identifier: Diot, Antoine  (2020). Approche simplifiée pour l’analyse de la fragilité sismique des ponts du Québec.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
pont
séisme
courbe de fragilité
gestion du risque sismique
méthode simplifiée
état de dommage

abstract: Dans la province de Québec l’aléa sismique est modéré à l’exception de la zone de Charlevoix où il est élevé. Cependant la densité de population importante des zones urbaines augmente le risque associé à l’aléa sismique. Dans ce contexte, l’évaluation du comportement des ponts de la province durant un séisme est nécessaire pour la planification des rénovations du réseau de transports et la gestion des interventions après un tremblement de terre. L’état de dommage des ponts détermine le coût et la durée des réparations, ainsi que leur niveau de fonctionnalité post tremblement de terre. L’analyse de la fragilité se fait par l’étude de ponts représentatifs des classes d’ouvrages de la région. Le but de cette étude est de fournir une méthode simplifiée d’analyse de la fragilité. La méthodologie de Basöz et Mander implémentée dans HAZUS a été adaptée pour prendre en compte les spécificités des ponts et de l’aléa sismique du Québec. Cette méthode simplifiée utilise les propriétés géométriques et mécaniques des ponts, comme le matériau du tablier ou les dimensions des colonnes ainsi que le type d’appareils d’appui, pour calculer la capacité de l’ouvrage. La capacité est utilisée avec la demande sismique de la région pour déterminer le PGA médian et l’écart-type des courbes de fragilité pour chacun des quatre états de dommage suivants : léger, modéré, étendu et complet. Les résultats sont validés avec des courbes de fragilité de la littérature, déterminées avec une analyse dynamique de ponts du Québec. Cette méthode simplifiée d’analyse de fragilité s’avère utile dans un processus de prise de décision pour déterminer les priorités d’intervention après un séisme ou pour mettre en place des mesures de mitigation sur la base du facteur de dommage moyen des ponts. La méthode simplifiée et les analyses dynamiques mènent à la décision de laisser les ponts ouverts avec certaines restrictions après un séisme ayant une probabilité d’occurrence de 2 % en 50 ans.


identifier: Elmurngi, Elshrif  (2020). Approches basées sur l’analyse des sentiments et les techniques d’apprentissage supervisé pour des systèmes de réputation robustes dans l’environnement du commerce électronique.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

format: application/pdf application/pdf

subject:
systèmes de réputation
modèle d’analyse du sentiment (SAM)
commerce électronique (EC)
classification des sentiments
détection des faux avis
techniques d’apprentissage machine

abstract:
Les systèmes de réputation en ligne sont une partie nouvelle et active des environnements de commerce électronique tels que eBay, Amazon, Alibaba, etc. Ces sociétés utilisent des systèmes de réputation pour l’évaluation de la confiance en mesurant l’ensemble des commentaires donnés par les acheteurs, ce qui leur permet de calculer le score de réputation de leurs produits. Ces processus d’évaluation et de calcul sont étroitement liés à l’analyse des sentiments et à la fouille des opinions. Ces techniques intègrent de nouvelles caractéristiques aux tâches traditionnelles, comme la détection de la polarité pour les évaluations positives ou négatives. Par exemple, le manque d’honnêteté ou d’effort dans la fourniture des commentaires, par lequel les utilisateurs pourraient créer des commentaires fantômes à partir de faux commentaires afin de soutenir leur réputation. Le problème de la " réputation d’excellence " est courant dans le domaine du commerce électronique, où la plupart des commentaires sont positifs, ce qui entraîne des scores de réputation élevés pour les vendeurs. Un autre problème est que les vendeurs peuvent attribuer des commentaires injustes pour approuver ou rejeter un produit ciblé puisqu’une meilleure réputation mène à des profits plus élevés. Pour que les avis reflètent les expériences et les opinions réelles des utilisateurs, ces avis injustes doivent être détectés.

Le problème des avis injustes peut être aggravé par la complaisance de plusieurs utilisateurs lorsque la crainte de représailles pour de mauvaises notes amène les évaluateurs à être de connivence, à manipuler et à tromper les autres. Il arrive souvent que les avis injustes présentent un patron statistique différent de celui des avis justes. L’objectif principal de cette étude est d’offrir une solution nouvelle et compréhensive pour la conception d’un nouveau modèle pour obtenir le système de réputation le plus précis, qui traite les problématiques existantes, telles que les fausses revues de rétroaction et les revues injustes à partir des revues d’opinion, la collusion et la manipulation et la problématique de la " toute bonne réputation " qui est actuellement rencontrée par les systèmes de réputation.

L’objectif de la recherche proposée est d’utiliser une technique statistique permettant d’exclure les évaluations biaisées et d’illustrer son efficacité via des simulations. Pour ce faire, nous avons d’abord commencé par analyser les revues de films en ligne en utilisant des méthodes d’analyse de sentiment (SA) afin de détecter les fausses revues. Les méthodes SA et de classification textuelle sont appliquées à un ensemble de données de revues de films. Plus précisément, nous comparons cinq algorithmes d’apprentissage machine supervisé : Naïve Bayes (NB), Support Vector Machine (SVM), K-Nearest Neighbors (KNN-IBK), KStar (K*) et Decision Tree (DT-J48) pour la classification des sentiments des revues en utilisant trois bases de données différentes. Pour évaluer la performance de la classification des sentiments, ce travail a mis en oeuvre l’exactitude, la précision, le rappel et la F-mesure comme métriques de performance. Les résultats mesurés de nos expériences montrent que l’algorithme SVM surpasse les autres algorithmes, et qu’il atteint la plus grande précision non seulement dans la classification des textes, mais aussi dans la détection des fausses revues. Deuxièmement, nous avons effectué une étude comparative de quatre algorithmes d’apprentissage machine supervisé : Naïve Bayes (NB), Arbre de décision (DT-J48), Régression logistique (LR) et Machine à vecteurs de support (SVM) pour la classification des sentiments en utilisant trois bases de données de revues en Amazon, incluant les revues de vêtements, chaussures et bijoux, les revues des bébés ainsi que les revues des animaux de compagnie. Afin d’évaluer la performance de la classification des sentiments, ce travail a mis en oeuvre l’exactitude, la précision et le rappel comme mesures de performance. Les résultats de nos expériences montrent que l’algorithme de Régression Logistique (LR) est le meilleur classificateur avec la plus grande précision par rapport aux trois autres classificateurs, non seulement dans la classification des textes, mais aussi dans la détection des revues injustes. Enfin, le but du présent travail est d’utiliser une technique statistique pour exclure les revues injustes et d’illustrer son efficacité par des simulations. De plus, nous avons calculé les scores de réputation à partir des rétroactions des utilisateurs, en nous basant sur un modèle d’analyse du sentiment (MAS), afin d’obtenir des informations utiles à partir des revues, en se basant sur un algorithme de régression logistique avec deux sélections de caractéristiques différentes. Les résultats expérimentaux basés sur deux bases de données différentes démontrent l’efficacité de notre approche dans la récupération d’informations de réputation à partir des revues.


identifier: Chouchane, Alaeddine  (2020). Un modèle de tokenisation basé sur la chaîne de blocs pour la traçabilité et la conformité de la collecte de données.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
DLT
confidentialité
RGPD
contrats intelligents

abstract: En tant que nouveau règlement sur la confidentialité, le règlement général européen sur la confidentialité des données (RGPD) perturbera l’industrie de la collecte de données qui doit respecter ses clauses en matière de transparence, de traçabilité et de gouvernance des données. En particulier, le RGPD confère trois droits importants aux individus : le droit à l’effacement, le droit à la portabilité des données et le droit à la restriction du traitement. Dans cet article, nous tirons parti de l’immuabilité offerte par les technologies de registres distribués (DLT), combinées à une exécution logique de validation transparente et fiable via des contrats intelligents, pour prendre en charge la collecte de données conforme au RGPD. Nous proposons un nouveau format de tokenisation des données, qui enregistre le consentement et fournit une piste d’audit capturant les flux de traitement des données. Nous montrons comment notre approche de tokenisation des données peut être combinée avec un système de stockage de fichiers décentralisé (comme IPFS) afin de stocker efficacement de gros volumes de données. Nous montrons également comment la suppression des données peut être prise en charge en manipulant le mécanisme de disponibilité des données fourni par IPFS. Nous décrivons une étude de cas pour la formation en apprentissage automatique, montrant la capacité de notre modèle à se conformer au RGPD. Nous implémentons notre modèle en utilisant Solidity, fournissons une évaluation des performances de notre système en utilisant Ethereum et IPFS, et réalisons une analyse de sensibilité des principales fonctions fournies par notre application décentralisée.


identifier: Boucher Charbonneau, Kristof  (2020). Variational autoencoders with Gaussian mixture prior for recommender systems.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
système de recommandation
données implicites
apprentissage machine
apprentissage profond
Auto-encodeur variationnel
mixture de Gaussiennes

abstract:
Recommender systems are used everywhere, from search engines to entertainment websites like video or audio streaming platforms. They are essential when the amount of information available is substantial by providing users with the right information at the right time. The standard approach involves gathering the impressions of users based on content to create the next recommendation. However, collecting these impressions is costly and is not always accurate. A different alternative is to simply gather the binary interactions between a user and the content.

Radio-Canada, the official French broadcaster in Canada, has collected these types of interactions for its video streaming platform called “Tou.TV”. They asked us to create a novel recommender system using temporal and contextual signals. In this thesis, we present two hybrid systems based on a variational autoencoder (VAE) architecture with a Gaussian mixture prior to better understand the latent space with multiple Gaussian distributions. We apply these systems on the Tou.TV dataset, but also demonstrate the efficacy of our approach on the popular dataset called MovieLens-20M. These systems with the simple enhancements proposed on the traditional VAE architecture are able to outperform popular off-the-shelf models.


identifier: Pham, Hoai Tan  (2020). Millimeter-wave antenna selection switch using advanced CMOS technologies.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: CMOS

subject: commutateur unipolaire à double course (SPDT)

subject: ondes millimétriques

subject: semi-conducteur sur isolant (SOI)

subject: perte d’insertion

subject: isolation

subject: émetteur

subject: récepteur

subject: amplificateur

abstract:
The main objective of this research work is to develop an innovative on-chip CMOS-based antenna switching circuit for fifth-generation (5G) mobile communication equipment.

