Thème 2 - De l’étude du comportement à la conception des structures composites et des matériaux architecturés

L’objectif premier de la conception est de définir un système assurant des besoins exprimés sous forme de fonctions et de performances attendues (critères d’évaluation). Au-delà de la réponse aux besoins, il est de plus en plus recherché des systèmes optimaux et robustes. Les performances du système, le coût, les délais doivent être les meilleurs possibles (optimum) et dans un souci de qualité et de fiabilité ces performances doivent être identiques d’un produit à un autre dans le cadre d’une production en série (robustesse). En effet, un produit de qualité doit garantir des niveaux de performances élevés et dépendants de variabilités dues à la fabrication ou à l’environnement en phase d'utilisation; il faut que le système satisfasse au besoin malgré ces variabilités et que les performances en dépendent le moins possible.

Nous recherchons des méthodes et démarches d’analyse des variabilités et d’optimisation pour assister le concepteur dans ses décisions de choix de concept (conception préliminaire), d’évolution de solutions détaillée (Conception détaillée) et de choix de tolérances. Les connaissances initiales sont les données fonctionnelles (objectifs et contraintes) et structurels (structure physique) ainsi que les modèles de comportement physique (thème de recherche 1).

Idéalement, la conception d'un système mécanique ou énergétique doit conjointement et de manière fiable prendre en compte l'ensemble des critères et des objectifs fonctionnels de conception, ainsi que les incertitudes et la variabilité inhérentes au processus de conception; le concepteur cherche à déterminer un système dont il pourra effectivement qualifier la valeur et la sensibilité une fois définis l'architecture et les dimensions du système. Ce processus itératif peut être formalisé à l'aide d'un modèle mathématique d'optimisation reliant des variables de décision (variables de conception) à des indicateurs de performances (objectifs). La formalisation et le traitement numérique des problèmes d'optimisation en conception posent des difficultés et nécessitent des méthodes spécifiques. Le nombre de dimensions (variables de conception ou degrés de liberté) du problème d'optimisation, la complexité des modèles mis en œuvre (modèles physique et physico-chimique, modèles d'agrégation d'objectifs), la multiplicité des solutions, le traitement de l'incertitude et de la variabilité sont les principales difficultés rencontrées. La recherche de solutions robustes à la fois du point de vue décisionnel (solutions peu sensibles à la définition des objectifs prioritaires) et physique (solutions peu sensibles à la variabilité des matières, matériaux, dimensions, etc.) est un de nos principaux axes de recherche.

Les apports revendiqués sont du domaine de:

  • La réduction des modèles physiques ou physico-chimiques différentiels,
  • La mise en forme des connaissances en vue de l’optimisation (en lien direct avec le thème 1)
    • La formalisation des fonctions et des contraintes de conception en critères mathématiques (objectif et contraintes) d’optimisation
    • La formalisation des modèles d'agrégation d'objectifs
    • Le traitement numérique des problèmes d'optimisation multi-objectifs
  • Le développement d’algorithmes de recherche de solutions optimales (méthodes par analyse d'intervalles, polytopes)

Les domaines d’expertises sur ce thème reprennent les domaines d’expertise suivant du département :

  • Les systèmes énergétiques (échangeurs, séchoirs, évaporateurs),
  • Les pièces obtenues par déformation plastiques (emboutissage, hydroformage)
  • Les dispositifs médicaux (prothèses temporo-mandibulaire, prothèses du rachis)
  • Le tolérancement géométrique (polytopes, phénomènes thermo-mécaniques)

Une présentation non exhaustive des activités de recherche est détaillée dans les fiches projet suivantes: