identifier: Stringer, T. (2022). Infrastructures dans le Nord du Canada : Développement routier et décarbonisation  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La qualité de vie des habitants du Nord canadien dépend des infrastructures qui relient ces collectivités éloignées au Sud du pays et de celles qui permettent à ces communautés de réduire leurs coûts de transport et d'énergie. Construire ces infrastructures engendre de projets massifs qui doivent être entrepris avec prudence, qu'il s'agisse de nouvelles routes, de lignes électriques ou de centrales électriques. En effet, les coûts associés à de tels projets sont immenses et leurs effets à long terme ne sont pas bien connus dans le contexte nordique. Néanmoins, une meilleure compréhension de ce que ces infrastructures généreront sur le plan socio-économique ou de leur coût peut aider les parties prenantes gouvernementales à mieux comprendre ce que les populations nordiques peuvent en retirer. Les propositions de développement des infrastructures dans le Nord du Canada gagnent du terrain sur le plan politique, notamment celle d'un corridor reliant les régions du nord de chacune des provinces du pays. Le Québec est la province la plus grande et la plus septentrionale du Canada et jouerait un rôle central dans la construction du corridor. L'analyse des phases historiques du développement du Nord québécois est crucial pour évaluer les défis à venir. La première section de cette thèse regroupe les développements des infrastructures du Québec en trois phases principales, synthétise chaque phase et les compare de manière critique au concept de Corridor nordique canadien. Aucune recherche n'a encore examiné la complémentarité du corridor avec l'historique du développement des infrastructures nordiques au Québec. Alors que les phases précédentes pouvaient être catégorisées comme des corridors de pénétration intraprovinciale reliant le nord au sud du Québec, le corridor nordique vise à développer un corridor économique interprovincial pour les provinces enclavées afin d'avoir un meilleur accès maritime. Parmi les obstacles découlant de la conciliation des développements passés avec le corridor nordique figurent l'inadéquation de l'utilisation des infrastructures existantes au Québec pour un corridor pancanadien et des trajectoires de développement différentes aux niveaux provincial et fédéral. Trois options de tracé pour le corridor nordique au Québec sont présentées dans cette étude. Plus généralement, cet article décrit les difficultés propres au développement de corridors éloignés subarctiques. Comme infrastructure essentielle de transport, la connexion routière est considérée comme un moteur important du développement économique. Cependant, pour les communautés subarctiques éloignées, cela peut également signifier un énorme changement dans leur mode de vie. Quelle est l'ampleur des avantages socio-économiques de la connexion routière ? La deuxième section de cette thèse utilise des données de recensement du Nord du Québec et du Labrador pour évaluer les effets du raccordement routier sur les municipalités raccordées entre 1986 et 2016. À l'aide d'un modèle de régression, assorti de vérifications de robustesse, nous constatons que le raccordement routier est corrélé avec une augmentation des taux d'emploi et du niveau d'instruction et une diminution du chômage. Bien que nous trouvions également des corrélations positives et significatives entre la connexion routière et le revenu dans de nombreuses spécifications, ce résultat particulier n'est pas statistiquement robuste. Dans l'ensemble, nos résultats appuient la conjecture selon laquelle le raccordement routier des municipalités éloignées génère des avantages économiques non négligeables. À l'échelle du Canada, la transition des sources d'énergie non renouvelables vers les sources d'énergie renouvelables est un thème important de la politique énergétique du gouvernement fédéral. Cependant, les investissements requis pour une telle transition sont souvent considérés comme étant assez coûteux. Au Canada, des recherches antérieures ont montré qu'une transition est économiquement plausible au niveau national. Cependant, une transition énergétique est-elle tout aussi plausible pour chacune des provinces du Canada? La troisième section de cette thèse utilise des données de simulation d'utilisation d'énergie et un modèle de coût pour évaluer les dépenses d'infrastructure pour une transition net-zéro pour chacune des dix provinces du pays d'ici 2060. En calculant les coûts pour cinq scénarios différents et en tenant compte les économies engendrées par la baisse de la consommation de combustibles fossiles après la transition, nous constatons que la plupart des provinces du Canada ont tout à gagner d'une transition énergétique pancanadienne en captant chacune des économies de combustibles fossiles. Nous constatons également qu'en général, les provinces qui produisent de l'électricité à partir de combustibles fossiles devraient bénéficier de plus d'économies après une transition que les provinces qui produisent actuellement de l'électricité à partir de sources renouvelables. Le Canada produit la majeure partie de son électricité à partir d'énergies renouvelables. Cependant, dans les communautés éloignées qui ne sont pas connectées au réseau principal du sud du Canada, la quasi-totalité des micro-réseaux dépendent des combustibles fossiles pour assurer l'approvisionnement en électricité. Combien coûterait la décarbonisation de tous ces microréseaux ? La quatrième partie de cette thèse utilise une approche basée sur les coûts couplée à un modèle d'optimisation pour trouver la solution de décarbonisation la moins coûteuse pour chaque communauté éloignée d'ici 2050. En utilisant les données de vitesse du vent et d'irradiance solaire, de même que des données sur la production future et des estimations des coûts de stockage, notre modèle détermine si l'énergie solaire ou éolienne est plus appropriée pour une communauté et à quelle période il est préférable de passer de la production de combustibles fossiles aux énergies renouvelables. Nos résultats montrent que le coût de la décarbonisation des micro-réseaux éloignés du Canada n'est pas prohibitif et quelle technologie et quelle période de mise en œuvre sont les moins chères pour chaque communauté. Nous constatons qu'en 2020, les éoliennes seraient l'option la moins chère pour la plupart des communautés, alors qu'en 2050, les panneaux solaires seraient l'option la moins chère pour la plupart des communautés. Celles qui utilisent actuellement du diesel ou du fioul lourd pour produire de l'électricité devraient envisager de se décarboniser dès que possible, tandis que celles qui utilisent du gaz naturel pourraient attendre que les technologies de production et de stockage deviennent moins chères. Les plus grandes agglomérations et les communautés accessibles par avion pourraient également être prioritaires.  ABSTRACT: The quality of life of inhabitants of Canada's North depends on the infrastructures that connect remote communities to the country's South and those that allow these communities to reduce transport and energy costs. Building these infrastructures are massive projects that have to be undertaken with caution, whether it be new roads, power lines or power plants. This is because the costs associated with such projects are immense, and their long-term effects are not well known in the northern context. Nonetheless, gaining a better understanding of what these infrastructures will generation socio-economically or how much they will cost can aid government stakeholders better understand what northern populations can gain.  Proposals for infrastructure development in Canada's North are gaining political traction, including a corridor connecting the northern regions of each of the country's provinces. Quebec is Canada's largest, northernmost province and would be pivotal in the construction of the corridor. Examining the historical phases of Quebec's northern development is crucial in assessing the challenges ahead. The first section of this thesis groups Quebec's infrastructure developments into three main phases, synthesizes each phase and critically compares them to the proposed Northern Corridor Concept (NCC). No research has yet examined the NCC's complementarity with Quebec's history of northern infrastructure development. While previous phases could be categorized as intraprovincial penetration corridors linking Northern to Southern Quebec, the NCC aims to develop an interprovincial economic corridor for landlocked provinces to be able to gain better sea access. Obstacles arising from the conciliation of past developments with the NCC include the unfitness of using existing infrastructures in Quebec for a Pan-Canadian corridor and differing development trajectories at the provincial and federal levels. Three route options for the NCC in Quebec are presented in this study. More generally, this paper outlines difficulties specific to subarctic remote corridor development. As an essential form of transportation infrastructure, road connection is viewed as an important driver of economic development. However, for remote subarctic communities, it can also mean a huge change in their way of life. How large are the socio-economic benefits of road connection? The second section of this thesis uses census data from Northern Quebec and Labrador to assess the effects of road connection on municipalities connected between 1986 and 2016. Using a difference-in-differences regression model assorted with robustness checks, we find that road connection is correlated with increased employment rates and educational attainment and decreased unemployment. While we also find positive and significant correlations between road connection and income in many specifications, that particular result is not robust when ensuring that error terms are not subject to cross-sectional dependence. Overall, our results support the conjecture that road connection of remote municipalities generates non-negligible economic benefits. At a national scale, transitioning from non-renewable sources of energy to renewable ones is an important theme in Canada's government's platform. However, the investments required for such a transition are often said to be quite costly. In Canada, previous research has shown that a transition is economically feasible at the national level, but is an energy transition equally as feasible for each of Canada's provinces? The third section of this thesis uses energy use simulation data and a costing model to assess the infrastructure expenditures for a carbon-neutral transition for each of the country's ten provinces from now until 2060. By calculating the costs for five different scenarios and taking into account the savings incurred by lower fossil fuel consumption post-transition, we find that most of Canada's provinces stands to gain from a pan-Canadian energy transition by each capturing fossil fuel savings. We also find that generally, provinces that produce electricity using fossil fuels are set to benefit from more savings following a transition than provinces that currently produce electricity using renewable sources. Canada produces most of its electricity using renewables. However, in remote communities that are not connected to Southern Canada's main grid, the quasi-totality of microgrids rely on fossil fuels to ensure electricity supply. How much would it cost to decarbonize all of these microgrids? The fourth section of this thesis uses a cost-based approach paired with a binary integer optimization model to find the least costly decarbonization solution for each off-grid settlement from now until 2050. By using wind speed and solar irradiance data together with future generation and storage cost estimates, our model determines whether solar or wind is more appropriate for a settlement and at which time period it is best to undergo a transition from fossil fuel generation to renewables. Our results show that the cost of decarbonizing Canada's remote microgrids are not prohibitive and which technology and implementation time period are cheapest for each settlement. We find that in 2020 wind turbines would be the cheapest option for most settlements, whereas in 2050 solar panels would be the cheapest option for most settlements. Settlements that currently use diesel of heavy fuel to produce electricity should consider undergoing a decarbonization as soon as possible, while those that use natural gas could wait until production and storage technologies become cheaper. Larger settlements and fly-in communities could also be prioritized.


