Résumés des présentations vues lors du colloque.

1. Résumés des présentations
avillon Lassode,
7e
édition
Colloque québécois
sur le développement numérique
de produits
Mercredi 4 mai 2016

2. 7ème colloque québécois sur le développement numérique de produits
Modeling and numerical simulation of multi-layered fiber-reinforced materials applied for
non-rigid parts deformation during assembly process
X-T. Pham1
, N-H. Vu1
, V. François2
and J-C. Cuillière2
1
Département de génie mécanique, École de technologie supérieure
2
Département de génie mécanique, Université du Québec à Trois-Rivières
Abstract
Assembly process of non-rigid parts are important in aerospace and automotive industries. Parts
are in large sizes compared to thickness and very flexible. They are usually made in sheet metals,
thermoplastics and composites. Due to their flexibility, non-rigid parts may have different shapes
in a free state than the design model due to geometric variations, gravity loads and residual stress.
Special inspection fixtures in combination with coordinate measuring systems are generally used
in industry to compensate deformations during the geometric inspection. The inspection process
is quite expensive and very time-consuming. Instead, numerical simulations can be used as virtual
inspection method to reduce cost and time1
. In the frame work of the research project CRIAQ-
MANU501, the finite element analysis (FEA) was used to evaluate the deformation of flexible
fiber-reinforced thermoplastic composites (FRTPC) for virtual inspection where the mechanical
behavior of FRTPC sheets was modeled as anisotropic materials using the approach of solid
mechanics. The Lagrangian description was used for the deformation of FRTPC.
An incompressible orthotropic hyperelastic material model was used for the behavior of FRTPC
reinforced by two fiber families. As the thickness is small in comparison to other dimensions,
thin shell element was used for FEA. The standard strain energy function for orthotropic
materials can be defined as follows:
 0 0Ψ ,Ψ , C a b (1)
where C is the deformation tensor, a0 and b0 are the directions of fibers. The second Piola-
Kirchhoff stress tensor S is defined by the following:
Ψ
2



S
C
(2)
The Cauchy stress tensor  may be provided by the push-forward operation of S to the deformed
configuration such as
1 T
J 
σ FSF (3)
where F is the deformation gradient tensor and J the Jacobian.
Table 1. Specimen and test parameters
Material Carbon fiber-reinforced (CF/PPS)
Specimen dimension 300×34×1.24mm; 0.311mm /layer
Support span 140 mm
Velocity 4mm/min
Max displacement at middle span 20 mm
1
V. Sabri, S. A. Tahan, X-T. Pham, D. Moreau and S. Galibois, “Fixtureless profile inspection of non-rigid parts using the numerical
inspection fixture with improved definition of displacement boundary conditions”, Int J Adv Manuf Technol (2016), 82:1343–1352.

3. 7ème colloque québécois sur le développement numérique de produits
In this paper, a strain energy function with 5 parameters was used to model the material behavior.
The bending test was performed on the carbon fiber /PPS composite sample as shown in Figure 1.
Test parameters are presented in Table 1. The parameters of the material model was obtained by
nonlinear fitting as depicted in Figure 2.
This set of material parameters was then used to simulate the deformation for the load test using a
ball load and large sheet of multi-layer FRTPC. The displacement of the composite sheet
predicted by numerical simulation performed with Abaqus using user-defined material was
compared with the experimental results from the load test as presented in Figure 3. Results
showed good agreement between them with slight discrepancies.
Figure 1. Bending test Figure 2. Fitting curve for bending test
Figure 3. Displacement comparison between experimental load test and numerical simulation
Black colour: Experimental deformed plate
White colour: Simulation deformed plate
POINT 2
POINT 3
POINT 1
POINT 4
POINT 5

