Service de Mécanique Appliquée Prof. B. Leduc. MOTEURS ET TRANSPORT ORGANES DES MACHINES Assistants : A. CUVELIER, E. LENCLUD, A.

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1 Service de Mécanique Appliquée Prof. B. Leduc Sujets de travaux de fin d études proposés pour l année MOTEURS ET TRANSPORT ORGANES DES MACHINES Assistants : A. CUVELIER, E. LENCLUD, A. LOOTVOET 1. Mise au point et exploitation d un banc d essai pour la détection des anomalies de fonctionnement des roulements dans des applications basses vitesses en collaboration avec la firme Mécason Le contrôle, en continu, du bon fonctionnement des roulements dans les applications industrielles est primordial. D une part, il faut éviter les démontages systématiques des machines pour des contrôles préventifs(combien de cas d ennuis mécaniques après intervention sur une machine qui fonctionnait bien). D autre part, il faut pouvoir déceler l approche d une défaillance mécanique afin d éviter la panne, et même, généralement, la dégradation. Différentes méthodes permettent d assurer la surveillance des roulements. Deux nous intéressent plus particulièrement : l analyse vibratoire, basée sur l analyse du signal fourni par un accéléromètre placé à proximité du roulement à surveiller et, l analyse acoustique basée sur une écoute et une quantification en continu du bruit émis par les organes de la machine. Le laboratoire du service de mécanique appliquée dispose d un banc de test des roulements par une analyse vibratoire pour des vitesses de 500 à 1500 tr/min. La société MECASON spécialisée en analyse acoustique souhaiterait étudier la validité de son produit pour des applications basses vitesses correspondant à des applications industrielles particulières : four de cimenterie (~1 tr/min), sucreries,. Le travail consisterait à modifier le banc existant pour atteindre des faibles vitesses de rotation, à adapter voire redéfinir le programme d analyse vibratoire et enfin, à réaliser les essais de validations de la méthode acoustique par une comparaison avec les résultats de l analyse vibratoire. Domaines abordés : aspects techniques importants, programmation Labview, traitement du signal. Albin LOOTVOET ULB SMA (L.2.111) alootvoe@ulb.ac.be 1

2 2. Etude et conception d un banc d essai pour Transmission à Variation Continue (CVT) en collaboration avec la firme VDO/MANNESMAN Le domaine des transmissions à variation continue explose littéralement ces dernières années, à tel point que rares sont les constructeurs à ne pas encore s être attelé à un projet CVT. Le but premier de ces transmissions est de diminuer la consommation par rapport à une boîte de vitesse automatique classique et même par rapport à une boîte mécanique et ce, sans diminuer les performances, en exploitant mieux les régimes moteurs. Le principe de fonctionnement est celui du Variomatic déjà largement utilisé, notamment sur les cyclomoteurs de faibles cylindrées où deux poulies de diamètres variables (l une côté moteur, l autre côté roues), reliées par une courroie assurent la transmission. L idée est de transposer ces transmissions sur des véhicules automobiles de plus fortes cylindrées, avec tous les problèmes de résistance mécanique(courroies,..), de design (forme des poulies, courroie ou chaîne, ) et de stratégie de passage des rapports de vitesse (gestion électronique) que cela suppose. Le service de Mécanique Appliquée a fait l acquisition de deux CVT Nissan (récemment montée sur les Nissan Primera 2.0). Le travail couvrirait différents aspects : - Etude du fonctionnement et du mode de contrôle de la boîte CVT (contact avec le constructeur, documentation technique, démontage, plans, gestion électronique, ) - Etude préalable à la réalisation du banc d essai : gamme de vitesse, de couple, choix du moteur d entraînement et du frein, calcul de consommation électrique (ou autre), identification des auxiliaires (pompes à huile, alimentation électrique, ),. - Mise au banc d essai proprement dite et instrumentation du banc. Il s agit d un travail comprenant une part importante de réalisation technique. Personnes à contacter : Etienne LENCLUD ULB SMA (L.2.111) elenclud@ulb.ac.be Albin LOOTVOET ULB SMA (L.2.111) alootvoe@ulb.ac.be 2