identifier: Devaux, V. (2022). Modèles prédictifs de l'état final des devis de vente dans une grande entreprise de télécommunications  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: La prévision de vente est un enjeu fondamental dans le domaine des hautes technologies. Ce dernier fait face à de nombreuses difficultés à cause du court cycle de vie de ses produits et de la forte concurrence. Ce mémoire présente une étude sur la possibilité d'utiliser le cycle de vie des devis pour améliorer les prévisions des ventes à court et moyen terme dans une entreprise de télécommunication. La gestion des devis est devenue un élément stratégique pour l'entreprise, car elle lui permet de limiter les surstocks liés aux déséquilibres entre les délais de production et de livraison. Les devis sont aujourd'hui gérés par un processus manuel. Ils sont évalués en les intégrant dans un processus de prévision long terme et ainsi prédire la demande réelle au sein d'un trimestre de vente. Cette étape est aujourd'hui une limitation dans le processus de prévisions de l'entreprise. La problématique soulevée a été la prédiction de l'état final des devis de l'entreprise. Pour cette étude, nous avons exploité les données de leur évolution sur 18 mois. Les analyses préliminaires ont déterminé qu'il existait différents types de clients et de devis. La création de modèles prévisionnels spécifiques à chaque client apparaissait donc envisageable. Nous avons donc développé deux modèles sur R : l'un basé sur des arbres de décisions et l'autre sur les forêts aléatoires. Les modèles ont été validés par un processus de validation croisée. L'exploitation de leurs résultats sur cinq clients a montré que la fiabilité des prédictions de vente dépendait du type de client. En fonction de celui-ci, l'erreur sur la justesse varie entre 10 % à 30 % et les scores F1 pour la classe « ANNULÉ » atteignent des valeurs entre 60 % et 80 %. La prédiction de l'évolution de l'état final des devis est donc possible pour une partie des clients. Cette démarche donne d'ailleurs des résultats prometteurs dans la prédiction de la vente, mais reste sujette à analyse dans celle d'éventuel retard dans la signature de la commande de vente. Nous démontrons ainsi que les données disponibles sur les devis devraient permettre à l'entreprise d'améliorer ses prévisions de ventes et ainsi réduire les surstocks. Toutefois, des analyses approfondies sont nécessaires pour comprendre en détail le processus de gestion de devis et proposer des mécanismes permettant de réduire la marge d'erreur pour les clients dont les prévisions sont les moins précises.  ABSTRACT: In the high-tech sector, sales forecasting is an essential element. This hyper-competitive sector experiences rapid product renewal. The management of quotes is strategic for the company because it allows limiting, upstream of the orders, the overstocks linked to the production and delivery delays. This thesis presents a study on the possibility of improving short- and medium-term sales forecasts in a telecommunication company based on the quote life cycle. Currently, in this company, quotes are managed by a manual process. To estimate the demand for a sales quarter, they are analyzed by the salespeople and then by a regulator, also considering a long-term forecast. This step has become a limitation in the forecasting process. The problematic raised was the anticipation of the final state of the quotes. For this study, we exploited data on the evolution of the company's quotes over 18 months. Preliminary analyses determined that there were several types of customers and quotes. The creation of specific forecasting models for each customer appeared feasible. We therefore developed two models in R. The first one is based on decision trees and the second on random forests. The models were validated by a cross-validation process. The exploitation of their results on the five main buyers showed that the reliability of the sales predictions depended on the type of customer. Depending on the type of customer, the predictions varied from 10% to 30% error on accuracy and F1 scores for the "CANCELLED" class between 60% and 80%. The prediction of the final evolution of the quotes is thus possible for a part of the customers. It gives promising results in the prediction of sales but remains to be deepened for that of possible delays in the signature of orders. We demonstrate that the data available on the quotes should allow the company to improve its sales forecasts and thus reduce the overstocks. Further analysis is needed to refine the understanding of the quote management process and to propose models to reduce the margin of error for customers with the least accurate forecasts.


identifier: Deng, J. (2022). Étude expérimentale des interactions entre deux particules sphériques, relâchées dans l'eau stagnante  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'interaction entre des particules submergées dans l'eau, un liquide que nous utilisons dans notre vie quotidienne, est un sujet de recherche intéressant, qui a été abordé dans plusieurs domaines – génie chimique, génie industriel, génie énergétique, etc. Dans ce mémoire, nous sommes intéressés et nous nous concentrons sur les interactions entre deux particules sphériques identiques. Les objectifs sont constitués de deux parties : ce qui est spécifique pour ce projet, contribuer à l'élaboration d'un outil de prédiction des trajectoires de deux particules sphériques, rigides, identiques, initialement immobiles, qui sont submergées ; et à long terme, construire un modèle permettant de prédire la trajectoire d'une particule ou d'une bulle dans l'eau, au sein d'un nuage d'autres particules ou bulles. Ce projet de recherche commence par la conception et la construction du tout nouveau dispositif expérimental, dans lequel une pompe à vide a été utilisée afin de compléter le mécanisme de fixation et de libération de deux particules. Les expériences sont faites en utilisant plusieurs types de particules (de différentes tailles, de 3.175 mm à 9.525 mm, et de différentes masses volumiques, de 670 kg/m3 à 1410 kg/m3, dont la plage est approximativement autour de celle de l'eau) et des résultats similaires (les trajectoires, les évolutions des vitesses, etc.) sont obtenus. Pour chaque paire de particules qui sont initialement côte à côte sans vitesse initiale, elles commencent par s'approcher et puis s'éloignent, en accélérant (en montant ou en descendant), mais en restant dans un même plan vertical peu après la libération ; pour chaque paire de particules qui sont initialement devant derrière sans vitesse initiale, elles s'approchent légèrement puis celle qui est derrière accélère d'une façon telle que la ligne reliant leurs centres devient au fur et à mesure horizontale (transversale). À la fin, une discussion sur l'ensemble des résultats est proposée. Un bilan de tout ce que j'ai pu faire et tout ce que je n'ai pas fait, des améliorations et des travaux futurs sont discutés et présentés, pour que ce projet puisse aller plus loin dans le futur, avant d'atteindre son objectif final.  ABSTRACT: The interaction between particles submerged in water, a liquid that we use in our daily life, is an interesting research topic, which has been addressed in several fields - chemical engineering, industrial engineering, energy engineering, etc. In this thesis, we are interested and we focus on the one between two spherical particles, which are identical. The objectives consist of two parts: what is specific for this project, contributing to the development of a tool for predicting the trajectories of two spherical, rigid, identical, initially immobile particles which are submerged; and in the long term, build a model able to predict the trajectory of a particle or a bubble in water, within a cloud of other particles or bubbles. This research project begins with the design and construction of the brand new experimental device, in which a vacuum pump was used to complete the mechanism of attachment and release of two particles. The experiments are done using several types of particles (of di˙erent sizes, from 3.175 mm to 9.525 mm, and di˙erent densities, from 670 kg/m3 to 1410 kg/m3, of which the range is around that of the water) and similar results (the trajectories, the evolutions of the speeds, etc.) are obtained. Basically, for each pair of particles that are initially side to side with no initial velocity, they start by approaching and then move away, while accelerating and going up or going down, but staying in the same vertical plane shortly after the liberation ; for each pair of particles that are initially in a vertical line without initial velocity, they approach slightly and then the one behind accelerates in such a way that the line connecting their centers gradually becomes horizontal (transverse). At the end we discuss the experimental results. A review of all that I have been able to do and all that I have not done, improvements and future work are discussed and presented, so that this project can go further in the future, before reaching its final goal.


