adaptées à l'étude du comportement mécanique des composites. Servant à la fois de renforts et de jauges encastrées soumises à un champ de déformation non uniforme, elles conduisent par exemple à une mesure directe et non perturbatrice des forces pontantes une fissure dans la matrice. Leur emploi semble également prometteur pour l'étude systématique de l'interface fibre/matrice et la détection de l'endommagement dans les composites fibres de verre/matrice époxyde.
Plusieurs projets relatifs à leurs applications en mécanique sont proposés ci-dessous :
• Calibration et utilisation des senseurs de Bragg pour l'étude du comportement de plaques stratifiées sous chargement dynamique : analyse modale et transitoire. Comparaison avec les résultats fournis par des modèles éléments finis et d'autres procédés expérimentaux (accéléromètres, vibromètres, …).
• Calibration et implémentation d'FBG, sensibles aux déformations transversales, dans des spécimens massifs en époxy sous chargement biaxial. Interprétation des réponses obtenues pour différents arrangements simples, corrélation des résultats avec ceux provenant de modèles analytiques ou numériques.
• Evaluation de la distribution de déformation suivant l'épaisseur de plaques stratifiées en flexion. Fabrication des éprouvettes et mesures à réaliser pour des conditions aux limites variées : supports simples, encastrement, chargement linéique ou ponctuel. Modélisation numérique associée.
• Conception et réalisation d'un test pilote visant à intégrer un senseur de Bragg et un actuateur. Corrélation de la réponse du senseur avec l'actuateur.
• Pour un test d'arrachement (fabrication des éprouvettes, conception et réalisation du montage expérimental) et une interface fibre/matrice époxyde parfaite, évaluation de la distribution de déformation le long de la fibre. Confrontation avec les prédictions données par des modèles analytiques existants.
• Caractérisation des propriétés mécaniques d'une interface fibre de verre/ matrice époxyde à partir de tests d'extraction - enfoncement appropriés. Effet du silane sur la tenue interfaciale : influence de l'ensimage.
• Conception et réalisation d'un test simple visant à décrire quantitativement l'effet d'un défaut localisé, dans une matrice époxyde, sur la réponse d'un senseur de Bragg.
• Détection du délaminage dans un matériau composite stratifié au moyen des FBG.
Responsables : Prof. J. Botsis, Dr. F. Colpo, L. Sorensen, Dr. L. Humbert

A4 Identification des propriétés d'adhésion entre l'époxie et le verre back to A

Les propriétés d'adhésion entre l'époxie et le verre jouent un rôle important sur le comportement mécanique de matériaux composites à matrice époxie renforcée de fibres de verre. Ces propriétés sont difficiles à mesurer, car, typiquement, le processus de décohésion est instable.
Une éprouvette originale en forme de ventouse en époxie moulée sur un disque en verre a récemment été conçue au LMAF. Cette éprouvette offre l'avantage de présenter une décohésion stable lorsque l'on tire dessus. Elle permet une mesure précise de l'énergie de décohésion, la tension limite d'adhésion et l'écart à la rupture.
Le but spécifique du projet est d'étudier l'influence sur les propriétés d'adhésion entre l'époxie et le verre, d'un ou deux facteurs choisis parmi les suivants :

o la composition de l'époxie,
o la composition du verre,
o la préparation de la surface du verre. (déshydratation au silane, séchage),
o la température de moulage,
o la durée et la température de polymérisation,
o le retrait et les contraintes résiduelles qui en résultent,
o la vitesse de changement,
o la température ambiante au cours de l'essai.

Responsables : Prof. A. Curnier, A. Sekulic


B BIOMECANIQUE ET BIOMATERIAUX
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B1 Modélisationde dents humaines en 2D et 3D
B2 Contraction des muscles
B3 Viscoélasticité des ligaments
B4 Modélisation par éléments finis d'une prothèse de pied
B5 Poroélasticité