The specific objectives are to study, design, simulate, test, and validate the operation of the proposed CMOS-based antenna switching circuit operating at 28GHz. The switching circuit comprises an SPDT (Single Pole Double Throw) switch circuit on a single chip in CMOS technology, along with the necessary transmission lines embedded into a multi-layer laminate for the connection between the on-chip switch circuitry and the two antennas.

The necessity for the coexistence of RF & mm-wave technologies (e.g., WLAN transceivers in 5GHz band and machine-to-machine communication transceivers in the 28GHz band) in future wireless communication equipment imposes integration design challenges in the Power Amplifier (PA) module intended for the transmitter front ends. A key aspect is the necessity to include mm-wave antenna switching capabilities in the same PA module while favoring miniaturization. This requires innovation in the design and integration of low-loss CMOS switching circuits on the same 28 GHz PA IC. It also complicates the design of the transmitter front-end, as it requires low-loss transmission paths from the Power Amplifier IC to different RF & millimeter-wave antenna locations on the communication equipment’s PCB.

The starting point is the study of the design documentation on a basic structure of a millimeterwave antenna switch designed at Skyworks Solutions, Inc. An in-depth investigation accompanies this study through simulation of state-of-the-art switch architectures and circuit techniques proposed in the literature as well as other compatible industrial designs. This study is followed by the characterization of CMOS devices in conjunction with the design of switch circuitry. In particular, key switch performance metrics such as achieving lower insertion losses and good isolation with advanced CMOS technology is pursued and demonstrated through the design of an asymmetric SPDT fabricated using a 45nm CMOS SOI process. The measured insertion loss and isolation at 28GHz from Tx-to-Rx are 0.9dB and 28dB, respectively.


identifier: Delmas, Vincent  (2020). Implémentation multi-GPU d’un code en volumes finis pour le calcul de haute performance des écoulements à surface libre.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: multi-GPU SWE St-Venant CFD CUDA MPI

abstract: Dans le cadre de ce mémoire, nous portons le code CUTEFLOWpour la résolution des équations de St-Venant par la méthode des volumes finis sur une architecture multi GPU. Nous combinons dans ce but une version CUDA-Aware d’OpenMPI à du CUDA-Fortran. La bibliothèque METIS est utilisée pour faire la décomposition de domaine sur les maillages 2D triangulaires non structurés traités par le code. Une étude des accélérations et efficacités de la version multi-GPU est proposée, dans un premier temps, sur un cas de bris de barrage unidimensionnel, puis sur le domaine de la rivière des Mille Îles. Dans les deux cas des maillages allant jusqu’à 13 millions d’éléments sont utilisés. L’utilisation de 24 à 28 GPU pour la résolution de problèmes sur de tels maillages donne des efficacités supérieures à 80% ce qui est jugé optimal.


identifier: Damaj, Ghaleb  (2020). Seismic vulnerability assessment of schools designated as post-disaster shelters in Montréal.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
risque sismique
PAH
résonance sol-structure
indice de vulnérabilité
CFO
composants non structuraux

abstract: This research aims to assess the seismic risk associated to the non-structural components (NSCs), also known in Canada as operational and functional components (OFCs), of 16 schools designated as post-disaster shelters in Montréal by the Civil Safety Department of the City of Montréal. An improved deterministic structural vulnerability index (VI) is calculated using the Analytical Hierarchy Process (AHP). The new VI considers the main structural parameters considered in a previous study conducted at McGill University using the seismic screening method adapted from the American FEMA 154 (Federal Emergency Management Agency) and New Zealand guidelines. The main parameters include the type of lateral load resisting system, the building height, the year of construction, the presence of structural irregularities (vertical and horizontal), as well as the seismicity and soil class at the site as prescribed by the seismic design provisions of the National Building Code of Canada (NBC). The AHP method is applied to estimate a weight factor for each parameter contributing in the structural vulnerability via a pairwise comparison, in order to develop an improved structural vulnerability equation. The new vulnerability index is calibrated with the results of the previous study at McGill University. This calibration is followed by the integration of the effect of soil-building resonance as a new parameter in the assessment of the structural vulnerability currently proposed in the CSA S832 standard (Seismic risk reduction of operational and functional components). The new VI is classified into four categories: low, moderate, high and very high. The addition of the soil-building resonance parameter has increased the building seismic structural vulnerability classes in some cases. Finally, the seismic risk associated to the OFCs is assessed based on the improved structural vulnerability index and the CSA S832 parametric method based on onsite inspection. Accordingly, the evaluation of the seismic risk is represented by calculating a risk index (R) that takes into consideration the vulnerability of the building, the seismic hazard at the building site and the vulnerability of the component based on the OFC restraint, impact and pounding, OFC overturning and OFC flexibility and location in building, in addition to the consequences of OFC failure or lack of functionality. The risk indices are classified according to the mitigation priority thresholds of CSA S832.


identifier: Sheikh Alard, Rahaf  (2020). Evaluation of floor accelerations and spectra in linear and nonlinear regular RC frame buildings.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: spectres de réponse du plancher

subject: composants non structuraux

subject: composants opérationnels et fonctionnels

subject: analyse non-linéaire

subject: ductilité

subject: béton armé et cadres résistants aux moments

abstract: This project aims to investigate the influence of building ductility on nonstructural components (NSCs) acceleration demands. It targets also to evaluate simplified methods available in the literature as well as the equation proposed in the recent report NIST.GCR.18.917.43 to compute the NSCs acceleration demands in inelastic buildings. For this purpose, a typical 6-story frame building is designed according to 2015 edition of National Building Code of Canada (NBC) for four cases: 1) moderately ductile frame in Montreal, 2) conventional frame in Montreal, 3) ductile frame in Vancouver, and 4) conventional frame in Vancouver. Montreal and Vancouver were chosen to represent the seismicity in east and west of Canada, respectively. The aforementioned structures were subjected to twelve and seventeen artificial records with 2 and 10% per 50 year probability in Montreal and Vancouver, respectively. The selected and scaled records are compatible with the Uniform Hazard Spectra specified in the 2015 edition of the NBC. The seismic acceleration demands of NSCs in terms of height factor (Ax), component amplification factor (Ar), and floor response spectra (FRS) are generated by performing linear and nonlinear dynamic analysis, and applying the simplified method of Kothari et al. (2017), using SAP2000® software. The obtained factors Ax and Ar are compared to the ones proposed by NBC 2015 and the report NIST.GCR.18.917.43. The results showed that the frame ductility tends to reduce the NSCs acceleration demands and this benefit is less in the conventional construction frames as compared to the ductile and moderately ductile frames. Also, it was found that the seismic acceleration demands of NSCs are higher in Vancouver than in Montreal. The FRS generated by the simplified method are in a good agreement in terms of the shape with the ones obtained from the nonlinear dynamic analysis, but underestimate the ordinates of the FRS. Finally, the PFA/PGA demand suggested by the NBC 2015 is conservative for the inelastic building while the value of Ar is underestimated. The demands suggested by NIST.GCR.18.917.43 fit the required demands better than NBC 2015.


identifier: Blancke, Olivier  (2020). Développement d’une approche de pronostic pour les équipements complexes permettant l’application de la maintenance prévisionnelle.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
maintenance prévisionnelle
pronostic
diagnostic
système complexe
théorie des graphes
validation

abstract:
La maintenance prévisionnelle est une discipline qui permet de planifier des actions de maintenance basées sur des modèles de pronostic. Elle vise à accroître les capacités décisionnelles des organisations en leur permettant de planifier les bons gestes aux bons moments. Contrairement aux approches de maintenance basée sur la fiabilité, les approches de maintenance prévisionnelle permettent de prendre en compte les aspects dynamiques et individuels des données de chaque actif grâce aux algorithmes de pronostics. En se basant sur l’état de l’équipement, de son niveau de charge et de son environnement, ces algorithmes permettent de prédire l'occurrence de modes de défaillance d'un équipement au fur et à mesure que de nouvelles données sont disponibles en estimant les incertitudes qui y sont intrinsèquement associées.

Malgré l’arrivée des nouvelles technologies de capteurs et des dispositifs d’acquisition de données, le manque de données historiques exploitables reste un problème commun pour une proportion importante d'applications industrielles dans le domaine. De plus, une grande majorité des approches existantes sont appliquées à des équipements spécifiques avec un nombre relativement limité de composants critiques et de mécanismes de défaillance. Dans l’industrie, les équipements sont souvent complexes et disposent généralement de multiples modes et mécanismes de défaillance qui peuvent être interdépendants et évoluant au travers de nombreux composants. Leurs informations de diagnostic proviennent de différentes sources (par exemple, des mesures et des inspections) à des intervalles discrets dans le temps. Par conséquent, les modèles de pronostics au niveau des composants ont une applicabilité limitée face aux équipements complexes, car ils ne gèrent ni la complexité inhérente des mécanismes de défaillance ni les interrelations entre les composants. Il est alors difficile de mettre en place des approches de maintenance prévisionnelle.

