Search

Depuis quelques années dans le domaine du cyclisme de route, le confort des vélos est devenu un élément au moins aussi recherché que la performance. Le confort est une préoccupation majeure pour 90 % des cyclistes. Les cyclistes sur route passionnés enfourchent leurs vélos pendant plusieurs centaines d’heures chaque année. Ils souhaitent donc utiliser un vélo qui aura la capacité de réduire les vibrations générées par la route. Un sondage réalisé auprès de 320 cyclistes a montré que les vibrations transmises au niveau de la main sont considérées comme la plus grande source d’inconfort. Ce travail a permis de développer une approche permettant d’estimer le niveau de vibrations transmis au niveau de la main du cycliste par sous-structuration. Les méthodes de sous-structuration permettent de prédire le comportement dynamique d’un assemblage de structures par caractérisation de chacune des structures prise séparément. Bien que ces méthodes existent depuis des dizaines d’années, aucune étude n’avait investigué l’assemblage de deux structures par sous-structuration lorsqu’une d’entre elles est l’Humain. L’approche proposée consiste à mesurer la réponse biodynamique du système main-bras en posture cycliste et à prédire la puissance vibratoire au niveau de la main du cycliste à l’aide d’une méthode de sous-structuration. Cette thèse présente les éléments importants issus de ces travaux. Deux méthodes de couplage ont été identifiées et testées pour prédire l’influence du système main-bras sur le comportement dynamique de structures mécaniques simples. La variabilité de réponse du système main-bras de plusieurs sujets a été analysée. Des caractéristiques communes à plusieurs sujets ont été identifiées dans la réponse biodynamique de leurs systèmes main-bras. Finalement, l’importance relative du cycliste par rapport au vélo sur le comportement dynamique de l’assemblage vélo – cycliste au niveau de la main a conduit au développement d’une méthode de caractérisation de la répons

Les cyclistes peuvent rouler plusieurs heures sur des routes d'une qualité souvent médiocre. L’amélioration du confort des vélos de route est donc un critère de conception important dans l’industrie du cycle. Le fait que l’humain joue un double rôle de récepteur de vibration et de composant dynamique important sur un vélo complexifie l’étude du confort cycliste. De ce fait, les fabricants de vélos n’ont actuellement pas d'idée précise sur ce qui influence réellement le confort et cela limite leur capacité d'améliorer le confort de leurs produits. L’objectif de ce mémoire est de trouver les composants qui ont le plus d'influence sur le niveau d'accélération, de force et puissance transmises aux mains et aux fesses du cycliste. Cet objectif est atteint en trois étapes, qui ont fait chacune l’objet d’articles de journaux inclus dans ce mémoire. La première étape est le développement d'une technique pour reproduire l’excitation de la route en laboratoire. Cette étape comprend d'abord la mesure de vibration sur un vélo roulant sur une route très granulaire (bitume usé sans crevasses et sans nids de poules). Il y est ensuite question de la méthode de reproduction avec des excitateurs linéaires reproduisant la vibration de la route sous les roues d'un vélo avec un cycliste. La deuxième étape est l’élaboration d'un protocole expérimental conçu pour réduire au maximum les incertitudes reliées à l’interaction du cycliste sur le vélo et aux conditions d'essais. Ce protocole optimise la position du cycliste et des conditions d’essais pour augmenter la répétabilité des mesures des vibrations transmises aux mains et aux fesses du cycliste. Malgré ces précautions concernant la répétabilité, le système vélo-cycliste n'est pas déterministe. Une approche statistique rigoureuse doit donc être utilisée pour analyser les essais. La troisième étape est la campagne de mesure qui répond directement à l’objectif de ce mémoire. Elle se résume en une première série d’essais qui détermine pour

