SOUZA DE CURSI EDUARDO (Directeur·trice de thèse)
TROIAN RENATA (Co-encadrant·e de thèse)
Date de la soutenance
07/05/2024 à 14:00
Lieu de la soutenance
Magellan, Salle MA-J-R1-01,1ere étage, devant la BU, 685 avenue de l’Université, BP08 Campus INSA Rouen Normandie,76801,France
Rapporteurs de la thèse
ELGUEDJ THOMAS PROFESSEUR DES UNIVERSITÉS Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
HOLDORF LOPEZ RAFAEL PROFESSEUR Université fédérale de Santa Catarina, Brésil
Membres du jurys
ATANASOVSKA IVANA,
PROFESSEUR,
Mathematical Institute of the Serbian Academy of Sciences and Arts, Belgrade, Serbie
ELGUEDJ THOMAS,
PROFESSEUR DES UNIVERSITÉS,
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
HOLDORF LOPEZ RAFAEL,
PROFESSEUR,
Université fédérale de Santa Catarina, Brésil
LAZOVIC-KAPOR TATJANA,
PROFESSEUR,
Université de Belgrade, Serbie
SOUZA DE CURSI EDUARDO,
PROFESSEUR DES UNIVERSITÉS,
INSA de Rouen Normandie
TROIAN RENATA,
MAÎTRE DE CONFÉRENCES,
INSA de Rouen Normandie
Résumé
La résistance structurelle pose un défi complexe, la forme de la structure émergeant comme un facteur critique. L’optimisation de la forme joue un rôle vital dans la conception des performances mécaniques, garantissant une utilisation efficace des matériaux et évitant les problèmes structurels. S’inspirant de l’évolution des structures naturelles, cette thèse se penche sur l’optimisation de la forme bio-inspirée en utilisant l’analyse isogéométrique.
La thèse est structurée en quatre parties principales :
(1) Développement du cadre : Un cadre complet pour l’optimisation de la forme bio-inspirée utilisant l’analyse isogéométrique est discuté.
(2) Inspiration des arbres : Les arbres servent de ressource d’inspiration, en exploitant l’axiome des contraintes uniformes - un principe directeur de la conception des arbres - pour optimiser les structures et éviter la surcharge ou la sous-utilisation des matériaux.
(3) Formulation de critères bio-inspirés : Des critères bio-inspirés pour l’optimisation de forme déterministe et stochastique sont formulés. La méthode est validée à travers des exemples 2D et 3D, avec des comparaisons entre les critères bio-inspirés et classiques.
(4) Comparaison des Résultats : Les résultats obtenus à partir des critères de conception stochastique bio-inspirés, des critères de conception déterministe bio-inspirés, et des critères de conception stochastique classiques sont comparés.
Les principales conclusions comprennent :
(1) Les formes générées sur la base des critères bio-inspirés présentent des contours lisses et raffinés ressemblant à ceux que l’on trouve dans la nature, améliorant significativement la résistance structurelle.
(2) Le champ de contrainte résultant pour les critères bio-inspirés démontre une plus grande homogénéité par rapport aux critères classiques, ce qui indique que les conceptions basées sur des critères bio-inspirés sont optimales plutôt que simplement des solutions faisables. Cela suggère une durée de vie accrue pour la structure.
(3) Les critères stochastiques classiques peuvent fournir un résultat acceptable aux concepteurs, tandis que les critères bio-inspirés offrent un résultat plus préférable.
(4) Cette recherche introduit de nouveaux critères pour la conception déterministe et stochastique, les critères déterministes remplaçant efficacement les critères stochastiques dans le contexte de l’optimisation de la forme bio-inspirée.
Abstract
Structural resistance poses a complex challenge, with the shape of the structure emerging as a critical factor. Shape optimization plays a vital role in mechanical performance design, ensuring efficient material usage and preventing structural issues. Drawing inspiration from the evolution of natural structures, this thesis delves into bio-inspired shape optimization using isogeometric analysis.
The thesis is structured into four main parts:
(1) Framework development: A comprehensive framework for bio-inspired shape optimization using isogeometric analysis is discussed.
(2) Inspiration from trees: Trees serve as the inspiration resource, leveraging the axiom of uniform strains—a governing principle of tree design—to optimize structures and avoid material overloading or under-utilization.
(3) Formulation of bio-inspired criteria: bio-inspired criteria for both deterministic and stochastic shape optimization are formulated. The method is validated through 2D and 3D examples, with comparisons between bio-inspired and classical criteria.
(4) Comparison of Results: The results obtained from obtained from based on bio-inspired stochastic design criteria, bio-inspired deterministic design criteria, and classical stochastic design criteria are compared.
Key findings include:
(1) Shapes generated based on bio-inspired criteria exhibit smooth and refined contours resembling those found in nature, significantly enhancing structural resistance.
(2) The resulting strain field for bio-inspired criteria demonstrates greater homogeneity compared to classical criteria, indicating that designs based on bio-inspired criteria are optimal rather than just feasible solutions. This suggests an increased lifespan for the structure.
(3) Classical stochastic criteria can provide an acceptable result to designers, while bio-inspired criteria offer a more preferable outcome.
(4)This research introduces new criteria for both deterministic and stochastic design, with de- terministic criteria effectively replacing stochastic criteria in the context of bio-inspired shape optimization.