Pour faire face à cette problématique, la thèse propose une approche globale de développement de modèles de pronostic pour les équipements complexes permettant l’application de la maintenance prévisionnelle. Dans un premier temps, une approche de diagnostic et de pronostic pour les équipements complexes est proposée. L’approche se base essentiellement sur la compréhension et la modélisation de la physique de dégradation (mécanismes de dégradation) pour identifier et suivre l’évolution des mécanismes de défaillance à travers une succession d’états physiques de dégradation détectables par des outils de diagnostic. L’algorithme de diagnostic intègre l’information provenant de divers moyens de diagnostic et permet de suivre l’évolution des mécanismes de défaillances actifs à travers des représentations graphiques sous forme de graphes de causalité dynamique. Il est alors possible de suivre l’évolution des mécanismes de défaillance. Basé sur les résultats de diagnostic, l’algorithme de pronostic permet de propager les mécanismes de défaillance jusqu’aux modes de défaillance de l’équipement. Il permet alors l’estimation du temps restant avec l’occurrence de chaque mode de défaillance pour chaque date de prédiction. Dans un deuxième temps, une approche de maintenance prévisionnelle est proposée en se basant le formalisme de l’algorithme de pronostic. L’approche se démarque des autres approches proposées dans la littérature, car elle permet d’identifier les actions de maintenance requises en fonction des mécanismes de défaillances actifs et des résultats des algorithmes de pronostic. Les résultats permettent à l’organisation d’identifier automatiquement toutes les actions de mitigations qui sont possibles pour éviter l’occurrence des modes de défaillance et suggèrent leurs effets potentiels sur le système. Pour assurer la viabilité à long terme de l’approche, une nouvelle méthode est proposée pour évaluer les performances des algorithmes de pronostic pour les systèmes réparables en tenant en compte des processus opérationnels de l’organisation. Pour finir, processus d’actualisation et d’évolution des modèles de pronostic en tenant en compte de l’évolution du contexte d’affaires et des nouvelles informations disponibles. L’approche complète est appliquée et validée avec succès dans le cas des alternateurs hydro-électriques en tenant en compte de leurs contextes opérationnels. Elle démontre un grand potentiel d’applications dans diverses industries lors de recherches futures.

Les contributions de cette thèse ne s’arrêtent pas seulement au développement d’algorithmes de pronostic, mais visent aussi à assurer l’applicabilité de ces algorithmes dans un contexte opérationnel. Cette thèse propose le développement d’une approche de pronostic multimodes de défaillance pour les équipements complexes tenant en compte de la complexité de leurs mécanismes de défaillance. Pour cela, la définition d’un formalisme mathématique des algorithmes de diagnostic et de pronostic basé sur la théorie des graphes est présentée pour assurer la généricité des algorithmes proposés et la visualisation interactive de leurs résultats. Par ailleurs, elle propose une approche de maintenance prévisionnelle permettant de prédire les intervalles d’application des actions de maintenance qui seront requises en tenant en compte des mécanismes de défaillance détectés actifs, des résultats de pronostic et du contexte opérationnel. Pour assurer la justesse des résultats, ces travaux présentent la première approche permettant l’évaluation des performances des algorithmes de pronostic pour les systèmes réparables et la définition de la zone de prédiction acceptable de prédiction en se basant sur leur contexte opérationnel. Finalement le un processus  ’actualisation et d’évolution des algorithmes de pronostic est proposé pour assurer leur viabilité à long terme.


identifier: Aminbeidokhti, Masih  (2020). Deep audio and video emotion detection.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

title: Deep audio and video emotion detection

subject:
informatique affective
reconnaissance des émotions
mécanismes d’attention
réseaux neuronaux convolutionnels
fusion multimodale

abstract:
Human beings rely on two capacities for successful social interactions Cowie et al. (2001). The first is more obvious and explicitly conveys messages which may be about anything or nothing and the other is more subtl and transmits implicit messages about the speakers themselves. In the last few years with the advancement of technology, interpretation of the first channel becomes more feasible. For instance, speech processing systems can easily convert a voice to text or computer vision systems can detect a face in an image. The second channel is still not as well understood. One of the key elements for exploiting the second one is interpreting human emotion. To solve the problem, earlier works in emotion recognition have relied on handcrafted features by incorporating domain knowledge into the underlying system. However, in the last few years, deep neural networks have proven to be effective models for tackling a variety of tasks.

In this dissertation, we explore the effects of applying deep learning methods to the emotion recognition task. We demonstrate these methods by learning rich representations achieve superior accuracy over traditional techniques. Moreover, we demonstrate our methods are not bound to emotion recognition task and other classes of tasks such as multi-label classification can get benefit from our approaches.

The first part of this work focuses only on the task of video-based emotion recognition using only visual inputs. We show that by exploiting information from the spatial and temporal aspects of input data we can get promising results. In the second part, we move our attention to multimodal data. Particularly we focus on how to fuse multimodal data. We introduce a new architecture that incorporates the best features from early and late fusion architecture.


identifier: Roth, Simon-Nicolas  (2020). Modélisation tridimensionnelle fortement couplée par la méthode des éléments finis étendus (XFEM) de la fracturation hydraulique avec un accent sur les barrages en béton.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: fissuration du béton

subject: technique de suivi des fissures

subject: mécanique de la rupture non linéaire

subject: couplage hydromécanique

subject: hydrofracturation

subject: drainage

subject: barrage

abstract:
Dans cette thèse, nous nous interessons à la modélisation de la fissuration dans les structures hydrauliques tridimensionnelles en béton de grandes dimensions. Dans ce contexte, le développement d’une nouvelle méthode numérique pour représenter la fissuration en intégrant la mécanique non linéaire de la rupture à l’aide d’un modèle de fissuration diffuse dans la zone d’élaboration de la fissure avec un modèle utilisant la méthode des éléments finis étendus (XFEM) dans la zone où il y a coalescence des microfissures a été réalisé. Ce nouveau modèle couple donc les avantages de l’approche de la mécanique continue de l’endommagement avec celle de la méthode des éléments finis étendus. Avant que la transition se produise entre les deux modèles, la mécanique continue de l’endommagement est utilisée comme prédicteur afin de déterminer la trajectoire de fissure. Lors de la transition, la conservation d’énergie est appliquée en assurant que la dissipation d’énergie en mode I est conservée. Ce modèle a démontré une grande capacité à reproduire les trajectoires de fissures ainsi que les courbes de résultats expérimentaux pour de nombreux cas de simulation. De plus, il a été démontré que ces résultats sont indépendants du maillage utilisé, confirmant l’objectivité du modèle.

Le modèle de fissuration développé initialement en deux dimensions a été étendu pour un contexte tridimensionnel. Un ingrédient clé pour que la méthode fonctionne dans ce contexte est l’algorithme de suivi des discontinuités. La méthode dite globale est utilisée pour suivre les discontinuités. Cette méthode a été appliquée par d’autres auteurs, mais dans cette thèse elle a été étendue à des problèmes de taille importante avec des géométries de fissures complexes. Une contribution importante a été réalisée afin de calculer l’ouverture de fissure dans le contexte de la mécanique continue de l’endommagement. Il est commun de définir une sorte de longueur caractéristique afin de relier la déformation dans la direction principale avec une ouverture de fissure. Or, il a été démontré que dans le cas où un maillage irrégulier est utilisé, l’ouverture de fissure présente des oscillations non réalistes le long de la fissure et donne des résultats très approximatifs. La méthode proposée, basée sur une formulation XFEM locale et sur l’équilibre des forces, vient régler cette problématique. Cet algorithme a notamment été utilisé dans un cas de fissuration hydromécanique où la perméabilité, liée à l’ouverture de fissure, est augmentée lors de la progression de l’endommagement. Finalement, une contribution a été réalisée en utilisant la XFEM pour la première fois avec succès dans un problème d’envergure industrielle dans le secteur du génie civil, malgré que la méthode a été publiée il y a une vingtaine d’années.

Une autre contribution a été réalisée en proposant une méthode hydromécanique 3D fortement couplée pour le calcul de problèmes de fracturation hydraulique complexes et non planaires. Un ingrédient clé est l’utilisation d’un sous-problème dans lequel un maillage hydraulique est utilisé afin de calculer l’écoulement dans les discontinuités. La complexité de l’écoulement, lié aux non-linéarités causées par les différents régimes d’écoulement et à la présence de drainage, peut être calculée par la méthode proposée. La pression calculée à l’aide de ce sous-problème peut être transférée au problème hydromécanique fortement couplé. Un aspect important à considérer concerne le transfert des ouvertures de fissures de la structure vers le maillage hydraulique et, à l’inverse, le transfert des pressions hydrauliques vers le problème hydromécanique en respectant l’équilibre des charges appliquées. L’utilisation de la XFEM permet le calcul de l’ouverture de fissure ainsi que l’application de la pression sur les surfaces de la fissure pour la simulation de l’amorçage et de la propagation d’une fracture hydraulique. Les conditions de saturation partielles sont ajoutées en couplant un modèle de diffusion non linéaire prenant en compte l’effet de la saturation par une équation non linéaire variant en temps et en espace.


identifier: Zhao, Cha  (2020). Use of climate model large ensembles to study the impact of climate change on future extreme droughts.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
changement climatique
modèles climatiques
grands ensembles
sécheresses extrême
analyse de fréquence
oscillations à grande échelle

abstract:
The evolution of droughts in a changing climate has received increasing attention from the scientific community and the public. Recent studies looking at the evolution of future droughts have found that droughts are expected to become more severe. The ocean is the main driver of internal climate variability, and regional hydroclimatic variability can be related to largescale climate oscillations. This study explored the evolution of the frequency of short- and long-term extreme droughts at the global and continental scales, and studied the relationship between future climate variability and large-scale oscillations. A better understanding of the evolution of future extreme droughts and their relationship with climate variability is the key to better adapt to the changing climate.

Two climate model large ensembles, the 50-member Canadian Earth System Model (CanESM2) and the 40-member Community Earth System Model (CESM1), both under the Representative Concentration Pathway 8.5 were used in this work. Monthly precipitation outputs were used to calculate the Standard Precipitation Index (SPI) to quantify meteorological droughts at the global and North American scales for the near- (2036-2065) and far-future (2070-2099) periods. In a second step, the evolution of hydrological droughts over 4521 North American catchments was assessed using the Streamflow Drought Index (SDI). In the last step, the contribution to internal variability of three large-scale climatic indices was studied. The impact of the El Niño Southern Oscillation (ENSO), Pacific Decadal Oscillation (PDO) and Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) on climate anomalies at the catchment scale was studied. The constructive and destructive interactions between those three indices were also studied over the 1961-2010 historical period.