4. Analyse numérique du transfert de chaleur dans un transformateur de
puissance.
M.I. Farinas1
K.S. Kassi2
, I. Fofana2
et C. Volat3
1
Groupe de Recherche en Ingénierie de Procédés et Systèmes (GRIPS)
2
Chaire de recherche du Canada sur les Isolants Liquides et Mixtes en Électrotechnologie (ISOLIME)
3
Laboratoire de Modélisation et de Diagnostic des Équipements des Lignes Électriques (MODELE)
Département des Sciences Appliquées (DSA)
Université du Québec à Chicoutimi, Chicoutimi, Québec, Canada
Le parc mondial des transformateurs de puissance vieillit dans tous les pays industrialisés.
Devant la demande sans cesse croissante en énergie électrique, la gestion de la surcharge des
transformateurs vieillissants est devenue un enjeu majeur au sein des compagnies d’électricité.
Le refroidissement adéquat des transformateurs de puissance est donc essentiel pour l'espérance
de vie de ces dispositifs. L'huile minérale est utilisée comme isolant/liquide de refroidissement et
la dissipation thermique est réalisée par circulation forcée ou naturelle de cette huile à travers les
enroulements.
À l'UQAC, la Chaire de recherche du Canada sur les isolants liquides et mixtes en
électrotechnologie (ISOLIME) étudie entre autres phénomènes l'impact du stress électrique,
thermique, mécanique, environnemental et chimique sur ces liquides isolants. Dans les
conditions d’opération, la qualité des huiles minérales isolantes se dégrade progressivement
jusqu’à la formation de boue. Le système de refroidissement perd son efficacité et l'élévation de
température résultante accélère l'oxydation et la détérioration de l'isolation solide. Des
vieillissements accélérés réalisés en laboratoire permettent de quantifier la variabilité dans les
propriétés thermofluides et dans les indicateurs de vieillissement des huiles à différents degrés.
Ces données sont ensuite utilisées afin de réaliser une analyse numérique par éléments finis de
ces effets sur un modèle de transformateur simplifié.
Le modèle de transfert de chaleur conjugué du logiciel COMSOL Multiphysics v4.4 est utilisé
pour étudier la distribution de vitesses et de température dans une géométrie 2D axisymétrique
représentant un transformateur de type disque1
. Suite à une validation du modèle numérique, les
caractéristiques des huiles vieillies à différents degrés sont introduites dans le modèle afin d’en
observer les effets. La position et la valeur des points chauds prédits dans les enroulements en
fonction du degré de vieillissement de l’huile limitent la charge maximale et la durée de vie d’un
transformateur. La connaissance de ces paramètres clés est pertinente pour l’ingénieur
responsable de l’entretien des ces transformateurs.
1
F. Torriano, M. Chaaban, and P. Picher. Numerical study of parameters affecting the temperature distribution in a
disc-type transformer winding. Applied Thermal Engineering, 30:2034-2044, 2010.

5. Numerical modeling of interfacial flows
Ali Dolatabadi, Concordia University
Multi-phase flows and specifically Interfacial flows have many industrial
applications such as in inkjet printing, sprays, atomization, and coatings. In this talk,
numerical modelling of water droplet impact, coalescence, and solidification on
surfaces with various wettabilities from hydrophilic to superhydrophobic will be
discussed. The study serves as a building block for modelling ice accumulation on
aerodynamic surfaces such as aircraft wing or nacelle. In addition, few examples of
modelling interfacial flows in fuel spray and thermal spray processes will be
presented.

6. Portrait de la simulation numérique dans le contexte d'une petite
entreprise
Yannick Sirois, Lx Sim
Les simulations numériques sont généralement jugées très complexes et très
coûteuses et sont du coup traditionnellement réservées aux grandes entreprises. Le
besoin de simulations numériques se fait cependant ressentir dans toute la sphère
industrielle au Québec et ailleurs dans le monde ce qui donne naissance à des petites
compagnies de consultants en simulations. C’est le cas de Lx Sim, une PME de
Bromont se spécialisant dans ce domaine. Par l’entremise d’une présentation de
l’entreprise et d’exemples de projets, nous tenterons de faire ressortir les besoins, les
contraintes et comment les simulations numériques peuvent être utilisées dans le
cadre de la petite entreprise en service de consultation en CAO.