identifier: Sushitskii, V. (2022). Non-Euclidean plate theory for the Simulation, Optimization and Automation of shot peen forming  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La mise en forme par grenaillage est utilisée dans l'industrie aérospatiale pour façonner de larges plaques métalliques, telles que des revêtements d'ailes ou des segments de réservoirs de carburant. Le procédé consiste à traiter une plaque avec un jet de billes rigides (grenailles) qui sont projetées à travers une buse mobile. Un tel traitement induit une déformation plastique dans la couche extérieure du matériau, ce qui fait plier la plaque. Le jet de grenailles est appliqué localement selon un motif de grenaillage, et des différents motifs de grenaillage entraînent des différentes formes courbées. Nous avons développé un logiciel de simulation de la mise en forme par grenaillage. Le logiciel prédit l'effet d'application d'un motif donné et calcule un motif optimal qui mène à la forme cible. En d'autres mots, le logiciel résout les problèmes direct et inverse respectivement. Le logiciel est basé sur la théorie des plaques non euclidiennes qui fournit des instruments théoriques pour décrire la déformation des structures minces. De plus, le logiciel utilise le concept d'eigenstrains permettant de modéliser efficacement des charges induites par le grenaillage sans simuler chaque impact. Ensemble, la théorie des plaques non-Euclidiennes et le concept d'eigenstrains fournissent une formulation numérique concise pour le logiciel de simulation. Le solveur du problème inverse implémenté de cette manière montre une vitesse de calcul et une précision élevées, ce qui rend le logiciel applicable industriellement. Un autre avantage de notre solveur du problème inverse est sa capacité d'opérer avec plusieurs régimes de grenaillage. Cette caractéristique améliore la précision de la mise en forme. Lorsque le motif est calculé, notre logiciel le divise en segments traités uniformément, ce qui est requis par les conditions de grenaillage pratiques. La segmentation est effectuée soit avec un algorithme de regroupement (grouping) soit avec un algorithme de partitionnement (clustering). L'algorithme de regroupement est utilisé lorsque les régimes de grenaillage sont fixes et leur ajustement est limité, tandis que l'algorithme de partitionnement calcule automatiquement les régimes de grenaillage optimaux. Les deux algorithmes sont suivis d'un algorithme de filtrage qui corrige les erreurs de segmentation locales. Le solveur du problème inverse ainsi que les algorithmes de regroupement, de partitionnement et de filtrage ont été testés numériquement à l'aide de 200 cas de tests générés aléatoirement. En s'appuyant sur notre logiciel de simulation, nous avons automatisé le procédé de la mise en forme par grenaillage. À savoir, nous avons développé un flux de travaux comprenant toutes les étapes nécessaires pour la mise en forme automatisée d'une plaque métallique à l'aide d'un robot de grenaillage. Dans cette thèse, nous décrivons comment calibrer le logiciel de simulation, comment programmer automatiquement le robot en fonction du motif de grenaillage, comment appliquer efficacement le motif prescrit et comment évaluer la qualité de la mise en forme. Lorsque le logiciel est calibré, l'intervention humaine n'est nécessaire que pour l'installation et la désinstallation du composant traité. Le flux de travaux est ajustable pour toutes les formes cibles et, de plus, il est économiquement optimisé. Nous présentons à la fois les détails théoriques et pratiques, donc cette thèse est un guide complet pour l'automatisation du procédé. Le flux de travaux automatisé a été appliqué pour façonner des plaques d'aluminium de forme libre et pour fabriquer le revêtement d'une aile d'avion modèle. Dans chaque cas, nous caractérisons l'erreur entre la forme simulée et la forme développée, nous révélons les causes de cette erreur et nous suggérons des pistes d'amélioration.  ABSTRACT: Shot peen forming is an industrial process for shaping thin and large metal panels. It is widely used in the aerospace industry to shape, for example, wing skins or fuel tank segments. The process consists in treating the plate with a stream of rigid shot that are projected through a moving nozzle. Such a treatment induces plastic deformation in the outer layer of material and makes the plate bend. The shot stream is applied locally according to the peening pattern, and different peening patterns lead to different curved shapes. We developed a peen forming simulation software that predicts the effect of applying a given pattern and computes an optimal peening pattern that leads to the target shape, i.e., solves respectively the forward and the inverse problems. The software is based on the theory of non- Euclidean plates, which provides efficient theoretical instruments to describe deformation of thin structures. In addition, the software uses the eigenstrain approach that allows to rapidly model the peening-induced loads without simulating every impact. Together, the theory of non-Euclidean plates and the eigenstrain approach provide a concise numerical formulation for the simulation software. The inverse problem solver implemented in this way shows high computation speed and precision, which makes the software industrially applicable. Another advantage of our inverse problem solver is its ability to operate with multiple peening regimes. This feature enhances the forming precision. When the pattern is computed, our software splits it into uniformly treated segments, which is required by practical peening conditions. The segmentation is done using either the grouping or the clustering algorithm. The grouping algorithm is used when the peening regimes are fixed and their adjustment is restricted, while the clustering algorithm automatically computes optimal peening regimes. Both algorithms are followed by the filtering algorithm that corrects local segmentation errors. The inverse problem solver along with the grouping, the clustering and the filtering algorithms were tested numerically using 200 randomly generated test cases. Relying on our simulation software, we have automated the peen forming process. Namely, we developed a workflow including all necessary steps for the automated shaping of a metal plate with a shot peening robot. We describe how to calibrate the simulation software, how to automatically program the robot in accordance with the peening pattern, how to efficiently apply the prescribed pattern and how to evaluate the quality of shaping. When the software is calibrated, the human intervention is necessary only for installation and deinstallation of the treated component. The workflow fits for all target shapes, and, moreover, it is economically optimized. We present both theoretical and practical details, so this thesis is a complete guide for the process automation. The automated workflow was applied to shape freeform aluminum panels and the skin of a model airplane wing. In each case, we characterize the error between the simulated and the practically developed shapes, we reveal the causes of this error and we suggest avenues for further improvement.


identifier: renaud-Laprise, C. (2022). Conception parasismique de culées préfabriquées  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le réseau routier québécois est bien développé, mais plusieurs des structures de ponts le composant sont vieillissantes et nécessitent maintenant des réparations ou un remplacement. Par contre, les particularités propres au Québec, telles que l'hiver, l'achalandage des routes et le risque sismique, rendent la conception et les travaux de construction ou de réfection plus complexes. La construction accélérée des ponts (CAP) se présente alors comme une option prometteuse pour résoudre certaines des problématiques de la construction de ponts au Québec. Il s'agit d'une technique de construction employant des éléments préfabriqués en usine, qui sont ensuite assemblés en chantier. La CAP est utilisée depuis plusieurs décennies pour certains projets d'envergure, mais l'est encore très peu pour les ponts courants. Lorsqu'elle est bien réalisée, elle permet une meilleure qualité, performance et durabilité des éléments structuraux, ainsi que deQuebec's road network is well developed, but many of its bridge structures are aging and now require repairs or replacement. On the other hand, the specific characteristics of Quebec, such as winter, road traffic and seismic risk, make the design, construction or rehabilitation work more complex. Accelerated bridge construction (ABC) presents a promising option to solve some of the problems of bridge construction in Quebec. This construction technique uses factory precast elements which are then assembled on site. ABC has been used for many decades for some large-scale projects but is not yet used for common bridge construction. When appropriately done, it allows for better quality, performance, and durability of structural elements, as well as saving time and money. Studies carried out over the past twenty years at Polytechnique Montréal have shown the potential of ultra-high-performance fibre reinforced concrete (UHPFRC) in the seismic rehabilitation of bridge piers and the construction of precast piers. UHPFRC is a material which achieves exceptional performances, especially in tension, by adding steel fibres to the concrete matrix. The project therefore aims to develop precast abutments with a UHPFRC connection between the stem wall and the footing, which can be used in the context of ABC. Two precast stem wall concepts were proposed following the previous phases of the project: an option with 140 mm thick walls, filled with concrete during construction on site, and an option with 225 mm thick walls, filled with a non-participating material. The objectives of this project are the numerical study of the abutment behaviour for the proposed concepts, and the experimental study of lap splice connections between the stem wall and the footing.»s économies de temps et d'argent.  ABSTRACT: ABSTRACT:


identifier: Hussain, I. (2022). Novel Approaches and Developments of Multifunctional Receiver Architectures for Sustainable Wireless Systems and Applications  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'évolution rapide et continue des nouvelles technologies sans fil exige et favorise toujours la recherche et le développement d'approches nouvelles et innovantes pour redéfinir et améliorer les architectures d'émetteurs-récepteurs et les composants hyperfréquences de pointe actuels. L'efficacité énergétique est certainement l'un des facteurs limitants fondamentaux du développement de futurs appareils et systèmes sans fil durables tels que la 5G, la 6G et l'internet des objets (IoT) émergent. Parmi toutes les solutions frontales sans fil existantes développées et utilisées jusqu'à présent, les architectures d'émetteurs-récepteurs interférométriques multiports ont été reconnues comme une technique hautement compétitive pour le développement frontal de systèmes sans fil multifonctions. Ces émetteurs-récepteurs multiports présentent plusieurs avantages attrayants par rapport aux topologies conventionnelles basées sur des mélangeurs, tels qu'une faible consommation d'énergie pour l'opération de détection, une capacité à large bande facilement réalisable et une robustesse pour les variations de niveau de puissance. Cette thèse montre comment proposer et exploiter plusieurs aspects innovants des récepteurs sans fil multiports multifonctionnels pour des terminaux radio économes en énergie et reconfigurables. L'architecture de récepteur multiport de transfert d'information et de puissance sans fil simultané (SWIPT) est introduite et étudiée dans ce travail. Le concept de SWIPT est développé pour les nœuds sans fil à énergie limitée sans compromettre les caractéristiques de performance du récepteur d'informations et l'utilisation de techniques de modulation numérique. Un récepteur à six ports basé sur un diplexeur montre qu'un transfert de puissance sans fil dédié est réalisable avec un transfert d'informations sans fil simultané. Une méthode de recyclage de puissance multiport est également déployée, qui exploite les signaux harmoniques indésirables générés par les détecteurs de puissance et les brouilleurs de signal. La génération systématique d'ondes redressées dans un récepteur interférométrique à conversion directe conventionnel est fortement liée aux changements temporels et de puissance, et au nombre de sous-signaux dans la bande de fréquence d'intérêt. Cela peut entraîner la saturation du récepteur et, par conséquent, nécessiter des amplificateurs accordables auxiliaires gourmands en énergie et un convertisseur de données pour la compensation.  ABSTRACT: The rapid and continuous evolution of new wireless technologies are always demanding and fostering the research and development of novel and innovative approaches to redefining and improving the current state-of-the-art transceiver architectures and microwave components. The energy efficiency is surely one of the fundamental limiting factors in the development of future sustainable wireless devices and systems such 5G, 6G and emerging internet-of-things (IoT). Among all the existing wireless front-end solutions developed and used so far, multiport interferometric transceiver architectures have been well recognized as a highly competitive technique for the front-end development of multifunction wireless systems. These multiport transceivers present several attractive advantages over conventional mixer-based topologies, such as low-power requirement for detection operation, easily achievable broadband capability, and robustness for power-level variations. This thesis shows how to propose and exploit several innovative aspects of multifunctional multiport wireless receivers for energy-efficient and reconfigurable radio terminals. Simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) multiport receiver architecture is introduced and studied in this work. The concept of SWIPT is developed for energy-constrained wireless nodes without compromising the information receiver performance characteristics and the use of digital modulation techniques. A diplexer-based six-port receiver shows that dedicated wireless power transfer is realizable along with simultaneous wireless information transfer. A multiport power recycling method is also deployed, which exploits the unwanted harmonic signals generated by power detectors and signal interferers. The systematic generation of rectified waves in a conventional direct-conversion interferometric receiver is highly related to temporal- and power-changes, and to the number of sub-signals in the frequency band of interest. It can cause the receiver to saturate and, thus requiring auxiliary power-hungry tunable amplifiers and a data converter for compensation. We present a heterodyne detection in a microwave interferometric receiver, the first of its kind, which separates the desired frequency signals from the rectified wave components with two output ports through a frequency offset.