Compared against observations, both ensembles do a reasonable job at replicating patterns of mean annual precipitation and interannual variability over the 1981 2010 reference period. The projected changes in precipitation for both models are consistent with the predicted IPCC trends. Both climate models project increases in extreme meteorological drought frequency over many of the world’s regions. The spatial patterns of regions with worsening droughts match those of projected change in mean annual precipitation, although the former is more extensive, indicating that changes in internal variability will increase drought frequency even in some regions projected to see increased mean annual precipitation. The projected increase in meteorological drought frequency is more significant for short-term June-July-August (JJA) doughts and for the larger return periods. Large increases in frequency are observed in many regions, all the way up to 20 times for the 100-year JJA drought indicating a return period shift from 100 to 5 years.

Results show widely different patterns for future changes in extreme hydrological droughts compared to meteorological ones. Hydrological droughts, which combine the effect of preci-pitation and temperature changes, show a mostly uniform pattern of large to very large increases in drought frequency. This shows that the projected increase in temperature is a main driver of future extreme hydrological droughts, sufficient to overcome the projected increase in mean summer precipitation projected for many North American catchments. Predicted changes for both meteorological and hydrological droughts get consistently worse for the longer considered return periods. In other words, frequency changes for the 100-year droughts are more important than those expected for the 2- and 20-year droughts.

As to the control of large-scale oscillations on climatic anomalies at the catchment scale, it was found that ENSO dominates annual precipitation variability over North America whereas mean annual temperature is mostly influenced by AMO over most of North America. The impact of PDO is comparatively weaker. The dominant roles of ENSO on precipitation and AMO on temperature are preserved but reinforced or diminished by the strong interactions between oscillations. A negative ENSO (La Niña) coupled with a positive AMO brings climate conditions favorable to droughts.

This Thesis illustrates the impact of anthropogenic forcing and internal variability on future drought frequency under changing climate. The results provide much-needed knowledge necessary to better adapt to a changing climate.


identifier: Bouissa, Yassine  (2020). Prédiction de distorsions induites lors du procédé de trempe de brames d’acier de fortes dimensions : modélisation et validation expérimentale.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
coefficient du transfert thermique
MEF
modélisation de la trempe
réseau de neurones artificiels
TTT
transformation de phase
prédiction de la microstructure
aciers à haute résistance mécanique
prédiction de la distorsion
contraintes résiduelles
modélisation de la trempe
brames forgées de fortes dimensions
mesure de la distorsion

abstract:
L’industrie du forgeage a recours à la trempe comme procédé de traitement thermique post forgeage par excellence pour durcir l’acier par le biais de la transformation de phases. Ceci permet aux entreprises de conférer aux produits forgés les meilleures propriétés mécaniques recherchées, telles qu’un profil de dureté bien déterminé à travers l’épaisseur et une répartition bien définie de la microstructure. Le grand nombre de variables et de paramètres impliqués durant la trempe de pièces à l’échelle industrielle (jusqu’à 40 pouces d’épaisseur) exige l’exploitation d’outils prédictifs qui aident à mieux contrôler les fluctuations du procédé. La modélisation de la trempe de brames de grandes dimensions a été conduite dans ce travail en utilisant la méthode d’éléments finis pour pouvoir prédire l’évolution de tous les domaines physiques impliqués durant ce processus (thermique, transformation de phase et mécanique) jusqu’à la fin de la trempe.

Dans la première partie, nous avons utilisé une méthode d’optimisation qui combine un modèle éléments finis (EF) tridimensionnels avec un réseau de neurones artificiel progressif pour prédire le coefficient de transfert thermique. Le modèle EF utilisé tient compte du couplage entre le modèle thermique et métallurgique pour pouvoir considérer la transformation de phases afin d’améliorer les prédictions de température grâce à la libération de la chaleur latente. Le modèle EF a initialement intégré différents modèles de coefficients de transfert thermique (HTC) issus de la littérature pour simuler l’effet de la variabilité du HTC sur le comportement thermique de la brame. Le modèle de réseau de neurones artificiel (ANN) développé utilise initialement les températures issues du modèle EF comme entrant ainsi que leurs HTC correspondant (utilisés comme des conditions aux limites) comme sortants pour l’entrainement. L’instrumentation de la brame a été réalisée pour comparer la validité de la réponse de la température simulée dans la brame par rapport à celle mesurée aux emplacements des thermocouples à la suite des différentes excitations par HTC. La simulation du modèle ANN (entrainé) se fait en utilisant la température expérimentale pour pouvoir prédire un nouveau HTC, qui sera utilisé ensuite pour simuler l’évolution de la température dans la brame.

Cette méthode progressive avait une tendance à améliorer les prédictions de température en alimentant les entrants et sortants du modèle ANN par de nouvelles données de meilleure qualité après chaque itération (simulation du ANN). Les résultats montrent que les prédictions progressives du HTC obtenues par le modèle ANN peuvent s’améliorer après chaque itération et tendent vers un modèle qui a un profil récurrent. Finalement le HTC est considéré optimal s’il minimise indirectement l’erreur moyenne en pourcentage entre la température simulée par le modèle EF et celle mesurée expérimentalement jusqu’à 1.5 %.

Dans la deuxième partie, le HTC développé dans la première partie a été adapté et introduit dans le modèle EF, mais cette fois pour étudier l’évolution de la transformation de phase d’une autre brame industrielle de taille réduite. Cette dernière a été instrumentée par différents thermocouples à différentes épaisseurs pour surveiller l’évolution de la température durant la trempe.

Au début, l’optimisation du diagramme Temps Température Transformation (TTT) a été effectuée pour que le diagramme de Transformation en Refroidissement Continu (TRC) qui lui correspond (calculé), soit le plus représentatif du TRC réel de l’acier étudié, en utilisant la vitesse du refroidissement critique comme contrainte d’optimisation. Les résultats obtenus à la fin de la simulation montrent encore une fois que l’évolution de la température est en concordance avec les mesures expérimentales réalisées. Les échantillons extraits directement de la brame instrumentée, ont servi d’échantillons témoins. Néanmoins, des tests sur dilatomètre ont été réalisés pour reproduire fidèlement des échantillons ayant subi les mêmes cycles thermiques (réels) durant la trempe que celles des zones instrumentées de la brame.

Les prédictions du modèle EF concernant la distribution des fractions volumiques de phases sont en concordance avec les résultats expérimentaux calculés à partir des courbes dilatométriques. Également, les analyses métallographiques au microscope électronique à balayage ont aussi confirmé, l’existence d’une surabondance de la bainite dans la région qui se situe au quart de l’épaisseur de la brame par rapport à celle du centre.

Dans la troisième partie, les propriétés mécaniques essentielles pour la simulation ont été générées expérimentalement pour chaque phase et à différentes températures vu leur sensibilité sur la prédiction de la distorsion. Une méthodologie expérimentale a été aussi développée pour mesurer les distorsions de la brame après traitement thermique. La méthodologie a été basée sur la mesure expérimentale de la géométrie externe du bloc d’acier avant et après traitement thermique en utilisant un scanneur portable 3D de haute résolution. Les géométries scannées par la suite ont été analysées par le logiciel CATIA V5 pour créer des modèles 3D continus. L’objectif de la mesure était d’évaluer la réduction de l’épaisseur de la brame mesurée expérimentalement de manière tridimensionnelle. Les résultats de la simulation montrent la même tendance observée dans la mesure expérimentale. De plus, la valeur maximale de la réduction de l’épaisseur a été prédite par EF avec une précision acceptable. Ainsi, cela a permis de justifier l’utilisation des prédictions du modèle EF pour décrire et suivre l’évolution de la distorsion pour différents pas de temps et, puis conclure sur le niveau des contraintes résiduelles développées à la fin de la trempe.

Finalement, le modèle EF développé a été capable de suivre l’évolution de la température et la transformation de phase à travers le volume de la brame, pour prédire finalement une cartographie de la microstructure après trempe. De façon analogue à précédemment, ceci a été aussi confirmé par la concordance entre le modèle EF et la mesure expérimentale de la distorsion, en plus de la dureté.


identifier: Chatenet, Quentin  (2020). Contribution à la modélisation et à la prédiction de la durée de vie des roues de turbines hydroélectriques.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: processus stochastiques

subject: processus gamma

subject: cavitation

subject: matériaux – détérioration

subject: analyse de données – surveillance électronique

subject: incertitude (théorie de l’information)

abstract: Le réel défi rencontré par de nombreux industriels à ce jour est d’estimer à la fois l’état de dégradation de matériels ainsi que leur état futur tout en prenant en compte leur utilisation passée ou à venir. Pour cela, des outils de pronostic sont disponibles et permettent de soutenir les prises de décisions pour les choix de maintenance. Dans cette thèse, on s’intéresse en particulier aux exploitants de turbines hydroélectriques qui opèrent des machines exposées à de la cavitation érosive. La dégradation engendrée a des conséquences économiques importantes en raison des opérations de maintenance et des pertes d’exploitation. Une modélisation de cette dégradation est réalisée à l’aide de processus stochastiques. Ces derniers présentent des propriétés mathématiques intéressantes permettant le calcul d’indicateurs de pronostic importants tels que l’estimation du temps de défaillance. Cette étude s’appuie notamment sur des données de dégradation obtenues en laboratoire et en centrale sur des matériels industriels.


identifier: Mirkarimi, Hengameh Sadat  (2020). Modeling the influence of surface pitting on contact pressure and friction coefficient under elastohydrodynamic lubrication conditions.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
lubrification élastohydrodynamique
pression de surface
épaisseur de film
friction
piqûres
défauts de surface

abstract:
Mechanical components used in machinery are lubricated to prevent wear and enhance their efficiency. Fluid film lubrication reduces heat generation, attenuates surface pressure, and eventually, results in improvements in equipment operation. Depending on external loads and speed, different lubrication regimes may take place. Specifically, the elastohydrodynamic regime describes the lubrication response produced between two mating surfaces sustaining an external load concentrated on a small contact area and causing elastic deformations comparable to the fluid film thickness. This regime of lubricationmainly appears between non-conformal surfaces.

