Modelling and optimal design in railway applications

par Sangkla Kreuawan

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Pascal Brochet.

Soutenue en 2008

à l'Ecole Centrale de Lille .

  • Titre traduit

    Modélisation et conception optimale pour les applications ferroviaires


  • Résumé

    La conception systémique optimale de composant électrotechnique est abordée dans cette thèse. Nous avons choisi comme exemple représentatif d'un système complexe une chaîne de traction électrique. La démarche et les outils sont mis en œuvre sur deux applications: la conception d'un moteur de traction et la conception simultanée de plusieurs composants clés. Pour la conception d'un moteur de traction, le cycle de fonctionnement et le comportement thermique transitoire sont primordiaux. La bonne adaptation du moteur à sa mission permet d'en réduire considérablement sa masse. L'approche multidisciplinaire est utilisée pour gérer les interactions entre modèles de disciplines différentes au sein d'un même processus d'optimisation. Le temps d'optimisation peut être réduit grâce à la répartition des taches par domaine physique et d'en paralléliser l'exécution. Des optimisations multi objectif ont également été appliquées. Des fronts de Pareto sont obtenus malgré les difficultés soulevées par la nécessité d'utiliser un modèle précis mais coûteux, le modèle éléments finis. L'approche décomposition hiérarchique de la méthode Target Cascading est appliquée au problème de conception de la chaîne de traction. Le système et ses composants sont conçus simultanément. Cette méthode est bien adaptée pour appliquer la démarche de conception optimale à des systèmes complexes, tout en respectant l'organisation par produit de l'entreprise


  • Résumé

    The design of traction system is a complex task, which needs experts from various fields. Train manufacturers can manage this complexity and produce high performance rolling stock materials. However, any improvement in design methodology can lead to competitive advantage in a global market. This thesis focuses on the optimal design methodology of complex system such as a railway traction system. The design process and tools are demonstrated via two applications: the design of a traction motor and the concurrent design of several key components. The load cycle and transient thermal behaviour are essential in the design of traction motor. The adaptation of motor to its load cycle allows light-weight motor. The multidisciplinary design optimization approach is used to manage interactions between various discipline's models in the optimization process. The optimization time can be decreased through a task distribution and a parallel computing. The multiobjective design optimizations are also applied. Pareto fronts are obtained despite the difficulty in using the high fidelity but expensive in computation time such as Finite Element Analysis model. The hierarchical decomposition approach: Target Cascading method is applied to the traction system design problem. The system and components are designed simultaneously. This method is suitable for implementing the complex system optimal design process while respecting company’s product development structure

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Informations

  • Détails : 1 vol. (209 p.)
  • Annexes : Bibliographie 115 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Ecole Centrale de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Centre de documentation.
  • Disponible pour le PEB
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