3 3. Description et étude des sollicitations mécaniques appliquées sur les éléments d'un boite CVT. La première partie du travail consiste à recenser tous les éléments d'une boite de vitesse de type CVT. Pour chaque élément on déterminera exactement la fonction, les caractéristiques physiques (géométrie, matière, sollicitations mécaniques) ainsi que les procédés d'élaboration (usinage, traitement de surface). Une étude sera menée plus particulièrement sur les contraintes superficielles appliquées sur les parois des poulies du variateur de la boite (étude bibliographique). L'étude permettra de formuler des propositions pour l'amélioration du fonctionnement de ces boites de vitesse. Domaines abordés : - Mécanique automobile. - Construction et description de pièces mécaniques. - Métrologie. - Analyse de contraintes mécaniques. Etienne LENCLUD ULB SMA (L.2.111) elenclud@ulb.ac.be 3

4 4. Etude du monitoring de la thermique moteur. Le contrôle de la thermique dans les moteurs à combustion internes(circuit de refroidissement) fait l objet de développements récents de la part des équipementiers et des constructeurs automobiles. En effet, les performances des moteurs sont directement liées à l efficacité et la gestion de la thermique moteur. Le travail proposé concerne trois aspects du circuit de refroidissement par eau des moteurs : - L étude et la conception de deux circuits de refroidissement indépendants pour la culasse et le bloc moteur («split cooling»), en lieu et place du circuit actuel unique, et ce afin de pouvoir optimiser séparément le comportement thermique des organes du moteur. Ce travail comprend la modification du circuit de refroidissement et l instrumentation d un moteur ainsi que des essais au banc (développement d une interface Labview pour l acquisition et le traitement). - La réalisation d un banc d essai en boucle pour pompes mécaniques, électriques et vannes motorisées proportionnelles. Le but est ici de remplacer la pompe du circuit de refroidissement jusqu ici entraînée par le moteur par une pompe électrique à régulation indépendante du régime moteur. - Un dernier aspect concerne la simulation numérique des phénomènes thermiques et des écoulements dans le circuit de refroidissement d un moteur à combustion interne. Le travail est à répartir entre deux étudiants, l un pour la partie expérimentale, l autre pour la partie simulation. Domaines abordés : Personnes à contacter : - Instrumentation, capteurs, acquisitions sur PC - Monitoring et régulation. - Mécanique, hydraulique. - Réalisation technique importante. - Simulation numérique (code FLUENT) Etienne LENCLUD ULB SMA (L.2.111) elenclud@ulb.ac.be (partie expérimentale) Fabrice MISSAIRE ULB SMA (L 3) fmissair@ulb.ac.be (partie simulation) 4

5 5. Instrumentation d un véhicule pour la réalisation de mesures embarquées en collaboration avec AW EUROPE. Le groupe industriel AISIN AW, spécialisé dans le développement et la construction de transmissions automatiques pour véhicule automobile, possède son siège européen à proximité de Bruxelles. AW EUROPE est notamment actif dans le test des transmissions automatiques sur véhicules et sur bancs d essais en vue de définir les conditions de fonctionnements et les stratégies de commande de ces transmissions. Ces tests nécessitent l instrumentation de véhicules de manière à pouvoir relever les différents paramètres de fonctionnement des transmissions (couple, pression de circuit hydraulique, ) et du véhicule en général (vitesse, couple à la roue, ). Le travail consiste à instrumenter un véhicule mis à disposition de l étudiant par AW et à mettre en œuvre une télémétrie permettant de rapatrier les informations provenant des différents capteurs par liaison radio vers un ordinateur de traitement situé en bord de piste. Domaines abordés : - identification et installation sur véhicules de capteurs - acquisition et traitement du signal, monitoring - réalisation technique importante Personnes à contacter : Albin LOOTVOET ULB SMA (L.2.111) alootvoe@ulb.ac.be Alix CUVELIER ULB SMA (L.2.111) cuveliea@ulb.ac.be 6. Etude du comportement d un torsiomètre pour transmission automatique. en collaboration avec la société AW EUROPE Ce projet comprend l étude, sur un banc d essai permettant d exercer une charge variable sur un arbre, d un torsiomètre destiné à être installé sur un véhicule automobile (Torque Shaft). L objectif est d étudier le niveau de sollicitation d un tel organe (installation de capteurs, réalisation de mesures) en vue de dimensionner un torsiomètre d encombrement plus limité. Le travail concerne également l implémentation d une solution de télémétrie permettant de réaliser l acquisition des différents signaux par ondes radio. Domaines abordés : - Instrumentation, capteurs, acquisitions sur PC. - Traitement du signal. - Mécanique, réalisation de plans, calculs de dimensionnement. - Réalisation technique importante. Albin LOOTVOET ULB SMA (L.2.111) alootvoe@ulb.ac.be 5

