Analyse de sensibilité et robustesse dans le génie industriel : méthodologies et applications aux essais de chocs

par Gengjian Qian

Thèse de doctorat en Mécanique des structures

Sous la direction de Michel Massenzio, Mohamed Ichchou et de Denis Brizard.

Soutenue le 05-04-2017

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs (laboratoire) .

Le président du jury était Catherine Masson.

Le jury était composé de Florence Labesse-Jied, Mélanie Otténio.

Les rapporteurs étaient Noureddine Bouhaddi, Eric Markiewicz.


  • Résumé

    Plus d'un million de personnes meurent dans des accidents sur les routes du monde et beaucoup de millions sont gravement blessés chaque année. Selon les études, ‘Run-Off-Road accidents (ROR)’, c'est-à-dire que le véhicule a au moins une collision avec des équipements routiers, représentent environ 10% des accidents routières, mais 45% de tous les accidents mortels sont des ROR. Les dispositifs de retenue des véhicules (DDR) sont les infrastructures installées sur la route pour fournir un niveau de confinement du véhicule ‘hors de contrôle’. La barrière de sécurité routière est un DDR continu installé à côté ou sur la réserve centrale d'une route pour empêcher les véhicules errants de s'écraser sur les obstacles routiers et de les conserver en toute sécurité. Les résultats statistique montrent que l'existence des barrières peut réduire les morts jusqu'à un facteur de 4 par rapport aux collisions contre d'autres obstacles routiers. Les performances de sauvetage d'un DDR dépendent de la conception de l'appareil. Des normes telles que EN1317 ont normalisé les conditions des essais de chocs sous lesquelles une conception de DDR doit être testée et ont défini les critères pour l'évaluation des performances d'une conception. En fait, un DDR ne puisse pas vraiment être optimisé: il existe des critères multiples pour l'évaluation de la performance d'un DDR et tous les critères ne peuvent pas être optimisés en même temps; les conditions de travail d’un DDR, c'est-à-dire les conditions d'impact d’un DDR avec un véhicule errant, sont nombreuses; les facteurs incertains du DDR peuvent dégrader les performances d'une conception. La thèse vise à définir une approche qui peut servir : l'analyse de sensibilité (AS) et la conception robuste du DDR ; enrichissement des normes existantes dans la conception du DDR. Le cas d'une barrière de sécurité routière est spécifié dans l'étude : une barrière a été testée expérimentalement, le programme Ls-Dyna est utilisé pour la simulation de choc de l'appareil ; en tenant compte des propriétés du modèle de choc, les efficacités de différentes méthodes de l’AS ont été étudiées ; les influences des facteurs critiques dont les incertitudes contribuent le plus à l'instabilité de la barrière ont été quantifiées avec les approches d’AS sélectionnées ; compte tenu des incertitudes des facteurs critiques, l’optimisation robuste de multi-objectif de la barrière est réalisée ; des simulations d'impact de la barrière optimisée ont été effectuées sous des conditions d'impact différentes pour évaluer ses performances dans les véritables accidents. Les approches présentées dans l'article peuvent être utiles pour la conception d'autres DDR ou plus largement d'autres systèmes d'ingénierie complexes. On peut espérer que l'analyse de robustesse et l'analyse de la généralisation (c'est-à-dire l'évaluation de la performance du DDR sous différentes conditions d'impact) du DDR pourraient enrichir les normes de la conception des DDR

  • Titre traduit

    Sensitivity and robustness in industrial engineering : methodologies and applications to crash tests


  • Résumé

    More than 1 million people die in crashes on the world’s roads and many millions are seriously injured each year. According to the studies: Run-Off-Road accidents (ROR), i.e. the vehicle run-off the road into the roadside and has at least one collision with either roadside equipment or the roadside itself, “represent about 10% of the total road accidents, while 45% of all fatal accidents are ROR”. Vehicle Restraint Systems (VRS) are the infrastructures installed on the road to provide a level of containment for an errant vehicle. Safety barrier is “continuous VRS installed alongside, or on the central reserve, of a road to prevent errant vehicles from crashing on roadside obstacles, and to retain them safely”. Statistic results show that “the existence of protective barriers on road can reduce fatalities up to a factor of 4 when compared to collisions against other road obstacles.” The life-saving performances of a VRS depend on the design of the device. Standards such as EN1317 normalized the impact conditions under which a design of VRS must be tested by crash tests, and defined the criteria for performance evaluation of a design. While a VRS cannot really be optimized: Multi-criteria exist for performance evaluation of a VRS and all the criteria cannot be optimized in the same time; the impact conditions of the VRS with the errant vehicle are numerous; uncertain factors of the VRS may degrade the performances of a design. The thesis aims to define an approach that can serve: sensitivity analysis (SA) and robust design of the VRS; Enrichment for the existing standards in the design of VRS. The case of a safety barrier is specified in the study: a safety barrier has been test experimentally, the program Ls-Dyna was used for crash simulation of the device; considering properties of the crash model, efficiencies of different SA methods were studied and influences of the critical factors whose uncertainties contribute the most to the instability of the barrier were quantified with the selected SA approaches; considering the uncertainties of the critical factors, Multi-Objective robust optimization of the tested barrier were realized; under different impact conditions, crash simulations of the optimized barrier were carried out to evaluate its performances in the real crash accidents. The approaches presented in the article can be useful for the design of other VRS or more broadly, other complex engineering systems. Hopefully, the robustness analysis and generalization analysis (i.e. performance evaluation of the VRS under different impact conditions) of the safety barrier could enrich the standards for the design of VRS


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