identifier: Naslcheraghi, M. (2022). Probabilistic Analysis of Operating Modes in Cache-Enabled Full-Duplex Device-to-Device Communications  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les communications Device-to-Device (D2D) activées par le cache, reconnues comme l'un des principaux catalyseurs du réseau cellulaire de cinquième génération (5G), sont une solution prometteuse pour alléger la lourde charge pesant sur les réseaux centraux mobiles et les liaisons terrestres. La mise en cache, cependant, impose un nouvel indice de performance clé (KPI) à l'utilisateur réseau qui est la probabilité de satisfaction de l'utilisateur. En d'autres termes, quelle est la probabilité que l'utilisateur obtienne les informations nécessaires du réseau? Cette probabilité dépend du type de transmission (c'est-à-dire semi-duplex ou duplex intégral) et de nombreux éléments liés au système de mise en cache, tels que la manière dont les informations sont mises en cache ou la popularité des informations mises en cache. L'analyse de ces éléments donne lieu à différents modes de fonctionnement. Afin d'évaluer le nouveau KPI, les probabilités de chaque mode de fonctionnement doivent être extraites des conditions de transmission et de mise en cache. Cette thèse présente une analyse approfondie de ces probabilités mettant en pertinence la relation entre les politiques de mise en cache, la popularité des contenus et les types de transmission. De telles relations permettent une évaluation fluide de la satisfaction des utilisateurs dans différentes conditions.  ABSTRACT: Cache-enabled D2D (Device-to-Device) communications, recognized as one of the key enablers of the fifth generation (5G) cellular network, is a promising solution to alleviate the great burden on mobile core networks and backhaul links. Caching, however, imposes a new networking user Key Performance Index (KPI) that is the probability of user satisfaction. In other words, how likely is the user to get the needed information from the network? Such probability depends on the type of transmission, (i.e. half duplex or full duplex) and on many elements related to the caching system, such as the way the information is cached, or the popularity of the cached information. The analysis of those elements gives rise to different modes of operation. In order to evaluate the new KPI, the probabilities of each mode of operation must be extracted from the transmission and caching conditions. This thesis presents a thorough analysis of those probabilities putting in relevance the relationship between caching policies, content popularity and transmission types. Such relationships allow the smooth evaluation of user satisfaction under different conditions.


identifier: Papillon Laroche, H. (2022). Stochastic Ice Accretion Model for Aircraft Icing  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'accrétion de glace en vol est un risque important dans le domaine de l'aviation car elle entraîne une dégradation des performances. Ce phénomène est une partie importante des processus de conception et de certification. Il représente un domaine de recherche actif car les mécanismes sous-jacents ne sont pas encore bien compris. Les simulations numériques sont utilisées comme alternatives aux essais expérimentaux, permettant de traiter une variété de conditions de givrage à moindre coût. Les fondements mathématiques des principaux logiciels de givrage, tels que LEWICE3D, IGLOO3D et FENSAP-ICE, sont majoritairement basés sur des méthodes algébriques et des systèmes d'équations différentielles partielles. Le phénomène d'accrétion de la glace est donc représenté du façon continue et déterministe, dans laquelle la densité de la glace est traitée comme une variable indépendante. Cependant, les structures de glace discrètes et aléatoires observées dans les essais expérimentaux, telles que les plumes de glace, qui peuvent mener à des formes de glace significatives et à une dégradation sévère des performances ne sont pas capturées par ces méthodes. De plus, les logiciels à l'état de l'art ne modélisent pas la variabilité observée dans la forme de la glace obtenue pour de multiples essais des mêmes conditions de givrage. Des alternatives aux outils numériques traditionnels ont donc été proposées pour surmonter ces limitations et améliorer la compréhension du phénomène de givrage. L'objectif principal de ce travail est de fournir un cadre numérique original, bidimensionnel, discret et stochastique pour modéliser le phénomène d'accrétion de glace, basé sur de récents travaux présents dans la littérature. Les développements sont implémentés dans CHAMPS, un logiciel interne de dynamique des fluides numérique. Tout d'abord, le domaine d'accrétion est discrétisé en utilisant un algorithme d'avance de front non-structuré, habituellement utilisé pour la génération de maillage. La technique est basée sur la création d'éléments de glace à partir de gouttelettes d'eau. Des éléments triangulaires sont générés à mesure que le front de glace avance dans l'espace. Les gouttelettes d'eau sont traitées une par une, et leur trajectoire est extraite du champ de vitesse obtenu à partir d'un solveur de gouttelettes eulérien. Les gouttelettes sont rassemblées en amas pour réduire le coût de calcul, et ces derniers sont injectés à une position initiale aléatoire, sur un plan d'injection, en amont de la géométrie étudiée. La stochasticité est également introduite dans la taille des gouttelettes, en les échantillonnant de manière aléatoire à partir de la distribution expérimentale de taille.  ABSTRACT: In-flight ice accretion is a significant hazard in aviation as it leads to performance degradation. The phenomenon is an important part of the design and certification processes and represents an active field of research as the underlying mechanisms are still not well understood. Numerical simulations are used as alternatives to experimental trials, allowing to treat a variety of icing conditions at a lower cost. The mathematical foundations of leading icing software, such as LEWICE3D, IGLOO3D, and FENSAP-ICE, are mainly based on algebraic methods and partial differential equations systems. This leads to a continuous and deterministic representation of the ice accretion phenomenon, in which the ice density is treated as an independent variable. However, discrete and random ice structures observed in experimental frameworks, such as ice feathers, leading to significant ice shapes and severe performance degradation are not captured by these methods. Additionally, state-of-the-art software do not model the variability observed in the ice shape obtained for multiple trials of the same icing conditions. Alternatives to the traditional numerical tools are thus proposed to overcome these limitations and further the understanding of the icing phenomenon. The main objective of this work is to provide an original two-dimensional, discrete and stochastic numerical framework to model the ice accretion phenomenon, based on recent works of the literature. The developments are implemented in CHAMPS, an in-house computational fluid dynamic software. First, the accretion domain is discretized using an unstructured advancing front algorithm, usually used for mesh generation. The technique is based on the creation of elements of ice from incoming water droplets. In a building block manner, triangular elements are generated as the ice front advances in space. The water droplets are treated one at a time, and their trajectory is extracted from the velocity field obtained with an Eulerian droplet solver. The droplets are gathered in clusters to reduce the computational cost, and the latter are seeded at random initial positions, on a seeding plane, upstream of the studied geometry. Stochasticity is also introduced in the droplet size, randomly sampling it from the experimental size distribution, using the inverse transform sampling method. The impingement location corresponds to the intersection between the droplet trajectory and the ice front. From there, according to the thermodynamic state computed with an Iterative Messinger model, the droplet can either freeze at the impingement location or form a water film, flowing on the surface according to the direction of the shear stress at the wall, and freeze further downstream.


identifier: Richer St-Onge, P. (2022). Architecture pour la recherche exacte dans le plan des données d'un processeur réseau implémenté sur FPGA  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Avec le débit grandissant des liens de transmission réseau, des architectures dédiées ont été conçues pour produire des puces pouvant maintenir un niveau de performance élevé. Traditionnellement, le traitement de paquets dans le plan des données d'un hôte à l'extrémité du réseau est effectué par un processeur à usage général, ce qui offre une grande flexibilité et qui simplifie la programmation. Afin de permettre une meilleure utilisation du processeur pour des tâches de calcul, une portion de la charge de travail en lien avec le traitement de paquets est transférée vers la carte réseau. La carte réseau doit alors pouvoir être programmée pour exprimer des algorithmes variés tout en maintenant le débit de traitement du lien. Une transition similaire arrive aussi avec les commutateurs au centre du réseau. Les fonctions d'un commutateur étant normalement fixes, l'arrivée de commutateurs programmables leur permet d'être responsables d'une plus grande portion du traitement au coeur du réseau, réduisant ainsi le besoin de serveurs externes.  ABSTRACT: With the continuously increasing line rate of networking hardware, domain specific architectures have been designed to enable such high performance. Traditionally, packet processing of a network host is done by the general-purpose processor of that computer. This offers flexibility and ease of use in programming the behaviour of the data plane. However, in order to allow a higher utilization of the processor for its intended workload, part of the packet processing has been offloaded to the network interface card. Therefore, it must be possible to program the network card to express various packet processing algorithms while maintaining the line rate. A similar transition is also occurring with switches at the core of the network. Usually, network switches haven been fixed functions, however new programmable switches have been proposed which allow programming the data plane. More tasks can be performed by the programmable switches reducing the need for external servers.


