Optimal design of advanced engineering modular systems through a new genetic approach

par Marco Montemurro

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Paolo Vannucci.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Conception optimale de systèmes modulaires d'ingénierie avancées par une nouvelle approche


  • Résumé

    Cette thèse porte sur le développement d'une stratégie pour la conception optimale des systèmes modulaires. Un système modulaire est un système constitué par des "unités élémentaires" (les modules) où chaque module est caractérisé par le même vecteur d'inconnues que peut prendre des valeurs différentes. L'optimisation d'un système modulaire est une tâche difficile que peut être mathématiquement formalisé comme un problème d'optimisation non-classique: le but est d'optimiser le système en fonction du nombre de modules N et en fonction de leurs paramètres constitutifs. D'un point de vue mathématique, cela signifie chercher une configuration d’optimum global sur un espace de recherche ayant dimension variable Nvar. On a besoin de concevoir une procédure que comprend le nombre de modules N parmi les variables de conception du problème et que doit être capable de traiter des variables de nature différente. Considérant tous les aspects précédents, on a décidé de développer une stratégie numérique dans le cadre des algorithmes génétiques (AG): on introduit la notion d'espèce et on développe des nouveaux opérateurs génétiques permettant la reproduction entre individus d'espèces différentes. Dans la deuxième partie, l'AG est appliqué à la solution de certains problèmes: la conception de stratifiés avec le nombre minimal de couches qui satisfont certaines symétries élastiques, la conception de structures composites renforcées de poids minimal, la conception optimale de stratifiés hybrides élastomère/composites et de stratifiés avec des patches élastomère afin de maximiser la capacité d’amortissement, l'identification des propriétés constitutives de dispositifs piézoélectriques.


  • Résumé

    This thesis deals with the development of a strategy for the optimal design of modular systems. A modular system is a system composed by “elementary units” (the modules) where each module is characterised by the same vector of unknowns that can get different values for each module. The optimisation of a modular system is a hard task that can be mathematically formalised as a non-classical optimisation problem. When dealing with this kind of problems the goal is to optimise the system in terms of the number of modules N and in terms of the constitutive parameters of each module. From a mathematical point of view, this means to look for a global optimum configuration of the system over a search space having a variable dimension Nvar. Therefore, we need to conceive a procedure that simultaneously includes the number of modules N among the design variables of the problem and that has to be able to deal with design variables of different nature. Considering all the previous aspects, we decided to develop a numerical strategy in the framework of genetic algorithms (GAs). In this thesis we introduce the concept of species and we develop new genetic operators allowing the reproduction among individuals of different species. In the second part of the thesis, the algorithm has been applied to the solution of some problems: the design of laminates with the least number of layers satisfying some given requirements, the design of stiffened composite structures having the least weight, the design of hybrid elastomer/composite laminates and of laminates with bonded elastomer patches for maximising damping, the identification of the constitutive properties of piezoelectric devices

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Informations

  • Détails : 1 vol. (240 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 223-237. 179 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : T Paris 6 2012 588
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