B1 Modélisation de dents humaines en 2D et 3D   back to B

Le but de ce projet est une modélisation géométrique et numérique par éléments finis d'une dent humaine et d'un segment de mandibule. Basée sur des images d'un scanner CT ou des photos d'un microscope, une reconstruction en 2D (section par section) est réalisée. Différentes parties de sections de la dent (émail, dentine et pulpe) sont séparées. Les contours obtenus sont ensuite transférés dans le programme IDEAS-MASTER ou MSC/PATRAN et utilisés pour créer une géométrie bi- ou tri-dimensionelle. Finalement, un modèle d'éléments finis en 2D ou 3D est créé et testé pour les propriétés des matériaux et conditions aux limites simplifiées. Ce projet prépare au travail de diplôme intitulé : "Modélisation et simulation numérique du comportement de dents humaines" pour le groupe de biomécanique dentaire.
Responsables : Prof. J. Botsis, Dr. A. Wiskott

B2 Contraction des muscles   back to B

La locomotion du corps humain est fondée sur la contraction musculaire. La modélisation mécanique des muscles, surtout de leur contraction, est en retard sur celle des os, cartilages ou ligaments. En effet, les modèles existants du comportement passif du muscle déformable (inerte), comportement essentiellement viscoélastique, sont déjà moins satisfaisants que ceux du ligament par exemple, en raison de la longueur variable du muscle au repos. De plus, les rares modèles du comportement actif du muscle contractile (vivant), le phénomène de contraction précisément (son rôle de moteur), restent assez schématiques.
Le but de ce projet est d'apprendre un modèle du muscle unidimensionnel récemment développé au laboratoire ; de l'améliorer si jugé nécessaire ; et enfin de le généraliser à trois dimensions.
Ce projet d'actualité se situe en biomécanique des tissus déformables. Le candidat doit être attiré par la modélisation mécanique (conception et formulation de modèles), et l'analyse numérique (MEF, MIL).
Ce projet peut convenir pour des travaux de semestres et de diplôme.
Responsables : Prof. A. Curnier

B3 Viscoélasticité des ligaments   back to B

Les ligaments et tendons qui relient les os entre eux et aux muscles ont un comportement viscoélastique. Ces tissus fibreux sont transotropes et ils sont souvent soumis à de grandes déformations.
Il s'agit d'abord de se familiariser avec la viscoélasticité linéaire et non linéaire isotrope puis de formuler une loi viscoélastique non linéaire transotrope. Il est ensuite prévu de programmer cette loi dans le programme d'analyse mécanique des solides et des contacts TACT. Enfin, il est envisagé d'identifier certaines propriétés viscoélastiques du desmodonte (ligament qui relie les dents aux machoires), à l'aide d'une machine de traction ou de cisaillement.
Ce projet est un apprentissage de la biorhéologie des tissus. Le candidat doit être attiré par la modélisation mécanique (formulation de modèles) et les méthodes numériques (MEF, LIM, MDF). Ce projet couvrant la trilogie : formulation théorique, calcul numérique et identification expérimentale, peut convenir pour des projets de semestres ainsi que comme travail de diplôme.
Responsables : Prof. A. Curnier

B4 Modélisation par éléments finis d'une prothèse de pied   back to B

Dans le cadre de ses missions humanitaires, le CICR en association avec une entreprise fabrique des    prothèses de pied dont le critère de conception est une   longévité maximale avec un coût minimal. Sur le terrain,    ces prothèses sont parfois soumises à des conditions   d'utilisation extrêmes. Le modèle actuel, en dépit    d'une fiabilité globalement satisfaisante, a montré    certaines faiblesses notamment au niveau de la plante du pied    où des cassures ont eu lieu.
L'objectidu projet proposé est d'optimiser la géométrie de la prothèse en vue d'unemeilleure distribution des contraintes.
Le travail à réaliser consiste en une modélisation tridimensionnelle de la prothèse actuelle puis son optimisation à travers une étude paramétrique utilisant des simulations par éléments finis.
Ce projet constitue une application concrète de la méthode des éléments finis et permet la familiarisation avec les outils modernes de modélisation et de calcul numérique(IDEAS, ABAQUS).
Responsables : Prof. J. Botsis