identifier: Mehrabian, M. (2022). Investigation on Multi-Bolted/Bonded Single-lap Composite Joints via 3D Digital Image Correlation (DIC) Technology  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Toute structure compte une panoplie de composantes connectées ensemble. Le concept des joints est essentiel puisqu'il permet l'assemblage de plusieurs sections formant une structure. Par contre, dans une structure, les joints sont toujours considérés comme le point le plus faible de celle-ci, où les problèmes se développent. Un joint peut raccorder des composantes faites de matériaux différents tels que : des métaux, des alliages, des composites, etc. Les caractéristiques inhérentes des matériaux composites donnent cet avantage aux manufacturiers de produire une composante à l'aide d'un simple moule qui se rapproche de la géométrie ou de la forme désirée. Cette particularité réduit significativement le nombre de joints en comparaison avec les composantes métalliques. Toutefois, ceci ne signifie pas que les joints ne sont pas nécessaires pour les composites. Leur manque de ductilité ainsi que le comportement fragile font en sorte que les joints des composites sont différents des joints métalliques. Par conséquent, l'étude des joints pour les matériaux composites est essentielle afin de comprendre leur comportement, ce qui pourrait permettre la mise en place de lignes directrices de design afin d'avoir un joint sécuritaire, durable et fiable. Cette thèse porte sur l'étude expérimentale du comportement mécanique et de fracture des joints à simple chevauchement (SL) seulement boulonnés (OB) et hybride (boulonnés/collés) (HBB) en utilisant la technologie de corrélation d'image numérique (DIC). Par l'utilisation de cette technique avancée, le déplacement et/ou la déformation (dans le plan ou hors plan) de chaque point peuvent être mesurés à partir du moment où la charge est appliquée jusqu'à la défaillance. Ceci permet donc de caractériser précisément le champ de déformation, l'initiation et la progression des fissures, les mécanismes de défaillance ainsi que tout autre résultat connexe. Les contributions de la présente recherche débutent avec l'étude d'un phénomène typique se produisant dans les joints SL de composites dénommé le moment secondaire (SB). La technologie 3D-DIC a été utilisée pour mesurer le déplacement hors plan (OPD), ce qui représente ledit SB de la surface du spécimen dans les joints à simple recouvrement multiboulonnés pour les drapage croisés (CP) et quasi isotropes (QI) de carbone/époxy pour deux épaisseurs de stratifié. Le modèle analytique de la ligne neutre (NLM) a été utilisé dans ce travail et prédit la même tendance observée par les résultats DIC. Il a été observé que le ratio de SB est 30% plus élevé dans les stratifiés CP que ceux ayant un drapage QI. Dans la présente thèse, la technologie 3D-DIC a été utilisée pour élucider le comportement en traction des joints SL de type OB et HBB en mesurant la distribution des contraintes et les effets secondaires de moment ainsi que de torsion. Aussi, les données fournies par le DIC ont illustré l'équilibre entre la charge de matage et le contournement de la charge ainsi que le mécanisme de transfert de charge en suivant l'évolution du champ de déformation dans les régions sous les boulons. Les résultats ont montré que l'ajout de l'adhésif comporte deux principaux bénéfices, soit : la diminution de la concentration de contrainte dans l'entourage des boulons et le retard de l'initiation du dommage et donc de la défaillance finale, et la diminution des phénomènes de torsion et de SB ainsi que de leur effet nuisible. L'élongation du trou boulonnée est un paramètre important dans la détermination de la défaillance des joints boulonnés. La technologie DIC est un outil puissant permettant la mesure de l'élongation du trou (BHE) dans les joints de composites OB et HBB. Dans les joints HBB, il a été observé que l'hybridation diminue fortement l'élongation du trou. Ce phénomène était plus prononcé dans les spécimens CP que ceux QI. Les résultats ont montré que pour les joints HBB, l'élongation du trou n'est pas dépendante du drapage, alors que ce paramètre a un grand impact dans le cas des joints OB. De plus, il a été trouvé que dans le cas des joints OB, la contribution du contournement de charge est supérieure à celle de la charge de matage en ce qui a trait à l'élongation du trou. Les déformations hors plan dans la région de recouvrement des joints HBB ont été bien capturées en utilisant le DIC. Les composantes de déformation principales : la déformation de décollement (Ɛzz), la déformation en cisaillement (Ɛxz) et la déformation longitudinale (Ɛxx), sont identifiées durant toute la durée du test de traction. Le suivi en temps réel du développement des déformations dans la région mentionnée a aidé à identifier la charge correspondant à l'initiation de la défaillance dans l'adhésif. Il a été trouvé que la défaillance est initiée avant que la charge n'atteigne 50% de sa valeur finale. De plus, les résultats ont illustré que les déformations de décollement et en cisaillement, en plus de la rotation du joint dans les joints HBB-CP sont supérieures à celle des joints HBB-QI. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail de recherche ont contribué à approfondir la connaissance en ce qui a trait au comportement des joints OB et HBB pour les matériaux composites. La contribution de la technologie DIC pour élargir notre compréhension du comportement mécanique des assemblages mécaniques fut démontrée et devrait donc être poursuivie. Nous estimons que ces résultats peuvent être utiles pour permettre un design d'un joint structurel en composite optimisé et sécuritaire.  ABSTRACT: Each structure comprises a variety of components connecting to each other. Thus, the joining concept is important as it forms a structure by holding different sections next to each other. However, in a structure, the joints are always considered as the weakest part where the problems stem from. A joint can connect components made of different materials, such as metal, alloys, composites, etc. The inherent characteristic of composite materials gives this edge to manufacturers to produce a composite component using a simple mold yet close to the desired geometry or shape. This feature noticeably reduces the number of joints, particularly when compared with conventional metal components, where numerous joints might be required. This fact does not deny the need for joining composite components while they are brittle and suffer from a lack of ductility. Therefore, the study of composite joints is essential to understand their behavior, which can provide a guideline for a reliable, durable and safe joint design. This thesis deals with the experimental study of the mechanical and fractural behavior of only-bolted (OB) and hybrid bolted/bonded (HBB) single-lap (SL) composite joints using Digital Image Correlation (DIC) technology. Through this advanced technique, displacement/strain (in-plane or out-of-plane) of each individual point can be measured from the moment of applying load to the final fracture; therefore, strain distribution, crack initiation/propagation, failure mechanism, and such related matters can be precisely characterized. The contributions of the current research start with studying a very common phenomenon that occurs in SL composite joints called secondary bending (SB). 3D-DIC was utilized to measure out-of-plane displacement (OPD), which represents the so-called SB, of the specimen surface in multi-bolt single-lap joints composed of cross-ply (CP) and quasi-isotropic (QI) carbon/epoxy laminates for two laminate thicknesses. The analytical Neutral Line Model (NLM) was used in this work, which predicts the same trend observed by DIC results. The quantified SB ratio was found to be approximately 30% higher in CP than in QI. In the present thesis, 3D-DIC technology has been widely used to elucidate the tensile behaviors of OB and HBB SL joints through the measurement of stress distribution and bending/torsion side effects. Additionally, the DIC data illustrated the balance between bearing and bypass loads as well as the load transferring mechanism by tracking the strain evolutions in the regions under the bolts. The results showed that added adhesive creates two significant benefits; first, it relieves stress concentration in the vicinity of the bolts and delays damage initiation and thereby the final fracture, and second, it diminishes the SB and twisting phenomena and their associated deleterious effects. The elongation of the bolt hole is an important parameter to assess the failure of bolted joints. DIC is a powerful means to measure bolt hole elongation (BHE) in OB and HBB composite joints. In HBB joints, it was observed that hybridization decreases the BHE significantly, which was more pronounced in CP configurations than that of QI. Results exhibited that in HBB joints, hole elongation is not dependent on laminate lay-up, while it is very influential in OB joints. Furthermore, it was found that in OB joints, the contribution of the bypass loads to the elongation of the hole is greater than that of the bearing action. Through-the-thickness deformations of the overlap region of the thick HBB composite joints can be well captured using DIC. The major strain components, namely peel strain (Ɛzz), shear strain (Ɛxz), and longitudinal strain (Ɛxx), are identified during the entire tensile test. The real-time monitoring of the strain development in the mentioned region helped to find the corresponding load at which the adhesive failure initiates. It was found that failure nucleates before the load reaches 50% of its ultimate value. Moreover, results illustrated that peel and shear strains, as well as joint rotation in HBB-CP, are higher than those of HBB-QI. The results obtained within the framework of this research contributed to deepening the knowledge on the behavior of OB and HBB composites. The contribution of DIC technology to broaden our understanding of the mechanical behavior of mechanical assemblies has been demonstrated and should therefore be pursued. It is believed that the obtained results can be useful for designing optimized and safe composite joint structures.


identifier: Kohyarnejadfard, I. (2022). System Performance Anomaly Detection using Tracing Data Analysis  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les progrès technologiques et l'augmentation de la puissance de calcul ont récemment conduit à l'émergence d'architectures logicielles complexes et à grande échelle. Les unités centrales de traitement conventionnelles sont maintenant soutenues par des unités de co-traitement pour accélérer différentes tâches. L'impact de ces améliorations peut être observé dans les systèmes distribués, les microservices, les appareils IdO (internet of things ou IoT en anglais) et les environnements infonuagiques qui sont devenus de plus en plus complexes à mesure qu'ils grandissent en termes d'échelle et de fonctionnalités. Dans de tels systèmes, une tâche simple engage de nombreux coeurs en parallèle, potentiellement sur plusieurs noeuds, et une même opération peut être servie de différentes manières par différents coeurs et nœuds physiques. De plus, plusieurs facteurs tels que leur distribution dans le réseau, l'utilisation de différentes technologies, leur courte durée de vie, les bogues logiciels, les pannes matérielles et les conflits de ressources rendent ces systèmes sujets à la montée de comportements anormaux. Le haut degré de complexité et la distribution inhérente des petits services compliquent la compréhension des performances de ces environnements. En outre, les outils de surveillance et d'analyse des performances disponibles présentent de nombreuses lacunes.  ABSTRACT: Advances in technology and computing power have led to the emergence of complex and large-scale software architectures in recent years. The conventional central processing units are now getting support from co-processing units to speed up different tasks. The result of these improvements can be seen in distributed systems, Microservices, IoT devices, and cloud environments that have become increasingly complex as they grow in both scale and functionality. In such systems, a simple task involves many cores in parallel, possibly on multiple nodes, and also, a single operation can be served in different ways by different cores and physical nodes. Moreover, several factors, such as their distribution in the network, the use of different technologies, their short life, software bugs, hardware failures, and resource contentions, make these systems prone to the rise of anomalous system behaviors. The high degree of complexity and inherent distribution of small services makes understanding the performance of such environments challenging. Besides, available performance monitoring and analysis tools have many shortcomings.