L'industrie du vélo utilise à profusion le terme confort sans savoir parfaitement ce que cela représente. Aucun outil scientifique n'existe afin d'identifier le confort et ainsi la conception d'un simulateur de vibration de la route est envisagée. Le principal objectif de ce projet de maîtrise est de concevoir un simulateur permettant de reproduire le profil de la route afin de retrouver les mêmes niveaux de vibration que lorsque le vélo roule sur la route. Ainsi, la conception du simulateur se divise en deux parties : la conception mécanique du banc de test qui sert de pièce maîtresse du simulateur ainsi que le calcul des profils numériques des routes. Le premier volet présente la conception mécanique du banc de test. Le banc de test est la pièce maîtresse qui supporte le vélo et qui transmet le mouvement provenant des actionneurs à l'aide d'un bras d'amplification mécanique des mouvements. Le mouvement est créé par des actionneurs de la compagnie D-Box qui présentent plusieurs limitations et contraintes influençant directement la conception du banc de test et le calcul des profils de route. La démarche afin de calculer des profils numériques des routes est présentée dans le deuxième volet. Les profils de route sont la représentation numérique de la route réelle. Ces derniers servent de signal alimentant les actionneurs du banc de test. Afin de calculer les profils, il est nécessaire de faire des mesures d'accélération sur la route et, à l'aide de la technique du problème inverse, les profils de route sont calculés. La démarche de conception se termine avec une validation du simulateur. Ce chapitre dédié à la validation démontre que l'utilisation d'une amplification mécanique à l'aide d'un bras de levier n'influence pas les mesures. La précision de la reproduction de la route est également étudiée alors qu'un écart de 6% à 9% est remarqué entre les mesures d'accélération sur la route et celles sur le banc de test. Le dernier volet du mémoire présente un exemple d'u

Quoique plusieurs travaux de recherche aient été entrepris durant les deux dernières décennies afin d'améliorer les méthodologies de conception de capteurs à jauges, aucune approche systématique de conception et d'évaluation de la performance, basée sur des considérations pratiques, n'a été développée. Compte tenu de ce constat, l'objectif principal de cette thèse de doctorat est d'élaborer une méthode systématique de conception de capteurs à jauges permettant au concepteur de faire un choix éclairé dans la sélection de la solution finale. Pour répondre à cet objectif, l'auteur propose une méthode systématique basée sur la résolution d'un problème d'optimisation multi-objectif. Cette méthode se déroule en trois temps : les étapes préliminaires, le processus itératif de résolution du problème d'optimisation et le traitement des résultats. La représentation graphique des résultats dans l'espace des objectifs du problème d'optimisation constitue le principal résultat de la méthode systématique développée dans le cadre de cette thèse. La méthode systématique est mise en oeuvre numériquement et illustrée par deux études de cas. Les résultats montrent l'efficacité de la méthode et son utilité pour le concepteur. Les deux études permettent également de constater l'applicabilité de la méthode systématique pour différentes topologies de capteurs à jauges : en plus de pouvoir être utilisée pour l'optimisation de diverses topologies, la méthode proposée constitue un excellent moyen de déterminer la topologie la plus performante pour une application spécifique.

Ce mémoire de maîtrise a été effectué à l'Université de Sherbrooke pour VélUS, le groupe de R&D sur le vélo. Il présente en détails le cheminement suivi pour la réalisation d'une pédale dynamométrique interchangeable et compacte pour vélo, de la problématique jusqu'à sa mise en service. La pédale dynamométrique est compatible avec la plupart des pédaliers de vélo et avec les chaussures de pédales de piste Shimano PD-6400 et de route Look CX-7. Elle mesure in situ les forces de locomotion développées par le cycliste sur elle-même et aussi sa propre position angulaire par rapport au pédalier. Le mémoire illustre d'abord le concept mécanique permettant d'effectuer les mesures: un corps d'épreuve instrumenté de jauges extensométriques et d'un encodeur optique. Il s'attarde ensuite à la conception du capteur, qui consiste à dimensionner le corps d'épreuve pour satisfaire toutes les exigences: le positionnement du pied, la résistance mécanique, la sensibilité, la masse et l'encombrement; dans ce chapitre, on développe une méthode de travail pour assurer un bon fonctionnement du capteur et pour maximiser sa sensibilité. Par la suite, le mémoire présente l'instrumentation, l'étalonnage ainsi que des mesures effectuées par la pédale dynamométrique.