7. 7ème Colloque québécois sur le développement numérique de produits
Mercredi 4 mai 2016 - École Polytechnique de Montréal
Sur l'utilisation d'outils d'analyse numérique en ingénierie du vélo
Jean-Marc Drouet, VÉLUS-IBERG, Département de génie mécanique, Université de Sherbrooke
L'objectif principal de cette présentation est de donner un aperçu de l'utilisation qui est faite des outils
d'analyse et de simulation numérique (OASN) dans le domaine de l’ingénierie du vélo. L'utilisation de
ces outils et plus spécifiquement de la méthode des éléments finis (MÉF) remonte aux années 1980.
À cette époque, la MÉF était surtout utilisée pour effectuer des analyses structurales en élastostatique
linéaire. Aujourd'hui, les OASN utilisés dans le domaine du vélo peuvent être regroupés selon trois
principaux champs d'application (figure 1) : les outils d'analyse structurale [1], les outils de mécanique
des fluides numérique (MFN) [2] et les outils d'analyse multi-physique [3].
L'utilisation des OASN lors de la conception d'un vélo et de ses composants jouent un rôle important
pour en accroître le niveau de performance que ce soit, par exemple, par une réduction de la masse
ou de la traînée aérodynamique. Il est à noter que malgré les avancées au niveau du développement
des OASN et de leur utilisation dans le développement de produits dans le domaine du vélo, les
mesures expérimentales (effectuées notamment sur bancs de tests, en soufflerie ou in situ) sont
toujours essentielles. Elles permettent non seulement de valider et de recaler les modèles numériques
mais elles servent également à les alimenter en fournissant, par exemple, des chargements réels pour
les analyses structurales.
Figure 1 – Champs d'application des outils d'analyse et de simulation numérique dans le domaine du vélo
Références
[1] Derek Covill, Steven Begg, Eddy Elton, Mark Milne, Richard Morris, Tim Katz, Parametric Finite Element
Analysis of Bicycle Frame Geometries, Procedia Engineering, Volume 72, 2014, Pages 441-446
[2] Matteo Pogni, Nicola Petrone, Marco Antonello, Paolo Gobbato, Comparison of the Aerodynamic
Performance of Four Racing Bicycle Wheels by Means of CFD Calculations, Procedia Engineering, Volume 112,
2015, Pages 418-423
[3] Abdullah, Mohd Naim, Mustapha, F., Muda, M. K. H., Arrifin, M. K. A., Rafie, A. S. M., AND Shamsudin, M. A.,
Simulating bio-composite cycling helmet performance through FEA and CFD approaches, Movement, Health &
Exercise, Volume 4, Number 1, 2015
Résumé de présentation • Jean-Marc Drouet - VÉLUS-IBERG, Département de génie mécanique, Université de Sherbrooke
Statique (e.g. champs de contraintes, rigidité)
Dynamique (e.g. vibrations, confort)
FBS (e.g. interaction dynamique vélo-cycliste)
structure
fluide
Composants seuls (e.g. roue, cadre)
Systèmes multi-composants (e.g. fourche+roue)
Systèmes vélo+cycliste simples ou mutiples
Conception des casques de vélo
Collisions vélo-automobile
multi-physique
Optimisation
Mesures expérimentales

8. Sur quelques thématiques de recherche en calcul scientifique de
haute performance
André Fortin, Université Laval
Dans cet exposé, je montrerai comment la modélisation par éléments finis des
pneumatiques nous amène à développer de la méthodologie numérique générale
dans plusieurs domaines de recherche:
 matériaux hyperélastiques en très grandes déformations
 interactions fluide-structure
 problèmes de contact frottant
 problèmes à surfaces libres
 parallélisme et problèmes de grande taille
 adaptation de maillages
La clé du succès est l'utilisation d'un logiciel commun permettant le développement
conjoint avec des partenaires industriels.

9. Optimisation de boîtes-noires: Algorithmes et applications
Sébastien Le Digabel, École Polytechnique de Montréal
Nous considérons un problème d'optimisation où les fonctions définissant le
problème (objectif et contraintes) sont généralement fournies comme des boîtes-
noires. L'optimisation de boîtes-noires se produit donc lorsque les valeurs de ces
fonctions sont évaluées en exécutant des codes informatiques pour lesquels les
dérivées ne sont pas accessibles. Nous utilisons des algorithmes dits de recherche
directe qui utilisent uniquement les évaluations des fonctions pour effectuer leur
recherche. En particulier, on s’intéresse à la méthode de recherche directe sur treillis
adaptatifs (MADS), possédant des propriétés de convergence. Cet exposé présente
brièvement MADS et sa mise en œuvre via le logiciel NOMAD, puis décrit quelques
applications du monde réel: Le positionnement optimal de dispositifs de mesure du
couvert nival, la caractérisation d’objets à partir de radiographies, et l'optimisation
biobjective de trajectoires d’avions.
Page web: www.gerad.ca/Sebastien.Le.Digabel et www.gerad.ca/nomad

10. UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI
L'optimisation des pales d’éoliennes en matériaux
composites par un algorithme génétique
Présenté au colloque québécois sur le développement numérique de produits (7eme
édition)
Polytechnique Montréal
Mai 2016
PAR
Adam Rafic CHEHOURI
Directeur de thèse : Jean Perron (UQAC)
Codirecteurs : Rafic Younes (LU), Adrian Ilinca (UQAR)
Université du Québec à Chicoutimi (UQAC)
555, boulevard de l’Université
Chicoutimi, Québec
Canada G7H 2B1
Université du Québec à Rimouski (UQAR)
300, allée des Ursulines
Rimouski, Québec
Canada G5L 3A1
Université Libanaise – EDST (LU)
Campus de Hadath
Beirut, Lebanon

11. RÉSUMÉ
L'épuisement de réserves de combustible fossile, des règlements environnementaux plus stricts et
les besoins d'énergie continuellement en croissance ont dirigé au déploiement de sources
d'énergie renouvelable alternatives. Parmi eux, l'énergie éolienne est une solution prometteuse et
la technologie qui a enregistré la plus rapide expansion au monde. En effet, on prévoit qu’avant
2030, au moins 20 % des besoins énergétiques des États-Unis seront fournis par des parcs
d’éoliens. Pour réaliser ce but, il faudra une augmentation significative d'installations d'éolienne
au cours des 15 années suivantes, et en parallèle une meilleure opérabilité d'éolienne est exigée
en préservant un coût d’énergie rentable et compétitif. En plus, l'éolienne doit toujours rencontrer
les politiques énergétiques en évolution permanente, les traités internationaux, les législations et
les règlements mis par les gouvernements.
Pour réduire le coût d'énergie (typiquement exprimé en $/kWh), les éoliennes ont grandi en taille
pendant les 30 dernières années. Ce qui est économiquement fructueux parce qu'en règle
générale, avec l’élévation de la hauteur et du diamètre du rotor, la vitesse moyenne du vent
augmente en raison du cisaillement du vent. Ceci a permis qu’une moindre unité d'éoliennes soit
exigée, ce qui mène inévitablement à une réduction des frais d'exploitation. Par conséquent,
comme la taille du rotor accroît, la performance mécanique de la structure et les exigences de
durabilité deviennent plus stimulantes. Actuellement, c'est toujours peu clair le diamètre de rotor
suprême qui peut être atteint avec les matériaux disponibles chez l’industrie actuelle [1]. Étant
donné la complexité du problème, il est indispensable de traiter la conception des éoliennes
comme un problème d’optimisation.
La nécessité pour l'industrie éolienne de fabriquer des laminés, à partir des couches
préimprégnées pauvres, les rend difficiles à former des formes complexes en raison des
installations de réfrigération nécessaires, avant que la résine ne commence à durcir. De tels
problèmes rendent difficile le choix d’un modèle de coût réaliste pour le problème d'optimisation
et c’est la raison pour laquelle beaucoup de modèles de coût que nous avons examinés ont
échoué à évaluer correctement les coûts de fabrication totaux. Dans la plupart des cas, le coût est
sous-estimé et ceci se répercute sur les variables de conception optimales. Puisqu’on s'attend que
la taille du rotor continue à augmenter, les charges dynamiques sur les composantes d'éoliennes
deviennent plus significatives. Ainsi, les exigences d'optimisation continueront à se solder en des
couches plus épaisses au long de la pale pour respecter les exigences de fatigue et de la rupture.
[1] M. Grujicic, G. Arakere, B. Pandurangan, V. Sellappan, A. Vallejo, M. Ozen, Multidisciplinary Design
Optimization for Glass-Fiber Epoxy-Matrix Composite 5 MW Horizontal-Axis Wind-Turbine Blades,
Journal of Materials Engineering and Performance, 19 (2010) 1116-1127.