identifier: Cereza, G. (2022). Development of an Innovative Solution Minimizing RF Field Inhomogeneity and Energy Deposition in Ultra-High Field MRI Applications  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Bien qu'apportant de nombreux bénéfices en termes de qualité d'image, l'IRM à très hauts champ est particulièrement sensible aux artefacts liés à la réduction de la longueur d'onde du champ B1+ nécessaire pour basculer les spins hors de leur position d'équilibre. Cette longueur d'onde devenant plus petite que la plupart des régions du corps imagé, cela induit une inhomogénéité spatiale de l'angle de bascule qui, à son tour, entraine des variations d'intensité dans l'image finale. Afin de réduire ces inhomogénéités, des antennes équipées de plusieurs transmetteurs pouvant être excités en parallèle deviennent de plus en plus populaires pour l'imagerie à très haut champ, car la possibilité d'envoyer différentes impulsions à chaque transmetteur offre un meilleur contrôle sur les interférences radiofréquences. Ce procédé d'homogénéisation de champs est appelé B1+ shimming (ou RF shimming) et requière du matériel et des logiciels sophistiqués, ainsi que temps de scan supplémentaire, ce qui peut ralentir son intégration dans le milieu clinique.  Dans des régions telles que la moelle épinière, où les tissus présentent d'importantes variations en termes de propriétés électromagnétiques, cela devient encore plus difficile d'obtenir un champ B1+ homogène. La profondeur de la moelle épinière à l'intérieur du corps peut elle aussi limiter la puissance du champ B1+, résultant en un faible signal RM dans cette région. De plus, l'importante variabilité anatomique de la région vertébrale d'un patient à un autre vient elle aussi complexifier la création d'une impulsion qui résulterait en un angle de bascule spatialement homogène pour différents sujets.  L'objet de cette maîtrise consistait à développer un logiciel en libre-accès dédié au B1+ shimming, couvrant les scenarios les plus couramment utilisés et prenant en compte la déposition d'énergie dans les tissus afin d'assurer la sécurité du patient. La comptabilité avec des outils de segmentation automatique du cerveau et de la moelle épinière a également était implémentée afin de pouvoir effectuer un B1+ shimming ciblant ces régions spécifiques. Cette implémentation a été intégrée au projet Shimming-Toolbox, initialement développé homogénéiser le champ B0.  Un test in-vivo a par la suite été effectué dans la moelle épinière à 7T et a montré une amélioration de l'homogénéité le long de la moelle épinière après B1+ shimming sur des images anatomique GRE et MP2RAGE, ainsi qu'une augmentation du signal dans la région thoracique.  ABSTRACT: While it offers important image quality benefits, Ultra-High Field MRI is particularlysensitive to RF related artifacts caused by the decreasing wavelength of the B1+ field required to flip the spins. This wavelength being smaller than most imaged body regions, it results in an inhomogeneous flip angle that induces intensity variations and local loss of signal across the image field of view. To reduce these inhomogeneities, multi-transmit coils with parallel transmission capability are becoming increasingly popular in UHF imaging, as they allow one to send different excitation pulses to each Tx element, providing better control of the RF interference pattern. This  homogenization process is called B1+ shimming (or RF shimming) and requires complex hardware and software tools that hamper its clinical use. In regions such as the spinal cord, where surrounding tissues present important variations in terms of electromagnetic properties, it gets even harder to obtain a homogeneous B1+ field. The depth of the spinal cord in the body may also hamper the generation of a sufficiently strong B1+ field in that region, resulting in a low MR signal. Moreover, the important anatomical variability of the spine region across patients further complicates the design of an excitation pulse that would result in robust inter-subject flip angle homogeneity. For these reasons, it is expected that  performing patient-specific B1+ shimming with a focus on the spinal cord could improve the image homogeneity.  The focus of my master's project was on the development of an open-source B1+ shimming software solution that covers the most basic shimming scenarios and accounts for energy deposition in tissues, so as to ensure patient safety. Compatibility with brain and spinal cord segmentation  tools was also implemented so that localised B1+ shimming could be performed over specific regions. This B1+ shimming implementation was integrated within the Shimming-Toolbox project, initially developed to homogenize the main static magnetic field B0. It was then tested in-vivo to perform patient specific B1+ shimming during spinal-cord imaging at 7T and resulted in an improved homogeneity in the spinal-cord on structural GRE and MP2RAGE images, with coefficients of variation reduced by up to 40% and 11% respectively, as well as in a recovered signal in the thoracic spinal cord.


identifier: Crespo Villegas, J. (2022). Effect of Si and Si-Pt Reservoirs on the Growth of Multilayer Coatings for the Oxidation Protection of γ-TiAl Turbine Blades  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les performances des moteurs d'avion et leur fonctionnement dans des environnements particulièrement difficiles ont posé un défi constant pour le choix des matériaux appropriés et de leurs caractéristiques.  En outre, avec les progrès récents en termes de consommation spécifique de carburant (SFC) et de réduction des émissions de CO2, la nécessité d'augmenter les températures d'admission (6 C-9 C/an) pour obtenir des rendements plus élevés des moteurs et réduire le poids des composants rotatifs a considérablement augmenté.  Dans ce contexte, la pertinence de matériaux plus légers avec une performance optimale (haute résistance à l'oxydation et résistance mécanique élevée) au-delà de 700 C a été élucidée, favorisant le remplacement des superalliages à base de nickel à haute densité actuellement utilisés dans les sections de moteurs à basse température. Dans la turbine à basse pression, des aubes de turbine plus légères en γ-TiAl ont déjà commencé à être utilisées depuis quelques années, en particulier dans les moteurs GEnx et CFM-LEAP.  Des progrès importants dans l'optimisation des propriétés thermo-mécaniques de ces matériaux structurels (c'est-à-dire les alliages à base de Ni, Co et γ-TiAl) ont été réalisés avec l'approche métallurgique via la chimie des alliages. Cependant, l'amélioration de leurs propriétés et l'extension de leurs capacités, en particulier pour la protection des surfaces (spécifiquement la résistance à l'oxydation) nécessitent l'utilisation de revêtements protecteurs.  La variété des revêtements de protection et des approches d'ingénierie de surface disponibles pour de nouveaux développements est très importante. Ils peuvent être distingués selon leur architecture (barrières thermiques de type revêtement multicouche ou de type revêtement à composition graduée), par la méthode de production (techniques chimiques ou physiques en phase vapeur, pression atmosphérique vs basse pression, techniques métallurgiques, etc.), ou la famille des principaux composés constitutifs (siliciures, aluminures, multi-composantes ((MCrAlY; M: métal), à base de Cr, etc.) Au-delà de la diversité des revêtements, tous ces systèmes nécessitent des améliorations continues pour mitiger la dégradation, la délamination ou des effets secondaires indésirables de nature chimique ou mécanique.  ABSTRACT: The performance of jet engines and their operation in particularly harsh environments has been a constant challenge for choosing suitable materials and their characteristics.  Additionally, with the recent advancements in terms of specific fuel consumption (SFC) and reduced CO2 emissions, the need for increased inlet temperatures (6 C-9 C/year) for achieving higher engine efficiencies and weight reduction in rotating components has significantly increased.  In this context, the relevance of lighter materials with optimum performance (high oxidation resistance and elevated mechanical strength) beyond the 700 C has been elucidated, promoting the replacement of the currently used high-density Ni-based superalloys in the lower-temperature jet engine sections. In the low-pressure turbine, lighter -TiAl low-pressure turbine blades have already started to be implemented since a few years, specifically in the GEnx and CFM-LEAP engines.  Important progress in optimization of the thermo-mechanical properties of these structural materials (i.e., Ni-based, Co-based, and γ-TiAl based alloys) has been attained with the metallurgical approach via alloy chemistry. However, further improvements in their properties and extended capabilities, specifically for surface protection (i.e., oxidation resistance) demand the use of protective coatings.  The variety of protective coatings and surface engineering approaches available for further development is very significant. They can be distinguished according to their architecture (multilayer or graded composition, thermal barrier coatings), the method of production (chemical or physical vapor techniques, atmospheric pressure vs low pressure, metallurgical techniques etc.), or the family of main constituting compounds (silicides, aluminides, multi-components ((MCrAlY; M: metal), Cr-based, etc.). Beyond the diversity of coatings, all of these systems require continuous improvements to mitigate degradation, delamination, or secondary undesired effects of chemical or mechanical nature.


identifier: Yang, Z. (2022). Sélection des points de vue pour des données vectorielles en utilisant des techniques du réseau de neurones  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La sélection des points de vue est un domaine de recherche important qui développe les méthodologies pour générer des visualisations sur des données numériques afin que les scientifiques puissent conclure rapidement des informations utiles en partant de ces images fournies. Dans ce mémoire, nous introduisons une nouvelle méthode qui trouve de bons points de vue pour des données vectorielles en construisant un réseau de neurones sous la forme d'un seul perceptron. Ce réseau de neurones simule le produit scalaire entre les poids du réseau et l'entrée, et est entraîné par nos nouvelles fonctions de perte qui représentent les critères sur la perpendicularité, la colinéarité et la distance représentée par le cosinus de l'angle entre deux vecteurs. Le vecteur obtenu par la normalisation des poids avec la valeur de perte minimale est la meilleure direction de vue trouvée pour visualiser le champ vectoriel. Un point de vue de cette direction est finalement construit avec la méthode de construction de point de vue proposée. Nous fournissons aussi une façon simple pour construire un chemin de caméra en utilisant des splines cubiques.  ABSTRACT: Viewpoint selection is an important task in the domain of scientific visualization and can help scientists easily obtain information from the gathered data. In this thesis, we introduce a new method that utilizes a neural network to find an ideal viewpoint for the considered data in form of vector fields. Our method constructs a single perceptron that simulates the dot product between the weights considered as the viewpoint direction and the input vector, and we train this network by using our newly defined “perpendicularity loss”, “same line loss” and “cos distance loss”. The normalized vector from the weights with the minimum loss value after training is a good viewpoint direction referring to the criteria represented by the activated loss functions. A final viewpoint is constructed by using the proposed viewpoint generation method. We also present a simple way to build a camera path with spline curves.


