Modélisation et optimisation de système de motorisation à chenille continue en caoutchouc pour engins agricoles

Les systèmes à chenille continue en caoutchouc pour engins agricoles sont actuellement la solution privilégiée pour lutter contre le problème de compaction des sols. En effet, cette compaction réduit grandement la vitesse de croissance des cultures et réduit le rendement des terres agricoles. De plus, avec l’augmentation de la taille des équipements, les solutions à chenille, avec leurs performances de traction, ont la capacité de suivre cette évolution. Malheureusement, ces systèmes sont traditionnellement conçus par un processus de conception itératif qui se base sur la production de prototypes physiques de pleines tailles. Le fait de devoir produire ces prototypes ralentit grandement le développement des nouveaux systèmes, en plus de rendre ce développement extrêmement coûteux. De plus, cela réduit fortement la possibilité d’explorer et de comprendre l’espace de conception. L’objectif de ce projet de recherche vise donc à proposer une méthode pour explorer l’espace de conception des systèmes à chenille continue en caoutchouc pour engins agricoles. Cela dans le but d’améliorer la compréhension de ce type de système. Pour ce faire, cette thèse veut faire la démonstration d’un processus numérique d’exploration et d’optimisation afin d’en vérifier l’efficacité pour cette nouvelle application. La méthode s’articule autour de l’élaboration d’un modèle numérique et de son exploitation, par méta-modèles, dans le but d’utiliser des algorithmes avancés d’optimisation. Cette thèse est construite en deux parties principales. La première fait la présentation du modèle de multi-body Dynamics (MBD) qui va servir de base pour la suite de cette étude. La présentation de ses sous-éléments (constitution et caractérisation) y est faite, ainsi que la stratégie de modélisation de la chenille par discrétisation en éléments rigides interconnectés par des joints à 6 degrés de liberté. Des résultats y sont également présentés afin de donner un aperçu des capacités qu’offre ce type de modèle pour une utilisation comme outil d’aide à la conception efficace avec un temps de résolution d’approximativement 3h. La seconde partie se veut être une démonstration pratique des capacités de la méthode d’exploration et d’optimisation de l’espace de conception d’un système à chenille continue en caoutchouc pour engins agricoles, et ceux à partir du modèle MBD. Pour cela, des réseaux de neurones artificiels ont été entraînés pour se substituer au modèle MBD, trop lent pour être utilisé directement par des algorithmes d’optimisation. Une analyse de sensibilité a permis de mettre en lumière les variables de conception qui avaient un impact significatif sur la réponse du système. De plus, l’utilisation de l’algorithme NSGA-II a permis d’approximer les fronts de Pareto du problème d’optimisation. Cette approche a montré (1) qu’une amélioration potentielle allant de 2.24% à 17.2% par rapport au système de référence (système CTS halftrack) était possible sur le chargement aux roues, le pincement de la chenille ainsi que le couple maximal nécessaire lord du franchissement d’une bosse, et (2) que l’expression des fronts de Pareto dans l’espace de conception pouvait être un outil puissant pour une phase de conception d’un système complexe.

Name thesis:degree_name

Ph. D.

Level thesis:degree_level

Doctorat

Discipline thesis:degree_discipline

Génie mécanique

Grantor dc:publisher

Université de Sherbrooke

Year dc:date.issued

2025

Author dc:creator

• Faivre, Antoine

Advisors dc:contributor.advisor

• Plante, Jean-Sébastien
• Rancourt, David

• Simulation multicorps rigides
• Chenille continue en caoutchouc
• Optimisation multi objectif
• Simulation coûteuse et opaque
• Exploration d’espaces de conception

Language dc:language.iso

fr, en

Handle dc:identifier.uri

http://hdl.handle.net/11143/22359

OAI identifier oai:identifier

oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/22359