B5 Poroélasticité   back to B

Le tissu osseux est un matériau vivant qui se remodèle continuellement par un processus de résorption et de formation couplé dans l'espace et le temps et partiellement orienté vers l'adaptation aux sollicitations mécaniques. La circulation d'une phase fluide dans ses porosités périvasculaire et lacuno-canaliculaire semble jouer le rôle de mécanotransduction dans le tissu osseux en couplant la déformation de la matrice extracellulaire à une contrainte de cisaillement à la surface des cellules.
Dans ce contexte, le projet vise à développer un schéma de résolution des équations de la poroélasticité non-linéaire dans le programme d'éléments finis TACT.
Le travail, de nature numérique, consiste à formuler et à programmer un schéma d'intégration des champs de déplacements solides et de vitesses fluide de la poroélasticité en petites et grandes déformations dans le cas 1D.
Au cours de ce projet, le candidat gagnera une connaissance approfondie de la poroélasticité et des méthodes numériques de résolution d'équations différentielles couplées.
Responsables : Prof. A. Curnier


C MECANIQUE DES SOLIDES ET DES CONTACTS
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C1 Solide
C2 Eléments finis triangle et tétraèdre
C3 Déformation et contrainte coercives
C4 Elasticité convexe de rang-un
C5 Cardan élastique
C6 Lubrification à deux corps
C7 Usure

C1 Solide   back to C

Entre le solide concentré et le solide continûment déformable, il existe plusieurs modèles intermédiaires dont le solide rigide, le solide affine, le solide flexible et le solide discrétisé (en éléments finis, par exemple). À ce jour, la construction d'un modèle hiérarchique complet constitue une voie prometteuse d'analyse des systèmes mécaniques complexes, notamment des systèmes articulés comme les robots ou le corps humain.
Il s'agit d'étudier la cinématique, la dynamique et l'énergétique du solide affine, en les raccordant à celles des solides rigide et discrétisé de chaque coté de la chaîne.
Ce projet est un approfondissement introspectif de la mécanique des solides conduisant à un modèle inédit. Le candidat doit être attiré par la mécanique analytique.
Responsables : Prof. A. Curnier

C2 Eléments finis triangle et tétraèdre   back to C

Une formulation complète du solide affine en grandes transformations est en voie d'achèvement au sein de notre équipe (voir projet "Solide affine " pour un complément de description). Outre son intérêt introspectif, ce modèle constitue le fondement des éléments finis triangle en 2D et tétraèdre en 3D, dits simplexes.
Il s'agit de programmer l'élément fini triangle et/ou tétraèdre dans le programme d'analyse mécanique des solides et des contacts TACT et de le valider.
Ce projet est un apprentissage de la méthode des éléments finis. Le candidat doit être attiré par l'analyse numérique et la programmation en FORTRAN.
Responsables : Prof. A. Curnier

C3 Déformation et contrainte coercives   back to C

De nouvelles mesures (tenseurs) dites métriques de la déformation et de la contrainte au sein d'un solide déformable ont récemment été formulées par notre équipe. Ces grandeurs permettent de prolonger les lois de comportement élastique, visqueux et plastique habituelles des petites aux grandes déformations (sans aucune modification de ces lois), ce qui est d'un grand intérêt.
Après s'être familiarisé avec ce nouveau formalisme, il s'agit de programmer cette déformation et cette contrainte métriques dans le programme d'analyse mécanique des solides et des contacts TACT, et de les valider.
Ce projet est un approfondissementde la mécanique des solides déformables théorique et numérique. Le candidat doit être attiré par les méthodes numériques (MEF, LIM) et la programmation en FORTRAN.
Responsables :Prof.A. Curnier

C4 Elasticité convexe de rang-un   back to C

De nombreux polymères élastomères (comme le caoutchouc) et de nombreux tissus vivants (comme les ligaments, les tendons ou les membranes) conservent un comportement élastique non linéaire jusqu'à de très grandes déformations, dont ils sont d'ailleurs le siège en fonctionnement normal. En grandes transformations, la loi de comportement élastique d'un tel matériau doit dériver d'une énergie élastique convexe de rang-1 pour rester monotone (croissante) et déboucher sur des problèmes qui restent bien posés.
Il s'agit d'abord de formuler une loi élastique isotrope monotone de rang-un existante ; puis de l'évaluer en déformations et contraintes homogènes à l'aide du logiciel Mathematica par exemple;  et éventuellement de programmer cette loi dans le programme d'analyse mécanique des solides et des contacts TACT.
Ce projet est un approfondissement de l'élasticité non linéaire isotrope. Le candidat doit être attiré par l'analyse théorique et la programmation numérique.
Responsables : Prof. A. Curnier