Classical numerical models for elastohydrodynamic lubrication were developed to predict the pressure distributions and the lubricant film thickness profiles generated between smooth or rough surfaces. In addition, in real-world applications, different failure types deteriorate the surface quality and cause micro and even macro changes in the contact conditions.

Pitting is one of the most common surface failures. This damage results from cyclic contact loadings. Surface pits significantly affect pressure distributions, lubricant film thickness, and friction coefficients. In this thesis, we examine the consequences of surface pitting on the line contact problem. The thesis first tackles the modeling of the dry contact between two cylinders. The considered approach is based on the Hartnet algorithm. This algorithm is enhanced by the mirroring of the pressure patches associated with the Guilbault’s overcorrection factor to eliminate the shear and normal stress distributions generated onto the free surfaces. Afterward, the model preparation introduces the Reynolds equation to the solution and form the elastohydrodynamic model for smooth surfaces. The model validation compares the predicted pressure distributions and film thicknesses to reference values. This process considers different loading and speed conditions. Then, the developments integrate the time-variant term of the Reynolds equation into the model. This element allows for modeling surface pits. The study examines different pit depths and arrangements to investigate the influence of surface damages on the lubrication of cylindrical rollers. The analysis compares the response established for smooth and pitted surfaces. The numerical predictions confirm that the introduction of pits significantly affects the surface pressures, the film thicknesses, and the coefficients of friction.


identifier: Raschia, Simone  (2020). Cement-bitumen treated materials (CBTM) for cold regions: RAP aggregate source and low production temperatures.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
recyclage à froid
source du GBR
production
cure
basses températures
propriétés mécaniques

abstract: The increase of asphalt price due to the energy crisis of the last years drove the development of cost-effective asphalt pavement recycling technologies. The limited availability of natural aggregates, the growing awareness about the environment and the increasing costs for handling milled materials, required innovative sustainable technics, such as cold in-place recycling (CIR) and the reuse of reclaimed asphalt pavement (RAP). In this context, cement-bitumen treated materials (CBTM) ensure benefits in terms of reliability, cost effectiveness and environmental sustainability. The main difference between CBTM and Hot Mix Asphalt (HMA) is that the lubricant effect in the first is given mostly by the water, while in the second case it is given by the heated bitumen. At the same time, the cohesion of CBTM is granted by the cooperation of bitumen emulsion (or foamed bitumen) and cement as binding agents. Since the RAP aggregate are the major component of the aggregate volume, it is believed that a study on the effect of different RAP sources is needed to improve the mix design process. Moreover, field experience shows that CBTM laydown at low temperatures (during cold seasons) seems to suffer a loss in mechanical properties. Hence, the main objective of this thesis is to understand the effect of RAP sources and of low production temperatures on CBTM properties. Results have shown that the RAP source does influence several CBTM properties. In fact, the RAP binder characteristics, as well as its affinity with the residual bitumen used in the emulsion, affect the properties of cold recycled materials not only during production (workability and compactability), but also during and after the curing period, where influence on the mechanical properties in the small strain and large strain domains were observed. Furthermore, the bitumen emulsion characteristics influence the production process at low temperatures. Results showed that the production of such materials at 5 °C (intended as mixing, transportation, laydown, compaction and curing) was possible. In this way the time available for production during the year increases, but, on the other hand, a stiffness loss of 30% was observed compared to mixtures produced at 25 °C. This should be taken into account during pavement design.


identifier: Eshteiwi, Khaled Mohamed  (2020). Performance analysis of full duplex relaying in vehicular cooperative wireless communications.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: véhicule à véhicule

subject: duplex intégral

subject: évanouissement L-Nakagami-m canal de fondu enchaîné

subject: interférences dans le même canal

subject: probabilité de panne

subject: capacité ergodique

subject: débit

abstract:
Vehicular communications, with their promise to provide drivers and passengers with a wide range of applications such as vehicle parking, accident response and traffic congestion avoidance are attracting significant attention from both research and industry. In addition V2V cooperative wireless networks could be used to share and exchange information between vehicles and also to provide a high data rate for functions like video streaming.

Vehicular Ad-Hoc NETworks (VANETs) have received significant attention in recent years due to their unique characteristics that distinguish them from Mobile Ad-Hoc NETworks (MANETs), including link failure, rapid topology change and high mobility that form a highly dynamic network. The main drawback of VANETs is the network instability, which reduces network efficiency. In light of the aforementioned characteristics, vehicle-to-vehicle (V2V) cooperative wireless communications can be a reliable solution for these networks. V2V wireless cooperation systems make use of better communication links between users to improve system performance in terms of communication reliability, road safety, and network connectivity. V2V cooperative wireless communications can also offer diversity, which increases the reliability by sending information via different paths, thereby increasing the probability of successful transmission. Therefore, in this work, we provide a comprehensive performance analysis of full duplex AF V2V cooperative wireless networks that help researchers for the design and implementation of vehicular communication systems.

Specifically, we first investigate full duplex relaying (FDR) networks applying amplify-andforward (AF) relaying in V2V cooperative communications. In this context, taking into account the self-interference (SI) at the relay and assuming independent but not necessarily identically distributed (i.n.i.d) generalized L-Nakagami m fading channels, we derive novel expressions for the probability density function (PDF) and cumulative distribution function (CDF) of the signal-to interference-plus-noise ratio (SINR) at the relay node. Capitalizing on this, a lower bound of the end-to-end outage probability is derived. The results show that the channel cascading, which has been shown to accurately characterize the statistical properties of V2V fading channels, significantly impacts the end-to-end outage probability of FDR V2V systems, and that the cascading of the source-relay link is more significant than the relay destination link.

Second, we explore the performance of FDR using AF technique in V2V cooperative wireless communications. In such systems, in practical scenarios, the communication link inevitably suffers from co-channel interference (CCI), SI, and blockage from other vehicles on the road. In this context, we consider i.n.i.d Nakagami-m fading channels and derive novel exact and asymptotic outage probabilities of the exact equivalent and approximated SINR respectively. Moreover, the end-to-end exact and asymptotic outage probabilities are expressed in terms of the blockage probability and then used to evaluate the throughput of the proposed system. In addition, a lower bound to the symbol error rate of the considered system is also derived. The results show the significant impact of the considered interference and blockage on the system performance. Also, the results establish that the outage probability, symbol error rate, and throughput are degraded when the average height of the obstacles is increased.

Third, we analyze the ergodic capacity of a dual-hop AF FDR system over Nakagami-m fading channels considering both SI and CCI at the relay and the destination nodes, respectively. For this scheme, new exact as well as lower bound expressions for the ergodic capacity are derived based on the analysis of the moment generating function (MGF) of the SINR. In addition, the ergodic capacity upper bound is derived based on the asymptotic outage probability of the approximated SINR. Our results show the significant impact of the considered interferences on the system performance. Moreover, interestingly, it is observed that FDR with SI and CCI still offers higher ergodic capacity than interference-free half duplex relaying, especially at medium and high signal-to-noise ratios (SNRs).

Finally, we present a best vehicular relay selection strategy for FDR V2V communication systems in a dense multi-lane highway. The proposed model assumes Nakagami-m fading channels in millimeter-wave (mmWave) networks and proposes two different FDR selection schemes such as self-interference (SI) and individual self-interference (ISI) vehicle relaying selections. Moreover, a blockage probability which captures the occurrences of line-of sight (LOS) and non-line-of-sight (NLOS) propagations is devised. In this vein, a LOS link is considered available when the central lane is clear of vehicles between the source and destination nodes, while an NLOS link is assumed otherwise. The LOS/NLOS probabilities are combined together with the probability of blockage and then used to analyze the system performance. Moreover, lower bound expressions of the end-to-end outage probabilities are developed and used to express the throughput. Lastly, the theoretical results postulated and presented in this work are verified by numerical simulation for a variety of parameters.


identifier: Patin, Mathieu  (2020). Étude des performances d’un échangeur géothermique air-sol horizontal placé autour des fondations d’un bâtiment résidentiel.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
échangeur air-sol
puits canadien
TRNSYS
simulation de bâtiment
VRC

abstract:
Un échangeur air-sol aussi appelé puits canadien est un système qui permet de diminuer la charge de chauffage/climatisation créée par la ventilation. Il consiste en un réseau de tubes souterrains dans lesquels circule l’air avant d’être introduit dans le bâtiment. Bien que connu depuis longtemps ces systèmes restent rares, entre autres en raison des coûts liés à l’excavation. En plaçant l’échangeur autour des fondations du bâtiment lors de sa construction, ces coûts sont annulés. Cependant l’espace disponible est alors limité. L’étude présente cherche à estimer si une configuration de ce type est viable économiquement pour une habitation unifamiliale située à Montréal. Dans ce but des simulations utilisant le logiciel TRNSYS furent effectuées.

