Développement d'un outil de conception pour les actionneurs AMF à rappel passif et actif prenant en compte l'influence des traitements thermomécaniques

Résumé

Un actionneur en alliage à mémoire de forme (AMF) se divise en trois sous-systèmes : 1) un élément actif AMF, 2) un élément de rappel permettant de réarmer le système et 3) une transmission. Ces trois éléments vont avoir un impact direct sur les propriétés d’actionnement. Ainsi, l’objectif principal de ce projet de recherche consiste à développer un outil de conception intégrant les caractéristiques de ces trois sous-systèmes. Pour cela, une méthodologie de caractérisation systématique des AMF est développée afin d’obtenir ses caractéristiques mécaniques qui permettent de définir l’enveloppe de travail de l’actionneur dans l’espace contrainte-déformation. Dans un premier temps, une méthodologie de conception des actionneurs AMF dits « à rappel passif » est développée. Ce type d’actionneur est défini par la combinaison de l’AMF avec un système de réarmement mécanique comme un ressort. La méthodologie de conception est illustrée par l’intermédiaire du projet CRIAQ 7.1 (2006-2008) intitulé « Amélioration de l’écoulement laminaire sur une voilure aéroélastique » dans lequel les actionneurs AMF sont utilisés pour modifier le profil géométrique d’un prototype d’aile d’avion. Le mécanisme d’actionnement utilisé se compose de quatre sous-systèmes : 1) l’élément actif AMF, 2) l’élément de rappel passif (ressort à gaz), 3) l’extrados flexible et 4) le système de transmission. En se basant sur une série d’essais de caractérisation, l’enveloppe de travail de l’actionneur sélectionné est définie. La combinaison de l’enveloppe de travail avec les exigences fonctionnelles du projet permet un dimensionnement de l’élément actif (longueur, section), de l’élément de rappel (force de rappel, rigidité…) et du système de transmission (ratio de transmission). Les résultats provenant de cette méthodologie de design sont testés expérimentalement afin de valider l’outil développé. Par la suite, l’impact des paramètres de mise en forme est présenté. La mise en place d’un système de chauffage du fil en alliage à mémoire de forme à l’entrée de la zone de déformation par laminage permet de définir différents chemins thermomécaniques et de produire de manière reproductible des échantillons. L’idée est de combiner le laminage à froid et à tiède avec des recuits intermédiaires afin d’augmenter les propriétés dans le sens du laminage et ainsi d’obtenir un matériau nanocristallin texturé. La contrainte générée par chaque d’échantillon est analysée afin d’illustrer l’influence des traitements thermomécaniques sur les propriétés fonctionnelles. Finalement, la tendance semble indiquer que l’apport d’énergie sous forme thermique lors de la mise en forme baisse la contrainte générée, mais augmente la durée de vie des échantillons produits. Ce constat démontre l’importance de développer une méthodologie de caractérisation simple, rapide et efficace des AMF afin d’obtenir rapidement les capacités de l’élément actif (enveloppe de travail). Pour répondre à cette problématique, un banc d’essai automatisé et dédié à la caractérisation systématique des AMF est mis en place. Ce système d’essai a plusieurs objectifs : 1) déterminer les propriétés fonctionnelles, 2) simuler le comportement d’un actionneur à rappel passif et 3) simuler le comportement d’un actionneur AMF antagoniste. Une multitude de comportements mécaniques peut être imitée afin de reproduire des conditions réelles d’application. Ce banc d’essai servira donc pendant les phases de conception et de validation des actionneurs AMF. Finalement, le développement et la mise en service du banc d’essai automatisé admettent l’étude des actionneurs AMF à rappel actif (ou antagoniste) où deux éléments actifs sont connectés ensemble. L’objectif avec ce type d’actionneur AMF est de diminuer le poids du système et de décupler les possibilités d’actionnement par un contrôle indépendant de la température de chacun des éléments AMF. Une méthodologie adaptée de caractérisation est donc mise en place afin d’évaluer les performances d’un actionneur AMF antagoniste. Une combinaison de différents modes de caractérisation est utilisée afin de déterminer le travail mécanique disponible pour des essais multi cycles. Un exemple d’application sera présenté afin d’illustrer et de comprendre la méthodologie de caractérisation de ce type d’actionneur AMF.

Date	4 janv. 2012
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vladimir Brailovski (Directeur(-trice)) & Patrick Terriault (Codirecteur(-trice))