C5 Cardan élastique   back to C

Les systèmes mécaniques comportent environ autant de liaisons que de composants solides. Rappelons qu'une liaison entre deux solides est un mécanisme (glissière, charnière, rotule, cardan, attributs.) qui bloque certains des 6 degrés de liberté relatifs (de l'un des solides par rapport à l'autre) tout en laissant libres les degrés restants. Certains systèmes articulés (notamment les appareils de mesure) requièrent des liaisons sans jeu pour fonctionner convenablement. Lorsque le débattement des degrés à libérer est petit et qu'une légère résistance à leur liberté est tolérable, une liaison élastique est une solution simple et élégante. Par exemple, un dynamomètre est une liaison élastique.
Un cardan élastique (souple selon deux axes de flexion) existe au LMAF de longue date. Le but de ce projet est de déterminer, par la mécanique des structures et/ou la méthode des éléments finis, les 6 rigidités de ce cardan; puis d'en optimiser la forme en fonction du torseur des efforts prévus; et enfin d'en automatiser la conception voire la fabrication.
Ce projet est un apprentissage de la conception et l'optimisation des structures. Le candidat doit être attiré par la conception et l'analyse numérique appliquée.
Responsables : Prof. A. Curnier

C6 Lubrification à deux corps   back to C

Un contact lubrifié est normalement formé de trois corps : deux solides, disons le stator et le rotor, séparés par un film liquide, le lubrifiant. La théorie classique de la lubrification (équation de Reynolds) est centrée presque exclusivement sur le troisième corps, puisqu'elle réduit le rôle du stator et du rotor au convergent qu'ils forment et à leur vitesse relative.
Le but de ce projet est de formuler un modèle de contact lubrifié à deux corps seulement : le stator et le rotor. Le lubrifiant sera remplacé par une loi tribologique lubrifiante, combinant le pouvoir séparant du convergent à la viscosité du lubrifiant. (Autrement dit, la loi lubrifiante spatiale sera convertie en loi matérielle). Sous réserve de réussite, il faudra ensuite programmer cette loi dans le programme d'analyse mécanique des solides et des contacts TACT et la valider.
Ce projet est un apprentissage de la mécanique des contacts et la tribologie. Le candidat doit être attiré par la modélisation mécanique (conception et formulation de modèles).
Responsables : Prof. A. Curnier

C7 Usure   back to C

La tribologie (à l'image de la rhéologie) est composée du contact unilatéral (élasticité), du frottement (plasticité), de la lubrification (viscosité), de l'adhésion (endommagement) et de l'usure (désagrégation). Au laboratoire, le contact unilatéral et le frottement sont maîtrisés, la lubrification et l'adhésion sont en cours de développement (voir projet "lubrification à deux corps" ci-dessus), mais l'usure par frottement n'a jamais été abordée.
L'objet de ce projet est de formuler la loi d'usure d'Archard ("l'épaisseur usée est proportionnelle à la vitesse de glissement") et de l'intégrer aux lois existantes de contact unilatéral avec frottement. Il faudra ensuite programmer cette loi dans le programme d'analyse mécanique des solides et des contacts TACT et la valider.
Ce projet est un apprentissage de la mécanique des contacts et la tribologie. Le candidat doit être attiré par la modélisation mécanique (conception et formulation de modèles) et la programmation en FORTRAN.
Responsables : Prof. A. Curnier


D STRUCTURES ET VIBRATIONS
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D1 Identification dynamique des propriétés d’amortissement de matériaux composites
D2 Analyse du contrôle vibratoire actif de structures en matériaux composites
D3 Calcul par éléments finis du comportement dynamique d’un composant mécanique
D4 Analyse et optimisation d'un isolateur électrique pour lignes à hautes tensions en matériau mixte composite/acier (en collaboration avec Sefag AG)
D5 Conception et contrôle du comportement modal de snowboards ultra légers (en collaboration avec Nidecker SA)
D6 Optimisation de la construction d'un porte-bobines Non-Stop (en collaboration avec Polytype Converting SA)
D7 Design of Cubesat Structure (in collaboration with LMTS)
D8 Etude des vibrations des têtes de bobine dans un hydro-alternateur de grande taille (en collaboration avec Alstom Switzerland)
D9 Optimisation numérique d'un porte-satellite flexible (en collaboration avec Minimotor SA) (en collaboration avec Minimotor)