Une étude de dimensionnement est menée pour trouver la configuration donnant les meilleurs résultats. Elle conclut que des tubes de petits diamètres constitués de matériaux peu chers donnent de meilleurs résultats. Ils doivent également être placés le plus profond et le plus loin possible des fondations. Les résultats mettent en avant des pertes importantes par courtcircuitage et par couplage. En somme, environ 50 % de la chaleur sensible échangée avec le sol est ainsi réellement utile. Pour l’habitation étudiée, l’échangeur dans sa configuration optimale permet de réduire la charge de chauffage/ climatisation de 711 kWh/an. Cette valeur est trop faible pour compenser, dans un délai raisonnable, l’achat et l’installation de l’échangeur. L’étude n’indique donc pas de bonne perspective pour le système au Québec. Une étude de sensibilité est également effectuée et conclue que les résultats des simulations sont fortement liés aux paramètres utilisés pour caractériser le sol et le climat.


identifier: Perreault, Laurence  (2020). Étude de faisabilité d’un collecteur solaire perforé non-vitré jumelé à des échangeurs d’air pour un bâtiment agricole.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
poulailler
échangeur d’air
collecteur solaire perforé non-vitré
bilan thermique
efficacité énergétique

abstract: La demande grandissante pour la production de viande de volaille vient motiver les producteurs à abaisser leur facture énergétique pour offrir des prix compétitifs sur le marché. De plus, des programmes de subventions tel que ÉcoPerformance de Transition Énergétique Québec encouragent les programmes d’efficacité énergétique pour ce type de bâtiment commercial. Plusieurs stratégies et technologies peuvent être implantées dans les poulaillers afin de réduire la consommation de combustible fossile pour le chauffage : échangeurs d’air, mur solaire, niveau d’isolation économiquement optimal. L’objectif principal du projet de recherche discuté dans ce mémoire consiste à modéliser numériquement un bâtiment agricole pour l’élevage de volaille afin de prédire l’efficacité de ces trois possibilités sur la performance énergétique et économique. La simulation a été réalisée pour un poulailler d’un étage faisant 18,29 m de largeur, 76,20 m de longueur et 2,55 m de hauteur. Le poulailler contient 20 000 poulets et l’élevage s’étale sur 38 jours. Une combinaison d’échangeurs d’air et d’un mur solaire offre la meilleure économie d’énergie annuelle avec 94,7 MWh pour un total de 5 791$ et une VAN de 75 540$ sur le bâtiment étudié. L’installation des échangeurs seulement permettrait d’économiser annuellement 84,9 MWh avec une VAN de 70 230$. D’un autre côté, l’installation d’un collecteur solaire de 109 m2 seul permettrait d’économiser 32,7 MWh annuellement avec une VAN de 39 250$. La simulation a aussi permis de déterminer que de la meilleure solution en isolation serait de passer de RSI 3,5 à RSI 5,84 dans les murs. Cela permettrait de faire des économies monétaires annuelles de 332$ et offrant une PRI de 12 ans et une VAN de 3 432$.


identifier: Dongmo Tambah, Kevin Gildas  (2020). Optimisation des stratégies de production intégrant les aspects santé et sécurité au travail : cas de la transformation du granit.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
systèmes manufacturiers
commande optimale stochastique
planification de la production
maintenance préventive
silicose
cadenassage

abstract:
Ce mémoire présente un travail qui vise à développer une stratégie de planification de la production dans le but d’optimiser les coûts tout en tenant compte de la santé et la sécurité des employés. Le système manufacturier étudié est spécialisé dans la transformation du granit. Ce procédé est responsable de la production des particules de silice cristalline qui, une fois inhalées, vont provoquer la maladie pulmonaire connue sous le nom de silicose. Afin de réduire l’exposition à ces particules de silice cristalline, les industriels doivent implémenter dans leurs systèmes de production des mesures de prévention nécessaires et efficaces. Ces mesures représentent un investissement qui va accroître le coût total de production. Cela dit, les manufacturiers doivent donc revoir leur stratégie de production afin de tenir compte des coûts occasionnés par la santé et la sécurité au travail.

La première partie de cette étude vise à intégrer dans le système manufacturier les méthodes de réduction des particules en vue d’établir une stratégie d’optimisation qui tient compte de la santé de l’opérateur exposé aux particules de silice émisses durant l’usinage. Le système est constitué d’une machine de production à laquelle sont associés deux équipements de protection qui visent à réduire la concentration de la silice cristalline en dessous de la limite prévue par la réglementation. L’ensemble est soumis à des pannes et réparations aléatoires. Le produit fini obtenu est un bloc de granit poli utilisé pour la fabrication des comptoirs de cuisine. Malheureusement, les mesures de prévention adoptées se dégradent avec le temps augmentant ainsi le risque d’exposition aux particules de silice cristalline.

La deuxième partie du travail a pour but d’intégrer la dégradation des équipements de réduction de poussières ainsi que la contrainte de la limite d’exposition professionnelle dans la modélisation du système manufacturier. Le système est décrit par un processus Markovien non homogène. Une approche de recherche simultanée des stratégies de production et de maintenance préventive est adoptée dans le but de déterminer les politiques optimales de production et de remplacement. La maintenance préventive vise à assurer la disponibilité et l’efficacité des mesures de prévention afin de respecter la valeur limite d’exposition professionnelle prévue par la réglementation. Une étude menée par l’IRSST montre que près d’un quart d’accident au travail survient lors des activités de maintenance.

Afin de réduire ce nombre d’accidents, nous avons dans la dernière partie de ce mémoire intégré le cadenassage dans la modélisation du système manufacturier ceci dans le but d’assurer la sécurité du personnel de maintenance. Pour éliminer tout risque de démarrage prématuré lors des interventions sur l’équipement, nous avons considéré le cadenassage comme une étape à part entière. La modélisation a été faite par la chaîne de Markov non homogène. Dans toutes les trois parties de ce mémoire, la solution optimale du problème posé est atteinte par le biais des équations d’Hamilton-Jacobi-Bellman. Une analyse de sensibilité est ensuite faite pour confirmer les résultats obtenus.


identifier: Le, Hieu  (2020). Power demand forecasting for district building.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
microgrid
réseau de neurones
régularisation bayésienne
Levenberg Marquardt

abstract:
The study of electricity demand forecasting has been of interest to researchers and organizations; in recent years, they also focus on building load forecasts. Researchers, power companies, software companies have developed many models. However, the results of accurate electricity demand forecasting remain challenging. One of the predictive methods is the use of the ANN network, which is used by many researchers with many positive results but continues to be studied and developed.

Accurate electricity demand forecasting applied to among Demand Response, Demand Side Management, Energy Efficiency program, Micro Smart Grid, and Smart Building will help reduce the cost of electricity for the consumer. Accurate forecasting is also beneficial for electricity distribution and transmission companies and power systems operators.

In the project district building Microgrid in Downtown Montreal, a content that needs attention is the forecast of the demand for electricity in the district building. In this thesis, we will review previous studies, synthesize substances related to the significant problem - solutions, research directions in electricity demand forecasts for buildings. Based on the implemented model present in this thesis, the short-term load forecasting model is proposed for a campus using the neural network model. The best suitable model was found when using many compare models and combined between them.


identifier: Porras Rodriguez, Nelcy Pahola  (2020). Wireless power charger system for mobility scooter.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
transfèrent d’énergie sans fil
scooter de mobilité
mobilité réduite
convertisseur résonant

abstract: The main purpose of this research is to develop a wireless power system in order to charge the batteries of mobility scooters used by the elderly with limited mobility or disabled people. The original intention of this proposed system was not only to offer a solution for the incapacitated community who rely on electrical wheelchair and their batteries for maximum mobility but to improve the groups’ quality of life. Considering that mobility scooters' functionality depends directly on battery capacity and charging network, a powerful wireless solution could be located at home or in public places. This wireless power system can provide more freedom and enhanced assisted mobility to those needy people. As a first step, the micro-mobility devices are studied, and the mobility scooters are classified. Then, the power wireless systems are explained, and the resonant converters are shown. An LLC resonant converter is then selected and designed due to its best performance for a battery charging application. Moreover, the coil design and an Archimedean Spiral Design geometry are presented and detailed. Besides, the voltage closed-loop control is described and tested accordingly. Finally, the experimental results, obtained from the experimental setup developed in the GREPCI laboratory, are presented showing the efficiency of 80% with a 1 cm air gap for an LLC converter operating at of 100 kHz resonance frequency and delivering power for a 12 V, 12A battery used for a mobility scooter.


identifier: Delbergue, Dorian  (2020). X-ray diffraction for residual stress and cold work measurements of shot peened materials.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
diffraction des rayons X
contraintes résiduelles
déformation plastique
grenaillage

abstract:
Fatigue performance of aerospace components can be improved to some extend by surface treatment like shot peening. Shot peening is a cold work process consisting in impinging particles at high velocity onto the surface of metallic parts. The process induces a surface layer of compressive residual stresses and cold work. Shot peening is often considered as a beneficial surface treatment for fatigue life performance but is rarely taken into account at design stages. To this end, a precise measurement of the induced residual stress and cold work is needed. Numerous techniques (hole drilling, X-ray diffraction, contour, etc.) exist to measure the residual stresses but only the X-ray diffraction (XRD) allows coupling the residual stress measurement with the cold work measurement.

This study is part of larger research project aiming at a better understanding of the shot peening process for the improvement of the fatigue life performance of 300M steel, aluminum alloy 7050, and nickel-based superalloy IN718 components, and at the development of process and fatigue simulation models of the shot peening process. This study primarily aims at identifying the experimental issues related to residual stress measurements. In particular, the research work involved comparing the well-known sin2 ψ method and the alternative cos α method, two XRD techniques for residual stress measurements based on two different geometries of detectors and calculation methods. Furthermore, the work shows the possibilities related to the use of the diffraction peak width for the measurement of cold work. The two XRD methods were compared, in an innovative way, through the identification of the diffracting grains from electron backscattered diffraction (EBSD) maps by considering the detector geometry and the calculation method of each method. The artificial textures produced by the XRD measurements were plotted for the first time as pole figures and X-ray elastic constant (XEC) 1/2S2 was computed and compared for each case. It results that the two XRD techniques exhibit different artificial textures and slightly different XECs were found for the different sets of diffracting grains considered during this study. Furthermore, the cold work was evaluated through the use of calibration curves relating the diffraction peaks width to the true plastic deformation for the three materials and different shot peening conditions. The measured residual stress and cold work profiles were used in the research project to predict fatigue life performance of shot peened parts.


identifier: Rohart, Vincent  (2020). Impact des conditions environnementales sur la performance mécanique de composites thermoplastiques soudés par résistance avec un élément chauffant modifié.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
soudage par résistance
dégradation environnementale
composites thermoplastiques
traitements de surface
plan d'expérience
cycles thermiques

abstract:
Ce travail présente l’étude des effets du vieillissement hygrothermique et des cycles de gel/dégel sur la résistance des joints fibres de carbone/polysulfure de phénylène soudés par résistance et notamment l’efficacité d’un revêtement de silane sur l’adhésion entre l’élément chauffant et la matrice avant et après ces conditionnements. Le soudage par résistance est intéressant par son court temps de procédé et sa facilité de mise en oeuvre, cependant la performance des joints soudés dans des environnements extrêmes est encore peu étudiée. De plus la rupture de ces joints se produit souvent entre l’élément chauffant en acier inoxydable et la matrice thermoplastique démontrant une faible adhésion entre les deux matériaux. Cette faible adhésion peut alors permettre à l’humidité de s’infiltrer et ainsi diminuer la performance des joints.