identifier: Li, P. L. (2022). Support à la conception d'exosquelettes motorisés d'assistance du membre supérieur multitâches  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les patients affectés par des troubles neuromusculaires ont des faiblesses musculaires pouvant réduire leur capacité à réaliser des tâches essentielles telles que manger ou s'habiller. Pour ralentir la dystrophie musculaire, des interventions cliniques telles que la réadaptation aquatique, la simulation électrique ou des traitements aux corticostéroïdes sont utilisées. Cependant, ces solutions sont coûteuses, ne permettent que de ralentir la progression de la maladie et ne permettent pas nécessairement un support au quotidien, surtout pour les cas plus sévères. Les exosquelettes d'assistance ont le potentiel d'assister cette population par leur capacité à diminuer les efforts de l'utilisateur; efforts nécessaires pour accomplir les tâches du quotidien. Cependant, la conception de ces appareils est complexe étant donné que l'interaction entre le corps humain et l'exosquelette ainsi que la sélection des systèmes de transmission de puissances -tels que les moteurs ou ressorts- sont interdépendantes. De plus, peu d'études ont vérifié la tenue mécanique de la conception mécanique de leur dispositif et les études procédant à des analyses structurelles sont souvent simplificatrices. L'objectif de cette maîtrise est de développer un outil de support à la conception d'un exosquelette d'assistance actif du membre supérieur pour un ensemble de mouvements fonctionnels. Pour répondre à cet objectif, il a été question d'optimiser géométriquement les dimensions de l'exosquelette pour maximiser les fermetures de boucle cinématique et éviter les collisions avec le membre supérieur (incluant le torse) selon les tâches définies. Par la suite, une optimisation dynamique, soit un problème de commande optimale dont le but était de minimiser le couple des articulations de l'utilisateur, a été conduite afin de comprendre les interactions entre les composants dynamiques (moteurs et ressorts) de l'exosquelette et le membre supérieur pour ensuite sélectionner les caractéristiques de ces composants dynamiques. Finalement, une analyse structurelle par méthode quasi statique a été effectuée afin de vérifier la tenue mécanique du dispositif. Le présent projet a d'ailleurs été conduit sur deux sujets humains différents. Les résultats découlant de l'optimisation géométrique montrent qu'un ajustement similaire à la littérature est obtenu pour l'exosquelette. Or, l'évitement de collision du présent travail considère le volume du torse entre l'exosquelette et le membre supérieur, rendant les dimensions optimisées et la trajectoire de l'exosquelette plus réalistes.  ABSTRACT: Patients affected by neuromuscular disorders are characterized by muscle weaknesses which can reduce their ability to perform essential tasks such as eating or dressing up. To slow down muscular dystrophy, clinical interventions such as aquatic rehabilitation, electrical simulation, or corticosteroid treatments are used. However, these solutions are expensive, can only help by slowing down the progression of the disease and do not necessarily provide daily support, especially for more severe cases. Assistive exoskeletons have the potential to assist this population by reducing user efforts - efforts required to accomplish daily tasks. However, the design of these devices is a challenge given that the interaction between the human body and the exoskeleton as well as the selection of power transmission systems such as motors or springs are complex and interdependent. In addition, few studies have verified the mechanical strength of their device and studies carrying out structural analyzes are generally simplifying. The objective of this master's project is to develop a tool for sizing a motorized exoskeleton to assist the upper limb for a set of functional movements. To meet this objective, the dimensions of the exoskeleton are geometrically optimized to maximize kinematic loop closures and avoid collisions with the upper limb (including the trunk) according to the defined tasks. Subsequently, through an optimal control problem which goal was to minimize the joint torque of the user, a study was conducted to understand the interactions between the dynamic components (motors and springs) of the exoskeleton and the upper limb to then select the characteristics of said dynamic components. Finally, a structural analysis by quasi-static method was carried out to verify the mechanical strength of the device. This study was conducted on two different subjects. The results from the geometric optimization indicate that the fit of the exoskeleton in the present work is similar to results obtained in the literature. However, the collision avoidance of the present work considers the volume of the torso in the collision avoidance between the exoskeleton and the upper limb, making the optimized dimensions and the trajectory of the exoskeleton more realistic. The mechanical design of the exoskeleton is now parameterized and considered as a process in the general methodology of the tool, making it possible to adapt the exoskeleton to the optimized dimensions of the geometric optimization and to individuals of different morphologies.


identifier: Hallé-Hannan, E. (2022). Cadre mathématique pour l'optimisation de boîtes noires avec variables catégorielles et méta  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'optimisation de boîtes noires est une branche de l'optimisation caractérisée par une fonction objectif et des contraintes sans expression analytique. Concrètement, cela implique que les outils traditionnels de l'optimisation, dont les dérivées, ne peuvent être utilisées. La communauté de recherche a tout de même développé des méthodes algorithmiques ingénieuses pour s'attaquer à ce type de problème. À ce jour, la plupart des méthodologies développées traitent des problèmes contenant uniquement des variables continues ou entières. Les méthodologies pour traiter des problèmes ayant des variables catégorielles ou des structures mathématiques dynamiques (variables méta) sont peu nombreuses. Il ne s'agit pas d'un hasard, puisque ces problèmes délaissés contiennent des difficultés qui sont fondamentalement difficiles à sur-monter. Dans ce travail, un cadre mathématique, composé d'un système de notation et de stratégies de résolution, est présenté. Le cadre traite des problèmes d'optimisation mixte dans un contexte de boîtes noires. Le système de notation permet de modéliser explicitement les variables catégorielles et méta dans un problème mixte. Cette modélisation facilite grandement la résolution de tels problèmes. Le terme méta, introduit dans ce travail, décrit les variables spéciales qui influencent le nombre de variables (dimension) ou le nombre de contraintes. Les variables méta ont un impact important sur les définitions mathématiques de base, telles que le domaine et l'en-semble réalisable. Ceux-ci sont rigoureusement définis, ce qui permet d'exprimer plusieurs difficultés liées aux variables catégorielles et méta. Les différentes méthodologies et approches de la littérature sont catégorisées en deux type de stratégies : la résolution de sous-problèmes et la résolution d'un problème auxiliaire. Les deux stratégies incorporent les différentes méthodologies et approches de la littérature, dont la recherche directe et l'optimisation bayésienne. Le cadre mathématique est donc compatible avec la littérature. Le cadre mathématique est illustré sur un problème d'optimisation des hyperparamètres, qui est un problème d'optimisation de boîtes noires avec des méta-variables et variables catégorielles. Ce problème est une motivation importante de ce travail. En pratique, il peut être difficile de déterminer efficacement de bons hyperparamètres, puisque l'espace de recherche est mixte et potentiellement très vaste. Ainsi, déterminer de bons hyperparamètres peut être très coûteux temporellement et énergétiquement. Dans ce travail, les fondements mathématiques et des stratégies de résolution sont développés de sorte qu'ils puissent être appliqués à ce type de problème.  ABSTRACT: In blackbox optimization, the objective function and the constraints have no analytical expression, which prevents the deployment of any method based on derivatives. This limitation did not avert any progress by researchers and practitioners. Indeed, the literature in blackbox optimization has been flourishing in the recent years. However, mixed problems with categorical variables and an unfixed mathematical structure (meta variables) have been dismissed by the community, primarily because of the intrinsically difficulties of such problems. In this work, a mathematical framework for modelling constrained mixed-variable optimization problems is presented in a blackbox optimization context. The mathematical framework is composed of a new notation system and solution strategies. The notation system allows meta and categorical variables to be explicitly and efficiently modelled, which facilitates the optimization of such problems. The new term meta variables is used to describe special variables that affect the number of variables (dimension) or the number of constraints. Moreover, the domain of the objective function and the feasible set are rigorously defined, which highlight many subtleties associated to meta variables. The flexibility of the solution strategies supports the main blackbox mixed-variable optimization approaches: direct search methods and surrogate-based methods (Bayesian optimization). The notation system and solution strategies are illustrated through an example of a hyper-parameter optimization problem from the machine learning community. This optimization problem is an important motivation behind this work. The interest in deep learning has been growing exponentially in various fields and applications. However, the performance of deep models may be sensible to the choice of hyperparameters, which may limit the performance of such models or drastically increase the time and energy costs of finding good hyperparameters. This work takes this hyperparameter optimization seriously by providing the mathematical foundation to model the underlying difficulties related to categorical and meta variables, as well as furnished state-of-the-art strategies to tackle the problem.