6 7. Etude d'un système d'injection directe essence assistée par air comprimé. en collaboration avec la firme VDO/MANNESMAN Cette étude comprend la réalisation de mesures expérimentales sur le banc d'essai réalisé cette année par le service de mécanique appliquée ainsi que la mise au point d'un modèle mathématique du fonctionnement du système d'injection directe. Des stratégies de contrôle pourront être alors validées sur les modèles mathématique et expérimental avant d'être transposées sur véhicule. Domaines abordés : - Instrumentation, capteurs, acquisitions sur PC - Monitoring et régulation. - Mécanique, pneumatique. - Réalisation technique importante. - Modélisation mathématique sur MATLAB/SIMULINK Etienne LENCLUD ULB SMA (L.2.111) elenclud@ulb.ac.be 8. Etude sur les collecteurs d'admission à géométrie variable. en collaboration avec la firme VDO/MANNESMAN Une étude comparative des différents types de collecteurs d'admission à géométrie variable permettra d'identifier et d'établir les spécificités de chacun des systèmes existant actuellement sur le marché automobile. On procèdera également à l'observation des stratégies de contrôle lors d'essais sur véhicules. Une analyse technique devrait permettre de déterminer les temps de réponse demandé par le système, ainsi que les couples requis à l axe de l actionneur (dans le pire des cas). Il serait également intéressant de déterminer le nombre de cycle que devra effectuer l actionneur (en fonction de la stratégie de commande et des besoins moteurs). Domaines abordés : Personnes à contacter : - Instrumentation, capteurs, actionneurs, acquisitions sur PC - Mécanique automobile - Réalisation technique importante. Etienne LENCLUD ULB SMA (L.2.111) elenclud@ulb.ac.be Alix CUVELIER ULB SMA (L.2.111) cuveliea@ulb.ac.be 6

7 9. Implémentation d une commande numérique sur une machine outil. en collaboration avec la société ARMO Contenu à définir. Albin LOOTVOET ULB SMA (L.2.111) alootvoe@ulb.ac.be 10. Etude du contrôle électronique de la distribution par soupapes dans une application «camless» en collaboration avec la société DELPHI Automotive Systems Delphi étudie actuellement les différentes technologies possibles pour un système de distribution "camless", c'est-à-dire, sans arbre à cames, avec l'ouverture des soupapes pilotées de manière électronique, en terme de temps d'ouverture et levée de soupape. Domaines abordés : Personne à contacter - Electronique (pratique) - Instrumentation, acquisition - Contrôle moteur - Mécanique Alix CUVELIER ULB SMA (L.2.111) cuveliea@ulb.ac.be 7