La société Bombardier Produits Récréatifs, est un leader mondial dans la conception et la production de véhicules récréatifs. Pour faire face à la concurrence et au temps de développement de plus en plus court, il est important de suivre les avancées technologiques et de mettre en place des outils et méthodes de calcul prévisionnel afin de réduire considérablement les temps et les coûts de développement de nouveaux produits. Le projet suivant s'inscrit dans le cadre de cet axe de recherche. L'objectif principal est de caractériser le comportement dynamique d'une suspension, c'est-à-dire être capable de prédire et de reproduire numériquement les différents chargements appliqués au véhicule, à travers la suspension, en fonction de son environnement. Pour mener à bien ce projet, la recherche se décompose en trois étapes. Dans un premier temps, afin de comprendre le principe de fonctionnement d'une suspension, en fonction des éléments qui la constituent, le ressort et l'amortisseur, l'étude débutera par une analyse théorique. Elle conduira au développement d'un modèle analytique développé à partir des lois fondamentales de la mécanique. Dans le même temps, il y aura la phase de modélisation numérique qui consiste à créer la géométrie de la suspension à partir d'outils informatiques. Puis une troisième phase conclura la recherche par l'obtention de données de chargements réelles par le biais d'essais physiques et en laboratoire. Une fois les modèles analytique et numérique développés et exploités, un premier niveau de corrélation pourra être effectué en confrontant les données de chargement analytiques et numériques, permettant ainsi de valider ou non les modèles. Un deuxième niveau de corrélation sera établi entre le modèle numérique et les chargements expérimentaux, qui sont les vrais chargements appliqués à la suspension. La modélisation de la suspension sera ainsi complète et les différentes contraintes appliquées au véhicule pourront être reproduites numériquement.

Le but de cette recherche est de développer une technique permettant de hiérarchiser les différentes sources de bruit solidien d'un système mécanique. Pour y parvenir, trois étapes sont proposées. La première consiste à évaluer les mobilités acoustiques (fonctions de transfert entre une force injectée en un point d'une structure et la pression sonore résultante en un autre point), mais par une méthode de réciprocité. En excitant la structure avec une source sonore connue et en mesurant les vibrations causées par cette source, il est possible de retrouver la mobilité acoustique. La deuxième étape consiste à estimer les forces vibratoires injectées dans la structure via une méthode inverse. Plutôt que de mesurer les forces directement, ce sont les effets de celles-ci qui sont mesurées. Les fonctions de transfert entre les forces injectées et les accélérations vibratoires en différents points sont utilisées pour retrouver les forces. La troisième et dernière étape consiste à utiliser l'information trouvée aux deux étapes précédentes pour estimer la pression sonore résultant de chacune des forces. Ayant un estimé des forces injectées et connaissant la pression sonore produite par une force unitaire, il est alors possible d'estimer la pression sonore produite par chacune de ces forces. Des essais ont été effectués sur différentes structures (véhicule nautique, échangeur d'air et plaque) dans différents endroits (surtout en chambre semi-anéchoïque mais aussi quelques mesures à l'extérieur). La mise en oeuvre complète a été faite sur une demi-coque de motomarine en chambre semi-anéchoïque. Des forces lui ont été injectées à l'aide d'excitateurs électrodynamiques. Les pressions sonores résultantes ont été mesurées directement et à l'aide de la technique à l'étude dans le but de vérifier son efficacité. La technique donne de bons résultats, à condition que toutes les forces injectées dans la structure soient prises en compte dans la procédure.

Dans le monde de l'industrie, tel que celui de l'automobile, du véhicule récréatif ou de tout autre type de machines qui génèrent des vibrations, on veut de plus en plus réduire au maximum ces vibrations, soit pour des raisons de durabilité de pièces ou soit pour des raisons de confort (acoustique et mécanique). Cette tâche, qu'est de réduire les vibrations, est souvent compliquée. Il devient donc avantageux, voire même nécessaire, d'utiliser des méthodes de caractérisation dynamique des structures. Ces méthodes devraient permettre de prédire, non seulement le comportement dynamique global de notre machine, mais aussi de faire des études paramétriques sur une partie de ce système. Ce travail traite de l'application d'une modélisation par composantes basée sur une technique expérimentale de mobilité. Comme son nom l'indique, il s'agit simplement de décomposer la structure globale en plusieurs composantes. On décrit alors la réponse globale du système en son entier, uniquement à partir des caractéristiques intrinsèques de chacune des composantes. Ce travail est divisé en trois grandes parties. Dans la première, une revue de la littérature est proposée. Plusieurs techniques sont présentées et les liens pertinents entre celles-ci sont faits. La seconde partie traite de la caractérisation de plots. Les plots sont des éléments servant, le plus souvent, à isoler une source vibratoire de sa structure réceptrice. La mesure de leur matrice de raideur dynamique est faite. La dernière partie est consacrée à la mise en oeuvre de la modélisation par composantes basées sur une technique de mobilité (MCBTM). La méthode est appliquée sur un montage simple. Un seul degré de liberté est traité et une structure à quatre points de contact est utilisée.--Résumé abrégé par UMI.