D1 Identification dynamique des propriétés d’amortissement de matériaux composites   back to D

Pour tirer pleinement profit des avantages des matériaux composites dans la conception de structures de hautes performances, il est essentiel d’en connaître avec précision les propriétés d’élasticité et d’amortissement interne. Le travail consistera à développer une méthode de caractérisation mixte numérique (éléments finis) et expérimentale (mesures vibratoires) permettant l’évaluation de l’amortissement visqueux interne de structures en matériaux composites. En se basant sur une brève étude bibliographique, le candidat définira les grandes lignes d’une méthode adaptée et validera le principe sur un cas concret (mesures vibratoires et calculs par éléments finis).
Responsables : M. Matter, Prof. Th. Gmür, Dr. A. Schorderet (LCSM)

D2 Analyse du contrôle vibratoire actif de structures en matériaux composites back to D

Afin de contrôler l'amplitude des vibrations affectant une structure composite stratifiée en service, il est possible de remplacer les couches amortissantes collées en surface ou noyées à l'intérieur de la matière par un réseau de transducteurs piézo-électriques incrustés ou embarqués. Après une première étape d'identification expérimentale numérique des propriétés d'amortissement des structures viscoélastiques passives, le travail consistera à entreprendre une étude de faisabilité relative au contrôle actif par capteurs et actionneurs, puis à développer un premier équipement expérimental exploitant ce type de solution
Responsables :Prof. Th. Gmür, M. Matter

D3 Calcul par éléments finis du comportement dynamique d’un composant mécanique   back to D

Ce thème s’attache à l’application d’un logiciel d’éléments finis pour simuler le comportement vibratoire d’une structure telle qu’un snowboard ou un composant de motocycle. Il peut être complété par une étude expérimentale pour vérifier le modèle numérique ou par une phase d’optimisation géométrique.
Responsables : Prof. Th. Gmür, Dr A. Schorderet (LCSM)

D4 Analyse et optimisation d'un isolateur électrique pour lignes à haute tensions en matériau mixte composite/acier (en collaboration avec Sefag AG)   back to D

Le dessein principal du projet est la caractérisation et la prédiction du comportement mécanique et des propriétés de rupture de joints en matériaux mixtes composite-métal utilisés dans des isolateurs électriques. Ces joints structuraux sont formés d'une tige en matériaux composites (résine époxyde renforcée par des fibres de verre) à embouts métalliques sertis. Les méthodes d'analyse englobent (a) des simulations numériques de la distribution non linéaire des contraintes au cours du sertissage, (b) des études numériques et expérimentales des joints sous fortes charges de traction et de flexion et (c) une évaluation de l'influence de quelques paramètres de conception sur la performance mécanique des joints. (voir http://www.sefag.ch).
Responsables : A. Prenleloup, Prof. Th. Gmür, Prof. J. Botsis,

D5 Conception et contrôle du comportement modal de snowboards ultra légers (en collaboration avec Nidecker SA)   back to D

Le projet propose d'analyser la technologie des structures à noyau en nid d'abeille et d'étudier les possiblités d'intégration d'une telle technologie dans les snowboards afin de concevoir des planches ultra légères. La démarche s'appuiera dans un premier temps sur le développement d'un modèle numérique intégrant cette technologie et, dans une seconde étape, sur la validation dynamique modale (fréquences propres, formes propres, facteurs d'amortissement) sur un prototype en laboratoire et au cours d'essais in situ (voir http://www.nidecker.ch).
Responsables : Chr. Beguin, Prof. Th. Gmür, Dr A. Schorderet (LCSM)

D6 Optimisation de la construction d'un porte-bobines Non-Stop (en collaboration avec Polytype Converting SA)   back to D

Un porte-bobines Non-Stop est un élément de machine de laquage et contre-collage permettant de dérouler et enrouler une bande en continu sous forme de bobines. Il est constitué principalement d'un cadre rotatif portant deux bobines sur des broches entraînées et d'une paire de supports fixés au sol et servant de point de rotation au cadre porte-bobines. Le travail consistera à définir les contraintes et déformations statiques et dynamiques de la construction existante et à établir les points faibles ou critiques de cette construction. Le candidat portera aussi son attention sur l'optimisation de ces points critiques (voir www.polytype.com)
Responsables : Prof. Th. Gmür

