Système d'expertise de type virtual testing pour la modélisation numérique du contact d'un équipement de protection des voies respiratoires

par Jean-Charles Craveur

Thèse de doctorat en Génie mécanique. Génie des matériaux

Sous la direction de Francis Collombet.

Soutenue en 2007

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Le développement d'une méthodologie et des outils numériques associés a permis de mettre en place une procédure d'expertise des équipements de protection des voies respiratoires en termes d'étanchéité et de confort. En conséquence, l'évaluation par la simulation numérique des performances des nouveaux concepts proposés par l'industrie peut désormais limiter le nombre de prototypes et le nombre d'essais. Le travail réalisé comporte des aspects biomécaniques et expérimentaux, et des aspects numériques à la fois en termes de modélisation et de développement d'outils spécifiques. Trois difficultés principales ont été traitées. Les surfaces en contact sont souples, de géométries très complexes, toutes différentes (les visages), et soumises à de grands glissements relatifs. Les algorithmes de contact ont été considérablement améliorés, en particulier par le lissage de la surface de projection, la réactualisation des couples nœuds-faces lors du glissement, une stratégie de résolution par itérations découplées, et l'inversion du système matriciel par un sparse solver. L'analyse des différentes images (scanner CT et IRM), une procédure particulière d'essais et un recalage par éléments finis ont permis de déterminer les propriétés biomécaniques des tissus mous (épaisseurs, coefficients des lois de comportement décrivant le matériau " peau ") sur les têtes d'individus susceptibles de porter l'équipement de protection. Une méthode originale de maillage automatique 3D a été développée pour mailler les tissus mous d'un visage, à partir de l'acquisition de la surface externe de ce visage par un scanner DSP et des paramètres physiques associés au groupe morphologique de l'individu.

  • Titre traduit

    Expert system of virtual testing type dedicated to the numerical modelling of the contact for a protective mask


  • Résumé

    The development of a methodology and of the associated numerical tools has led to an expert procedure for protective masks in terms of airtightness and comfort. Consequently, the evaluation of the new designs performances using numerical simulation can now help to reduce the number of prototypes and physical tests. The thesis deals with biomechanical and experimental aspects, numerical developments for modelling and specific tools. Three main points have been studied. The surfaces submitted to contact are flexible, their geometry is very complex, they are all different (human faces, and subjected to large relative glidings. The contact algorithms have been significantly improved, in particular by using the projection surface smoothing, the actualisation of the nodes-faces couples during the displacements, a strategy based on decoupled iterations, and the matrix system inversion using a sparse-solver. The analysis of pictures (CT scan and MRI), a specific testing procedure and updating using finite element simulation enabled to define the biomechanical properties of the soft tissues (thicknesses, coefficients of the laws describing the "skin" material) for the heads of the individual liable to wear this protective equipment. An original automatic 3D meshing technique has been developed in order to mesh a face soft tissue, from the DSP scan of this face external surface, and from physical parameters associated with the individual morphologic group.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( 239 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 223-229

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007TOU30228
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