Il est étudié l’impact de la température et de l’humidité sur la résistance des joints soudés ainsi que sur leur mode de rupture. Il est démontré que la résistance des joints soudés en simple recouvrement baisse avec la température entre 21°C et 150°C mais que les conditionnements en humidité n’ont pas impact significatif sur cette valeur de résistance. Cependant l’observation des surfaces de rupture montre une dégradation de l’interface fibres/matrice suite à ces conditionnements. De même, l’élément chauffant semble se désolidariser de la surface des composites pendant les tests en température ou après les conditionnements hygrothermiques.

Le mode de rupture dominant restant entre l’élément chauffant et la matrice, il est développé un procédé permettant d’appliquer un revêtement à base de silane sur l’élément chauffant. Ce procédé est réalisé en quatre étapes étant le nettoyage de l’acier à l’acide sulfurique, son oxydation à haute température, l’application du silane hydrolysé par une méthode sol/gel et la condensation du silane sur l’acier. Un plan d’expérience de Taguchi est utilisé pour pouvoir étudier l’impact de plusieurs paramètres du procédé sur la résistance des joints. La température d’oxydation, le pH et le solvant de la solution de silane sont identifiés comme ayant un impact significatif sur cette valeur. Ce revêtement permet d’augmenter la résistance en cisaillement de plus de 30% avec une température d’oxydation de 500°C et une solution de silane à pH basique dans de l’éthanol. Les observations microscopiques des surfaces de rupture montrent que la matrice reste attachée à l’élément chauffant. De plus, des tests de poutre double en porte-à-faux (double cantilever beam) entre des plaques d’acier avec le revêtement et le composite démontrent une meilleure adhésion entre les deux matériaux avec des surfaces de rupture montrant de la matrice ainsi que des fibres qui restent attachées à l’acier.

Finalement 1000 cycles de gel/dégel de -40°C à 82°C sont imposés à des joints soudés secs, saturés en humidité, avec ou sans revêtement au silane sur l’élément chauffant. À l’instar de l’humidité, les cycles de gel/dégel n’ont pas d’impact significatif sur la résistance en cisaillement des joints que les joints soient préalablement saturés en humidité ou non. De manière générale, les joints soudés avec l’élément chauffant modifié par le revêtement de silane obtiennent de meilleures performances comparés aux joints non traités à conditionnements égaux. L’analyse des surfaces de rupture ainsi que des coupes transversales des joints démontrent que les interfaces fibres/matrice et acier traité/matrice sont toutes deux dégradées par les cycles de gel/dégel.


identifier: Ayache, Khedidja  (2020). Amélioration de la productivité et de la fiabilité d’un système photovoltaïque sous ombrage partiel.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
système photovoltaïque
ombrage partiel
détection d’ombrage
commande MPPT
phénomène de points chauds
protection des panneaux
paramètres dynamiques d’un panneau

abstract:
Les chercheurs s’entendent pour reconnaître qu’un module photovoltaïque soumis à l’ombrage partiel continue de poser des défis de taille, particulièrement en ce qui concerne la fiabilité et la puissance électrique fournie. En effet, plusieurs enjeux techniques ayant un impact direct sur les performances du système photovoltaïque doivent être approfondis et repensés. Le but de cette recherche est donc de réexaminer l’exploitation d’un module photovoltaïque dans le contexte d’ombrage total ou partiel. Cette réflexion s'articulera notamment autour des quatre thèmes principaux suivants: l’approfondissement de la compréhension du comportement des cellules dans le deuxième quadrant de la caractéristique I-V, la détection de l’ombrage via la mesure des paramètres dynamiques des cellules, la protection contre les points chauds ainsi que la poursuite du point de puissance globale sous différents scénarios d’ombrages.

Nous aborderons, dans un premier temps, la classification des cellules solaires ainsi que l’étude des contraintes sur les cellules ombragées. Les contraintes apparaissent notamment lors du fonctionnement au 2e quadrant. Polarisées en inverse, ces cellules consomment une partie de l’énergie produite par les cellules éclairées. Nous démontrerons également les limites des diodes de contournement dans la prévention des points chauds.

Pour la deuxième étape, la mesure des paramètres dynamiques des cellules afin d’identifier celles qui sont ombragées est détaillée. Une procédure complète a été développée et testée au laboratoire. Les résultats obtenus sont très prometteurs. Toutefois, cette méthode ne sera pas retenue pour la détection d’ombrage pour des raisons de difficulté d’implantation en temps réel.

L’étape suivante se focalise sur la protection contre les points chauds. À cet effet, nous avons choisi une stratégie qui procure la meilleure protection qui consiste à isoler les sous-groupes ombragés. Toutefois, la déconnexion pose des défis de taille, notamment la détection du début et de la fin de l’ombrage et la poursuite du point de puissance maximale. Construit à l’aide de composants simples et standards, le circuit électronique que nous introduisons est en mesure de relever ces défis.

De plus, un autre élément a été considéré dans notre étude. Il s’agit de l’analyse du stress thermique des cellules ombragées lors de l’application des commandes de recherche de puissance globale. Les commandes que l’on retrouve dans la littérature sont complexes et impliquent, dans beaucoup de cas des méthodes heuristiques qui sont non seulement exigeantes en puissance de calcul, mais également sujettes aux risques de divergence. Ce qui est proposé, dans cette quatrième étape, c’est une nouvelle approche dénommée "Méthode d’Écrêtage de Tensions". Cette démarche est originale et constitue un complément aux techniques largement utilisées de courant de court-circuit fractionnel (FSCC) et de tension de circuit ouvert fractionnel (FOCV). Elle est facile à mettre en oeuvre et donne des résultats suffisamment précis et très rapide. En effet, en un nombre réduit d’étapes, il est possible de dresser un portrait clair de la situation d’ombrage, ce qui permet de localiser tous les points de puissance maximale locaux et global. Elle peut fonctionner de pair avec les techniques de protection contre les points chauds sans causer de stress thermique aux cellules ombragées, ce qui présente un grand avantage.


identifier: Lefebvre, Philippe  (2020). Relais de perte de synchronisme par apprentissage profond.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
apprentissage machine
intelligence artificielle
stabilité transitoire
stabilité de réseau
perte de synchronisme

abstract:
L’objectif de cet exercice est de pouvoir explorer la possibilité d’utiliser l’apprentissage profond pour concevoir un relais de perte de synchronisme. Grâce au simulateur de transitoire électromagnétique EMTP, une série de simulations sont produites et ensuite classées grâce à un algorithme d’apprentissage supervisé de multiples séries temporelles de type « Multivariate Attentional Long Short Term Memory Fully Convolutional Network » (MALSTM-FCNs). Un réseau d’étude est modélisé avec le simulateur EMTP pour représenter une région sous étude.

Dans ce réseau, quatre emplacements seront choisis pour prendre des mesures pour le relais de perte de synchronisme. Les mesures comprennent les tensions triphasées temporelles, les courants triphasés temporels ainsi que les puissances actives et réactives triphasées temporelles. Ces mesures sont ensuite importées dans un outil de traitement de grosse matrice nommée MATLAB. Une fois importées dans MATLAB, les données sont séparées par générateur et sont manipulées pour cataloguer les simulations en deux classes selon leur stabilité.

Par la suite, pour chaque générateur, une base d’entraînement et de test est construite à partir de ces simulations classées et les cas stables et instables sont distribués de façon aléatoire dans ces deux ensembles. Par la suite l’algorithme d’apprentissage profond MALSTM FCN est employé sur l’ensemble d’entraînement pour permettre à l’algorithme d’apprendre à reconnaître les situations réseaux stables et instables. Enfin la performance de l’algorithme est évaluée sur un ensemble de test pour déterminer sa capacité à généraliser son apprentissage à un ensemble de cas non connus.

La nouveauté de l’approche réside dans l’emploi de données brutes non filtrées et d’un petit nombre de variables d’entrée, soit les tensions et courants triphasés temporels ainsi que les puissances actives et réactives temporelles. L’approche est aussi différente des autres méthodes d’apprentissage machine du fait qu’il n’y a pas de «feature Extraction » (extraction d’attributs) qui consiste à faire un traitement sur les données pour extraire de l’information supplémentaire, comme estimer l’état des génératrices.


identifier: Arar, Ahmad Jamal Harb  (2020). The causes of disputes that would lead to binding dispute resolution methods. A perspective of the Quebec construction industry.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: méthodes de règlement des litiges

subject: méthodes contraignantes de règlement des litiges

subject: causes des litiges de construction

abstract: There are numerous causes of dispute that exist in almost every aspect of the project, and setting up a strategy to eliminate disputes from taking place in the project means literally and simply doing everything right. However, not all disputes would have the same impact on the project and the project parties, and not all dispute resolution methods (DRMs) have the same level of consequences. There is a widespread argument claim that the binding dispute resolution methods, such as arbitration, and litigation (judicial process) are the most painful dispute resolution methods in terms of the cost, time-consuming effort and the sustainability of the business relationship between the disputing parties, especially when comparing it with the softer methods such as mediation, dispute review board and negotiation (non binding DRMs). This study focuses on the causes that lead to the more hostile types of disputes among the general dispute cases, which usually produce disputes that cannot be resolved through non-binding methods and require involvement in the binding stages, such as arbitration and litigation (judicial processes), which would help the construction project parties better address such types of risks and prioritize their prevention techniques to face those threats. To meet the objectives of this study, three research questions were investigated: are disputes inevitable in construction projects?; are binding DRMs more harmful to the sustainability of business relationships and project progress than non-binding DRMs?; and what are the causes of disputes that lead to the binding DRMs stage? This study was carried out using the mixed method—exploratory sequential design, where firstly, qualitative data obtained through interviews have been collected from experts in the construction field to explore the possibility of connecting certain causes of disputes with reaching the binding stages. Then, in the second phase, quantitative data obtained through surveys have been collected in order to generalize the findings within the Quebec construction industry. The results showed that there is no statistical evidence supporting the claim that disputes are inevitable within construction projects, despite the fact that the participants in the interviews phase and the descriptive statistics of the survey results support this claim. In regard of the impact on the business relationship, the results showed that there is statistically significant evidence supporting the belief that the chances of maintaining the business relationships are high in the case of non-binding DRMs, and are low in the case of binding DRMs. With regard to the impact on the project’s work progress, the results showed that arbitration and litigation (judicial processes) are considered to be the methods with the most negative impact, while the non-binding DRMs were considered the methods with the least negative impact. With regard to the causes of dispute that are most associated with reaching binding DRMs, among 10 groups that contained 38 causes of disputes, unforeseen changes, lack of communication, ambiguities in contract documents, design errors, and delays in work progress were ones chosen as the methods connecting most with binding DRMs.