8 MODELISATION MECANIQUE DES FLUIDES Assistants : O. BERTEN, F. MISSAIRE 1. Mise en place d'un banc d'essai pour la mesure des pertes de charge causées par des fluides non-newtoniens en canalisation. Lors du dimensionnement d'installations hydrauliques, il est nécessaire de passer par le calcul des pertes de charge dans les différentes parties de l'installation. Ce calcul est réalisé à l'aide de lois déterminées expérimentalement. Si nous disposons de nombreuses données pour les des fluides newtoniens, ce n'est pas le cas pour des fluides à rhéologie plus complexe. Nous proposons de réaliser un banc d'essai permettant de déterminer ces lois. Fabrice MISSAIRE fmissair@ulb.ac.be 2. Choix optimal d'une pompe dans un réseau hydraulique. Un réseau hydraulique est constitué d'une série de canalisations véhiculant un fluide. Ce fluide est mis en mouvement par une pompe placée dans ce circuit. Le choix de cette pompe doit permettre d'obtenir les débits souhaités dans le circuit mais aussi minimiser les coûts de fonctionnement de l'installation. Le but de ce travail est de réaliser sous forme informatique une procédure permettant de choisir dans une base de données existantes la pompe optimale. Fabrice MISSAIRE fmissair@ulb.ac.be 3. Modélisation de la dispersion de polluants dans un parking et/ou tunnel La problématique générale concerne l évaluation de l impact du trafic automobile sur la qualité de l air en zone urbaine. L objectif de ce travail est de modéliser numériquement, à l aide d un logiciel de calcul d écoulement, la dispersion de polluants émis par le trafic automobile dans un environnement fermé type parking ou tunnel. L étudiant devra analyser la dispersion des polluants dans un parking fermé et/ou un tunnel. L étude débutera par l analyse d un cas simple : un seul véhicule en mouvement dans un parking fermé et/ou un tunnel et visera l extension du modèle à un cas plus complexe (nombre de véhicules croissants, file d attente à l entrée du parking et/ou embouteillage dans le tunnel). Olivier BERTEN - oberten@ulb.ac.be

9 4. Mise au point d une soufflerie basse vitesse. La mise au point d un nouveau profil d aile ou de châssis de voiture passe souvent par une voie expérimentale. Un des moyens utilisés est la réalisation d un modèle réduit placé dans une soufflerie et instrumenté. Le Service de Mécanique Appliquée dispose d une soufflerie basse vitesse qui permet de tels essais. L objectif de ce travail est la réalisation d une campagne d essai. qui aurait pour but de visualiser l écoulement autour d un profil donné (type voiture) et aussi de quantifier les différents paramètres aérodynamiques comme le Cx par exemple. Olivier BERTEN - oberten@ulb.ac.be Détermination des performances énergétique d une turbine TESLA La turbine à gaz ou à vapeur TESLA est une turbine particulière sans aubage. On désire ici connaître les caractéristiques géométriques ainsi que les performances énergétiques d une telle turbine. Pour réaliser ce projet, l étudiant devra mener une étude bibliographique afin de comprendre le principe de fonctionnement et déterminer les caractéristiques géométriques (volute, disques, ) d une telle machine. Ensuite l étudiant devra étudier l écoulement du fluide dans une turbine TESLA à géométrie simplifiée, afin de visualiser l écoulement et déterminer les performances énergétiques de la machine. Cette étude sera réalisée à l aide d un logiciel existant de mécanique des fluides numériques (CFD). L aboutissement de l étude «CFD» permettra d établir les spécifications géométriques et techniques pour réaliser un modèle expérimental simplifié de la turbine TESLA. Olivier BERTEN - oberten@ulb.ac.be

10 6. Etude numérique de l aéro externe de la VERTIGO. en collaboration avec la firme GILLET L analyse de l écoulement autour de la coque de la VERTIGO par voie numérique doit permettre de vérifier les valeurs de Cx et de déterminer les modifications à réaliser afin d augmenter les performances aérodynamiques du véhicule. Le travail consiste en la réalisation d une métrologie complète du véhicule. La géométrie obtenue, une simulation par voie numérique déterminera le comportement aérodynamique de la coque. Bibliographie, métrologie, cao, simulation numérique (CFD) 7. Etude numérique de l admission d air de la VERTIGO. en collaboration avec la firme GILLET L analyse de l écoulement au sein du collecteur d admission depuis la coque du véhicule jusqu à l entrée du moteur permettra de comprendre les phénomènes présents pour optimiser le coefficient de remplissage du moteur en condition de course. Métrologie, cao, simulation numérique (CFD) 10