12. Un aperçu du programme de R&D en simulation numérique des
groupes turbines-alternateurs à Hydro-Québec
Anne-Marie Giroux, Institut de recherche d’Hydro Québec
Un programme de recherche visant le développement de la technologie de
simulation numérique du comportement hydraulique et mécanique des groupes
turbines-alternateurs a été démarré à l’Institut de recherche en 2008. L’objectif pour
Hydro-Québec est d’optimiser le rendement du parc de production hydroélectrique
tout en assurant la fiabilité et la pérennité des équipements. La présentation donnera
un aperçu des progrès qu’un tel programme ont permis de réaliser et de montrer
quelques résultats d'applications.

13. Utilisation de la méthode des éléments finis dans le cadre de l’inspection automatique de pièces flexibles
Sasan Sattarpanah Karganroudi1
, Jean-Christophe Cuillière1
, Vincent Francois1
, Souheil-Antoine Tahan2
1
Équipe de Recherche en Intégration Cao-CAlcul (ÉRICCA), Université du Québec à Trois-Rivières, Trois-Rivières, Québec, Canada
2
Laboratoire d'ingénierie des produits, procédés et systèmes (LIPPS), École de Technologie Supérieure, Montréal, Québec, Canada
Keywords: Geometric and fixtureless inspection, non-rigid parts, GNIF, principal curvatures, von Mises stress, V&V methods.
Sophisticated and highly featured non-rigid parts used in the aerospace and automotive industries require accurate quality
control. Computer-aided inspection (CAI) of these non-rigid parts significantly contributes to improving performance of
products, reducing assembly time and decreasing production costs. CAI methods use scanners to obtain point clouds on
parts and compare them with the nominal computer-aided design (CAD) model. The compliance of non-rigid parts causes
unwanted flexible deformation during inspection of these parts in a free-state. Virtual fixtureless CAI methods apply
numerical approaches, instead of sophisticated and expensive dedicated fixtures, to compensate for the deformation of
non-rigid parts during inspection. These approaches aim at scanning non-rigid parts in a free-state for which the main
challenge is to distinguish between possible geometric deviation (defects) and flexible deformation associated with free-
state.
Figure 1 : schematic diagram of the proposed automatic corresponding sample
point filtration method
As illustrated in Figure 1, in the proposed approach,
we first apply the generalized inspection fixture
(GNIF) [1] method to generate a prior set of
corresponding sample points between CAD and
scanned models. These points are used to deform
the CAD model to the scanned model via finite
element non-rigid registration. Then, defects are
identified by comparing the deformed CAD model
with the scanned model. The fact that some sample
points can be located close to defects results in an
inaccurate estimation of these defects. We present a
method to automatically filter out sample points
that are close to defects [2]. This method is based
on curvature and von Mises stress analysis. Once
filtered, the remaining sample points are used in a
new registration, which allows identifying and
quantifying defects more accurately. Our proposed
automatic sample point filtering method is validated
on aerospace parts based on validation metrics such
as the maximum amplitude of defects, the area of
defects and a validation and verification (V&V)
process, which is consistent with ASME V&V10.1-
2006 recommendations. This V&V process is based
on the Kolmogorov-Smirnov test to corroborate the
estimated results while assessing the robustness of
our inspection method. We also present preliminary
results of a new approach aimed at virtually
assessing necessary load for placing non-rigid parts
in their assembly position. This approach is based
on finding an optimized set of pressure loads that
need to be applied on the part to superpose
assembly features (such as mounting holes) of the
scanned model on those of the CAD model.
[1] H. Radvar-Esfahlan and S.-A. Tahan, "Nonrigid geometric metrology using generalized numerical inspection fixtures," Precision
Engineering, vol. 36, pp. 1-9, 2012.
[2] S. Sattarpanah Karganroudi, J.-C. Cuillière, V. Francois, and S.-A. Tahan, "Automatic fixtureless inspection of non-rigid parts
based on filtering registration points," The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2016
(doi: 10.1007/s00170-016-8496-5).