identifier: Roberge, Jean-Philippe  (2020). Towards tactile intelligence for improving advanced robotic manipulation.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
capteurs tactiles
intelligence tactile
toucher robotique
manipulation robotique avancée
dynamique tactile

abstract:
Current industrial needs—now characterized by the agile and lean paradigm—focus on producing smaller batches of greater variety. Since robots require more advanced skills to handle a greater variety of parts, efforts have been made to improve their manipulation capabilities. However, these efforts have mainly involved artificial vision, which is not enough to provide all the information needed for advanced manipulation tasks. And although non-vision methods exist, such as those based on tactile sensing, they are rarely used in industry. Perhaps industry would be more inclined to adopt tactile sensors if we could better exploit their signals. Thus, the main objective of this thesis is to advance the field of tactile intelligence, in order to improve robots’ manipulation capabilities. To do so, three methods are proposed.

First, to improve robots’ ability to grasp fragile objects, we developed a dry gecko-inspired adhesive and used it to cover tactile sensors integrated on a gripper’s fingertips. We also patented a chevron pattern for the adhesive that compensates for tangential force and moments at low pressure. We showed that the interaction force between the grasped object and the adhesive is strongly correlated with the contact area—and unlike with typical Coulomb friction, it is less correlated with the amount of force. Therefore, this material is well-suited to handling delicate objects such as those that are fragile or deformable.

Second, the problem of detecting and classifying important dynamic events using tactile measurements is investigated. Specifically, we applied sparse coding to the problem of detecting important dynamic events, such as an object slipping from a robot’s grasp. This method of encoding tactile sensing data reduces the amount of space required to store the data coming from the sensors, but it is also demonstrated that it highlights their most important features. In fact, we show that using only a low number of sparsely encoded features, it was possible to accurately detect four different classes of dynamic events.

Third, we studied three ways to identify an object from among 50 non-fragile objects: measuring vibrations when the gripper moved across the surface of an object; measuring how wide the gripper opened during the grasp; and measuring object deformity on the tactile sensor. We found that all these methods are able to identify objects, but by far the most efficient is object deformity (i.e., perceived deformation of the object at the fingertips), which alone is enough to identify the vast majority of the objects. The benefits of this method are that there is almost no exploration phase and vision is not required, so objects can be identified at the same time as they are grasped—meaning there is low increase in processing time or operating cost.


identifier: Shnfir, Mohamed  (2020). Effect of tool edge preparation and hardness of workpiece on machinability of AISI 1045 steel.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
usinabilité
fraisage
acier AISI 1045
outil de coupe en céramique

abstract:
Intermittent machining using ceramic tools such as hard milling is a challenging task due to the severe mechanical shock that the inserts undergo during machining and the brittleness of ceramic inserts. The main aim of this thesis is to investigate the effects of the workpiece material’s hardness, cutting tool edge preparation (Honed, T-land), inserts grade (Silicon Nitride (SiAlON) based ceramic, Whisker ceramic with a matrix of AI2O3 + SiCW) on the machinability of AISI 1045 hardened steel. AISI 1045 steel workpieces were hardened to 17 HRC, 38 HRC and 48 HRC prior to the machining experiments.

In addition to the above mentioned machining conditions, the effects of the machining parameters (feed and speed), milling type (conventional and climb) were also investigated. The indicators tests include resultant cutting force, power consumption, surface roughness and tool wear. The analysis was performed using Taguchi orthogonal array design L32 (21 44 ) and evaluated using statistical tools such as analysis of variance (ANOVA), main effects and interactions. The results of lower resultant cutting forces were obtained with honed edge inserts of SiAlON ceramic grade. In addition, a decrease in resultant cutting forces was associated with the use of low feed rates during machining of hardest material. The feed rate, cutting speed and workpiece hardness were also identified as the greatest influencing factors on the cutting power. Increased flank wear was observed at a low cutting speed and high feed rates, while micro-chipping of the tool mostly ensued from the cyclic loading.

The effects of cutting speed, feed rate and workpiece material hardness on the particles number concentration (fine and ultrafine particles) during the milling were also experimentally investigated. The three levels fractional experimental design (L27) was used. The results show that the hardness of the workpiece material was the main factor affecting the generation of fine and ultrafine metallic particles for both cutting tools used. Other significant effects such as the interaction between the milling parameters are also investigated. Overall, it is shown that the use of a cutting tool with a honed edge reduces the metallic particles emission. This thesis can help determine the conditions in which AISI 1045 steel should be machined in order to enhance tool performance and improve the surface quality of the machined part while minimizing the emission of fine and ultrafine metallic particles.


identifier: Aghazadehkouzekonani, Fatemeh  (2020). A contribution to online tool wear detection using deep learning methodology.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
usure
usinage
surveillance
apprentissage par transfert
apprentissage en profondeur
réseau de neurones à convolution

abstract:
Condition monitoring is necessary in machining operation to increase productivity, improve quality and reduce downtime. Tool wear is one of the most common sources of machining problems which occurs due to high temperatures and forces of machining process. Therefore, industry demands reliable tool condition monitoring to address these requirements. This researc investigates a robust on-line tool wear monitoring system in milling operation. Force, vibration and current signals are used as fault indicators to develop a robust model. The main steps of designing an intelligent monitoring system are signal acquisition, signal processing, wear modeling and decision making which all are tackled in different steps of this research.

A set of experiments are conducted with K2X10 Huron high speed CNC machine in LIPPS and Dynamo labs of ETS for validation of the research. Moreover, NASA-Ames tool wear benchmark data-set is used for further validation. In the signal processing step, time-frequency transformation is selected to reveal both time and frequency domain characteristics of the signals simultaneously. Wavelet packet transform as a well established algorithm is employed to transform the signals to time-frequency domain. Spectral subtraction method is leveraged on top of the wavelet transform for current signals to remove the steady state part of the signal and magnify fault signatures.

Recent developments in machine learning algorithms especially deep learning methods result in significant improvement in automation of various tasks in different industries. Therefore, we employed convolutional neural network (CNN) as powerful deep learning algorithm for modeling the tool wear. Most of the common machine learning algorithms are implemented as well in a comparative approach and it is shown that CNN outperforms the baseline algorithms.

Furthermore, this research focuses on scalability of the monitoring algorithms to make them more practical by introducing deep transfer learning in this application. Despite the advantages of machine learning algorithms, one of their main drawbacks is that they have large data requirements. For example, a monitoring system which is trained based on the data from an special machine and model is not reusable on another machine. Therefore, for each machine and task, considerable amount of training data is required. Transfer learning refers to reuse of a machine (deep) learning model which is trained on a problem for a related new problem. This method is successfully implemented and validated for tool wear monitoring and it is demonstrated that by leveraging the proposed framework of this research, robust monitoring algorithms can be achieved even with low amounts of data.


identifier: Prinsen, Vanessa  (2020). Automatic eye localization for hospitalized infants and children using convolutional neural networks.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
vision par ordinateur
réseau de neurones convolutifs
classifieur cascade
pédiatrie
hôpital

abstract:
The appearance and behaviour of the eye region are important windows into a patient’s condition and level of consciousness, particularly for patients too young to speak. Unfortunately, reliable localization and tracking of the eye region in the pediatric hospital environment is a significant challenge for clinical decision support and patient monitoring applications. The overall aim of this research project is to develop a clinical decision support system that uses bedside cameras to detect signs of consciousness and distress due to pain. This work focuses on the first problem to be solved, namely how to locate the eyes in an image of a pediatric patient in a hospital bed.

Existing work in eye localization achieves high performance on adult datasets but performs poorly in the busy pediatric hospital environment, where face appearance varies because of age, position and the presence of medical equipment. Few studies have examined the application of computer vision and facial analysis techniques to young children in a hospital environment.

To develop an appropriate solution for eye localization, a new training dataset, formed of images of young children from internet searches, is added to adult facial images to train cascade classifiers and convolutional neural networks. Another novel dataset, consisting of 59 recordings of patients in a pediatric intensive care unit, is used to evaluate the performance of these models. This dataset will also serve future work on this and other research projects in pediatric computer vision.

The convolutional neural network trained with the added image data of young children achieves a 79.7% eye localization rate, much higher than models trained on adult data alone. This model also outperforms the cascade models. The dramatic performance improvement gained from adding task-specific images to the training data highlights the need for custom-trained models for specialized applications like pediatric patient monitoring. Existing models and datasets are not sufficient, but the moderate size of the task-specific training dataset used here suggests that developing an internal training dataset is within reach of a typical large hospital.

The effectiveness of the convolutional neural network, given the challenges of this setting, makes it a powerful approach for eye localization and tracking in the hospital environment. The convolutional neural network’s ability to learn unique features allows it to adapt to the challenges of eye localization in an atypical setting where usual assumptions about facial appearance do not necessarily apply. The present weaknesses of the model, like poor recognition of uncommon eye appearances and slow image processing times, will improve with larger training datasets and technological improvements.