11 8. Etude numérique de la combustion de farines animales. en collaboration avec la firme CBR La combustion des farines animales est en plein essor suite aux nouvelles mesures environnementales prises ces derniers mois. Une étude expérimentale et numérique permettra de déterminer les caractéristiques principales d une flamme issue de la combustion de ce type de farine. Bibliographie, simulation numérique, conception et réalisation mécanique (CFD) 9. Conception et réalisation d un brûleur au méthanol à usage didactique Le but de ce travail est de concevoir et réaliser un brûleur vertical au méthanol et de l instrumenter afin de pouvoir mesurer les variables principales de fonctionnement et de les comparer aux résultats issus d une simulation numérique. Bibliographie, conception mécanique, réalisation mécanique 11

12 10. Validation expérimentale du processus d évaporation dans les pâtes à papier soumises à un rayonnement infrarouge. en collaboration avec la société IDS Dans les systèmes de séchage de pâte à papier par système infrarouge, l énergie émise par les émetteurs est utilisée en deux temps. Une partie de l énergie sert à permettre aux particules d eau contenue dans le papier de migrer vers la surface du papier. La seconde partie de l énergie permet de réaliser le changement de phase. L étude proposée consiste à modéliser numériquement le processus d évaporation dans une pâte à papier traversant un sécheur de type particulier. Bibliographie, modélisation mathématique, campagne de mesure sur installation industrielle existante. 11. Etude du séchage de papier par rouleaux soufflants en collaboration avec la société IDS Dans les systèmes de séchage de pâte à papier par système infrarouge, les radiants infrarouges sont nécessaires pour transmettre la chaleur à l eau à évaporer. Les rouleaux soufflants sont alors nécessaires pour fournir un complément d énergie et pour effectuer le transfert de masse. Cette étude doit permettre de déterminer les paramètres principaux intervenant dans les différent processus. Bibliographie, modélisation mathématique, campagne de mesure sur installation industrielle existante. 12

13 12. Modélisation numérique de l écoulement gazeux dans des fours cloches de traitement thermique en collaboration avec la société FIB Le traitement thermique de bobines métalliques s effectue dans des fours appelés fours cloches (de part leur forme). L objectif de ce travail est de simuler l écoulement gazeux dans les fours cloches afin de comprendre et d optimiser le transfert thermique au sein des bobines métalliques. Bibliographie, simulation numérique. 13. Etude et détermination d une loi permettant de déterminer la hauteur de déversement d un dispositif de mise en mouvement de fluide en collaboration avec la société FIB L objet de ce travail est de déterminer une loi permettant de déterminer la hauteur de déversement d un dispositif de mise en mouvement d un fluide tel que l'eau ou acide par la formation de bullage au sein d une cheminée d entraînement. Cette loi serait à déterminer en fonction de la température de l air, la pression, le débit et la nature du fluide. Le but de ce travail est d optimaliser les paramètres constructifs de l installation existante. Bibliographie, étude théorique, mesures expérimentales sur site. 13

14 14. Modélisation de l écoulement dans des bâtiments Le dimensionnement des installations thermiques des bâtiments constitue une tâche importante des bureaux d études en techniques spéciales. La modélisation numérique d écoulement est certainement un appoint important pour ce genre de société. L objectif de cette étude est d utiliser l outil CFD pour dimensionner convenablement des systèmes de distribution de chaleur dans des bâtiments industriels.. Bibliographie, simulation numérique. 15. Etude de la combustion autogaz Le but de ce travail consiste à mettre en évidence la diminution d émission de polluant lors de la combustion autogaz dans un four pilote. Bibliographie, conception et réalisation mécanique, campagne de mesure sur le four pilote. 14