D7 Design of Cubesat Structure   back to D

EPFL will be designing a 1kg, 10cm3 cubic satellite (Cubesat - http://swisscube.epfl.ch) and its intended launch date is 2008. This interdisciplinary project will be managed by the Space Centre and the LMTS, and our contribution will be the design of the cubesat structure. The frame of the cubesat must be lightweight, yet be robust enough to keep the satellite (including the electronics inside and the solar cells outside) intact during the vibrations and shocks of launch, and must survive repeated thermal shocks as the cubesat goes from direct sunlight to being in the shadow of the earth. Our job includes choosing construction materials, and designing the frame and attachments. The final design decisions will be based on criteria including: robustness, cost, feasibility and risk.
In the context of a semester project, the student will first become familiar with the cubesat project and its requirements. The student will then research design options and create computer models, which can be tested for their resistance to various loading scenarios. It would be considered favourable if the student would consider returning to continue this project for his/her diploma (masters) project. In future work, prototypes will need to be constructed and more rigorous testing performed, including vibration analysis.

L’EPFL va concevoir un satellite cubique d’un kilo et 10cm3 (Cubesat - http://swisscube.epfl.ch) qui sera lancé en 2008. Ce projet interdisciplinaire, géré par le Space Centre de l’EPFL et le LMTS, demande au LMAF de contribuer, en concevant des plans pour la structure de ce satellite. Ce cubesat devrait avoir un cadre léger, mais assez robuste pour que le satellite (électronique à l’intérieur et cellules solaires à l’extérieur inclus) résiste aux vibrations du lancement et aux chocs thermiques répétés dus à l’alternance des jours et nuits. Le travail proposé consiste à choisir des matériaux convenables et à concevoir le cadre et ses points d’attache. La conception finale sera choisie en utilisant des critères tel que la robustesse, le coût, la faisabilité et le risque.
Dans le contexte d’un projet de semestre, l’étudiant(e) devra d’abord se familiariser avec le projet cubesat et ses besoins. Ensuite, il/elle proposera différentes conceptions et créera des modèles numériques permettant d’analyser la résistance du cubesat aux différents scénarios. Il serait souhaitable que l’étudiant(e) puisse poursuivre le projet comme travail de diplôme (master). La continuation du projet nécessitera la production de prototypes et la réalisation d’expériences plus approfondies, comprenant notamment des tests vibratoires.

Contact persons : Prof. John Botsis, L. Sorensen

(for Cubesat issues not directly related to the structural aspects stated above, contact Renato Krpoun in the LMTS: renato.krpoun@epfl.ch)

D8 Etude des vibrations des têtes de bobine dans un hydro-alternateur de grande taille   back to D

Les têtes des bobines d’un alternateur en charge subissent des forces électromagnétiques qui dépendent à la fois des courants circulant dans les conducteurs et du champ de fuite dans la partie frontale de l’alternateur. Pouvant être calculées à l’aide de méthodes connues, ces forces dont l’intensité est liée à la puissance de la machine, conditionnent la construction des têtes de bobine ainsi que des supports nécessaires. On s’intéressera aux effets des forces sur cette construction qui est parfois complexe. En particulier, on développera un outil analytique simple qui permet avec une certaine précision d’estimer les modes de vibration, les fréquences propres ainsi que les amplitudes d’oscillation d’une telle structure. Une vérification des résultats obtenus avec le modèle analytique sera réalisée à l’aide d’un outil de calcul d’éléments 3D (voir http://www.alstom.ch)
Responsable : Prof. Th. Gmür

D9 Optimisation numérique d'un porte-satellite flexible (en collaboration avec Minimotor SA)   back to D

Le but du projet est de concevoir un nouveau concept de porte-satellite pour un réducteur planétaire. Il s’agira d'optimiser la géométrie actuelle au moyen d'une modélisation par éléments finis en étudiant le comportement statique et dynamique de la structure et, éventuellement, de proposer une nouvelle configuration. Ce projet nécessite une bonne connaissance de la conception mécanique et surtout de l’inventivité et de l’imagination. (voir http://www.minimotor.ch)
Responsable : Prof. Th. Gmür

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