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Thèse Année : 2009

Reliability and life cycle of degraded mechanical components : demonstration tests and analysis based on the hazard function

Fiabilité et cycle de vie des composants mécaniques dégradés : essais de démonstration et analyse basée sur la fonction de Hasard

Résumé

The process of designing and producing mechanical and structural systems consists of several stages, starting from defining the requirements and the demands throughout the life cycle, that must be supported to determine the capacity or resistance needed to fulfil the equipment mission. The reliability is the one of the most important goals that manufacturers seek, while the economical aspect is a key factor and it has a great deal influence on this process. Therefore, the best design has to be carried out, in order to achieve the paradox of reliable products with minimal costs. This implies careful and exact investigation along the product life-cycle, from birth to death. This study encompasses the different phases of product life cycle, starting from the necessity to demonstrate the product reliability before starting the mass production under the constraints of economy and time. This work aims to answer the following three questions: * How can we demonstrate the product reliability on the basis of few tests? Among the four approaches considered in this study, the method of compound uncertainties shows its robustness to demonstrate the product reliability, without implying unnecessary over-design. * What is the robust design criterion under repetitive load for time-independent resistance? In the useful phase of product life cycle, failure is assigned to load variability under the assumption of non-degraded resistance. Stress-resistance model considers failure probability as a design target to be achieved; however, for the case of repetitive loading, this criterion is sensitive to the number of load applications. The present works shows that hazard is almost constant and gives a robust design criterion. * Is there a general approach that can cope with all degradation mechanisms? In the wear out phase, modelling degradation is mandatory for several reasons such as industrial risks control and life cycle management. The hazard function gives an appropriate indicator for the prediction of the degradation state and consequently, the estimation of residual product life.
Le processus de dimensionnement des structures et des systèmes mécaniques comportent de plusieurs étapes, allant de la définition des conditions et des besoins tout au long du cycle de vie, en vue de la spécification de la capacité et de la résistance requises pour accomplir les missions escomptées. La fiabilité figure parmi les objectifs les plus importants pour les fabricants, en plus de l'aspect économique, facteur clé, qui influence largement le processus de conception. Dans ce contexte, la conception doit être élaborée afin de définir le meilleur compromis entre la fiabilité et le coût. Ce qui implique une étude précise et détaillée de tout le cycle de vie du produit, de la naissance jusqu'à la mise au rebus. Cette étude couvre les différentes phases du cycle de vie du produit, en intégrant la nécessité de démontrer la fiabilité du produit avant de commencer la production en série, sous des contraintes de coût et de délais. Ce travail vise à donner des éléments de réponse aux trois questions suivantes : * Comment peut-on démontrer la fiabilité du produit à partir de quelques essais ? Parmi les quatre approches considérées, la méthode de composition des incertitudes montre sa robustesse pour démontrer la fiabilité du produit, sans pour autant conduire à un surdimensionnement excessif. * Quel est le critère permettant une conception robuste sous des charges répétitives pour un système non dégradable ? Dans la phase utile du cycle de vie du produit, la défaillance est principalement due à la variabilité des charges appliquées lorsque la résistance n'est pas dégradée. Le modèle d'interférence contrainte-résistance considère la probabilité de défaillance comme cible de conception. Cependant, pour le cas des charges répétitives, ce critère est sensible au nombre d'applications de ces charges. Pour cela, la conception basée sur le hasard est proposée comme outil robuste pour la conception des composants intrinsèquement fiables. * Quelle est l'approche générale permettant de traiter les mécanismes de dégradation ? Dans la phase de vieillissement, la modélisation de la dégradation est obligatoire pour plusieurs raisons, telles que la maîtrise des risques industriels et la gestion du cycle de vie. La fonction de hasard fournit un indicateur approprié pour la prévision de l'état de dégradation et par conséquent, l'estimation de la durée de vie résiduelle.
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Dates et versions

tel-00845425 , version 1 (17-07-2013)

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  • HAL Id : tel-00845425 , version 1

Citer

Hussam Ahmed. Fiabilité et cycle de vie des composants mécaniques dégradés : essais de démonstration et analyse basée sur la fonction de Hasard. Génie mécanique [physics.class-ph]. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2009. Français. ⟨NNT : 2009CLF21983⟩. ⟨tel-00845425⟩
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