identifier: Lessard, F. (2022). Développement d'un système de pultrusion thermoplastique multi-filière pour production de pièces d'intérieur d'aéronef  [Thèse de doctorat, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans un contexte de mondialisation où la demande en transport aérien est en croissance constante, le carnet de commandes des principaux fabricants d'aéronefs augmente en conséquence. Les méthodes de fabrication typiquement utilisées en aérospatiale sont adaptées à de relativement faibles volumes de production. Il devient nécessaire d'effectuer une transition de ces méthodes quasi artisanales vers des technologies de fabrication adaptées à de plus hauts volumes de production. Plusieurs composantes, spécialement en intérieur de cabine, se prêtent bien à la production par pultrusion : un procédé de fabrication de poutre à section constante renforcée de fibre unidirectionnelle. Depuis quelques années, une technologie de pultrusion thermoplastique multi-filières a été développée au laboratoire de structures de fibres et de composites avancés à Polytechnique Montréal. Cette technologie exploite des cycles de déconsolidation entre les filières afin de produire un composite à base de fibre mélangée de carbone et polyéthérimide. Dans le cadre d'un projet à collaboration internationale, cette technologie est investiguée puis mise à profit dans la réalisation d'une ligne de pultrusion complexe illustrant un niveau de maturité technologique avancé. Le premier objectif de cette thèse consiste à caractériser la mécanique de déconsolidation dans un contexte de mise en forme cyclique. Les études existantes se concentrent sur la déconsolidation de composite complètement saturé. Dans un procédé à compaction multiple, les cycles de déconsolidation se produisent alors que des agglomérats de fibres sont encore secs. Des essais en moulage par compression sont réalisés sur de petits échantillons de deux précurseurs de fibre mélangée carbone polyéthérimide commercialement disponibles. Un modèle numérique, basé sur la décompaction viscoélastique d'un agglomérat cylindrique de fibre, est défini afin d'expliquer la contribution des différentes propriétés du matériau dans le processus de déconsolidation. La microstructure est observée avant ainsi qu'après tandis que le comportement macroscopique du composite est mesuré durant un cycle de déconsolidation. Les composants de la microstructure sont observés et quantifiés par observation micrographique combinée à un algorithme de mesure par image. Les conclusions de l'étude, soumise au journal Composites Part A, montrent que l'amplitude de déconsolidation est dominée par le degré d'imprégnation. De plus, la microstructure diffère grandement entre les deux précurseurs de fibres mélangées investigués. Des deux précurseurs, l'un retient un haut taux volumique de fibre dans les portions sèches (58% vs 40%) et un plus faible taux total de porosité (15% vs 20%) en présentant toutefois une amplitude de déconsolidation similaire. Ceci implique des comportements à l'imprégnation différents et la nécessité de caractériser le comportement du lit de fibre sous-jacent au précurseur utilisé. Le second objectif de cette thèse consiste à proposer un modèle afin de simuler le taux d'imprégnation et la force de tirant d'un système de pultrusion multi-filière. La technologie de pultrusion multi-filière étant très jeune, peu d'outils sont disponibles afin de l'étudier. Seule une poignée d'études sont publiées dans la littérature. Un modèle est ainsi proposé afin de simuler deux des métriques d'intérêt en pultrusion : le taux d'imprégnation du renfort et la force de tirant générée. Le modèle proposé est supporté par un jeu de données expérimentales. L'étude, soumise au journal Composites Part A, examine l'effet de divers paramètres clés dans la conception des séquences de filière, soient l'angle de filière, le taux de réduction des filières et la progression de ces facteurs. Les principales conclusions de l'étude portent sur un potentiel d'optimisation de la séquence de filière afin de réduire la force de tirant requise pour une même qualité d'imprégnation. Finalement, les résultats des deux études publiées sont mis à profit dans la conception d'une ligne de pultrusion multi-filière à échelle industrielle. Dans le cadre du projet CRIAQ COMP- 1633, une pièce démonstrateur est sélectionnée soit un tube à paroi mince. Le travail d'analyse et de conception de l'outillage est rapporté. Une méthodologie de simulation thermique est élaborée et validée sur le montage de pultrusion utilisée précédemment. L'outillage de pultrusion est par la suite démarré. Les mesures expérimentales de température recueillies valident l'approche de simulation thermique présentée. Le tube pultrudé possède des parois bien définies, validant ainsi la performance du système de refroidissement. L'analyse des constituants révèle une imprégnation partielle du pultrudat produit. Plusieurs problèmes rencontrés durant l'opération sont documentés. Toutefois, la nature des problèmes rencontrés et la performance du système malgré ceux-ci illustrent un réel potentiel d'application pour cette technologie dans l'industrie. L'étude présentée ouvre la voie à de nouveaux projets de recherche. Certaines hypothèses de base quant à l'aspect bénéfique des cycles de déconsolidation sont explorées. Plus de travail est nécessaire afin de vérifier sous quelles conditions la compaction multiple est bénéfique. Un outil de simulation est proposé et démontré comme étant prometteur. Celui-ci permettra la conception de futurs outillages de pultrusion multi-filière dans un contexte de recherche. Finalement, la pultrusion d'une pièce complexe démontre la maturité technologique de la pultrusion multi-filière adéquate pour une transition à moyen terme vers l'industrie.  ABSTRACT: In a context of globalization where the demand for air transport is constantly growing, the order books of the main aircraft manufacturers are increasing accordingly. Manufacturing methods typically used in aerospace are suitable for relatively low production volumes. It is becoming necessary to make a transition from these quasi-artisanal methods to manufacturing technologies adapted to higher production volumes. Several components, especially inside the cabin, lend themselves well to production by pultrusion: a method of manufacturing a constant section beam reinforced with unidirectional fibre. For several years, a multi-die thermoplastic pultrusion technology has been developed at the Advanced Composites and Fibre Structures laboratory at Polytechnique Montréal. This technology uses deconsolidation cycles between the dies to produce a composite based on a mixture of carbon fibre and polyetherimide. As part of an international collaborative project, this technology is being investigated and put to use in the production of a complex pultrusion line illustrating an advanced technology readiness level. The first objective of this thesis consists in characterizing the mechanics of deconsolidation in a context of cyclic compaction. Existing studies focus on the deconsolidation of fully saturated composite. In a multiple compaction process, deconsolidation cycles occur while fibre agglomerates are still dry. Compression molding tests are performed on small samples of two commercially available polyetherimide carbon commingled fibre precursors. A numerical model, based on the viscoelastic decompaction of a cylindrical fibre agglomerate, is defined in order to explain the contribution of the different material properties in the deconsolidation process. The microstructure is observed before as well as after deconsolidation while the macroscopic behavior of the composite is measured during a deconsolidation cycle. The components of the microstructure are observed and quantified by micrographic observation combined with an image measurement algorithm. The conclusions of the study, submitted to the journal Composites Part A, show that the amplitude of deconsolidation is dominated by the degree of impregnation. Moreover, the microstructure differs greatly between the two commingled fibre precursors investigated. Of the two precursors, one retains a high fibre volume fraction in the dry portions (58% vs 40%) and a lower total porosity fraction (15% vs 20%) while nevertheless presenting a similar deconsolidation amplitude. This implies different impregnation behaviors and the need to characterize the behavior of the underlying fibre bed structure used in the precursor. The second objective of this thesis consists in proposing a model in order to simulate the rate of impregnation and the pulling force of a multi-die pultrusion system. The multi-die pultrusion technology being very young, few tools are available to study it. Only a handful of studies are published in the literature. A model is thus proposed in order to simulate two of the metrics of interest in pultrusion: the rate of impregnation of the reinforcement and the pulling force generated. The proposed model is supported by a set of experimental data. The study, submitted to the journal Composites Part A, examines the effect of various key parameters in the design of die sequences, namely the die angle, the rate of die reduction and the progression of these factors. The main conclusions of the study relate to the potential for optimizing the die sequence in order to reduce the pulling force required for the same quality of impregnation. Finally, the results of the two published studies are used in the design of a multi-die pultrusion line on an industrial scale. As part of the CRIAQ COMP-1633 project, a demonstrator part is selected, namely a thin-walled tube. Tooling analysis and design work is reported. A thermal simulation methodology is developed and validated on the pultrusion assembly used in the laboratory. The pultrusion tooling is then started. The experimental temperature measurements collected validate the thermal simulation approach presented. The pultruded tube has well-defined walls, thus validating the performance of the cooling system. Analysis of the constituents reveals partial impregnation of the pultrudate produced. Several problems encountered during the operation are documented. However, the nature of the problems encountered and the performance of the system despite them illustrate a real application potential for this technology in industry. The study presented paves the way for new research projects. Some basic assumptions about the beneficial aspect of deconsolidation cycles are explored. More work is needed to verify under what conditions multiple compaction is beneficial. A simulation tool is proposed and demonstrated to be promising. This will allow the design of future multi-die pultrusion tools in a research context. Finally, the pultrusion of a complex part demonstrates the technology readiness level of multi-die pultrusion suitable for a medium-term transition to industry.


identifier: Alhousseiny, I. (2022). Boucle à verrouillage de délai offrant une densité de phases de 112 GHz pour convertisseur analogique à numérique à entrelacement temporel  [Mémoire de maîtrise, Polytechnique Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les horloges contrôlent le monde électronique. Pour les systèmes opérant suivant le modèle synchrone, qui sont largement majoritaires, la plupart des bits transmis et des données circulant dans le monde, ainsi que la grande majorité des appareils électroniques nécessitent des signaux d'horloge. De nos jours, la quantité d'information diffusée dans le monde chaque seconde est considérable, cela n'aurait pas été possible sans le développement de méthodes de synchronisation efficaces. À l'origine des oscillateurs générant des signaux de quelques kHz cadençaient les systèmes électroniques, mais maintenant on peut concevoir des horloges produisant une densité de phases de plus que 100 GHz. Ceci découle notamment des avancées de la technologie des circuits intégrés. Les convertisseurs analogiques numériques sont l'interface entre le monde physique et les systèmes électroniques. Ils transforment les données provenant du monde physique en données numériques. Plusieurs types des convertisseurs sont utilisés dépendamment des spécifications des applications, ils nécessitent des signaux d'horloges appropriés. Il existe plusieurs genres de convertisseurs analogiques numériques avec différentes spécifications comme le taux d'échantillonnage, la résolution (nombre de bits), la consommation d'énergie. Les convertisseurs analogiques à numériques dits à entrelacement temporel sont capables de produire des taux d'échantillonnage de plus que 100 Gé/s. Les concepteurs arrivent grâce à des architectures comportant typiquement un convertisseur analogique numérique (CAN) de base, qui nécessitent des signaux d'horloge sujet à un déphasage spécifique et oscillant chacun à une haute fréquence. Dans le cadre du présent projet, nous avons conçu une horloge à phases multiples permettant à un système de conversion d'atteindre un taux d'échantillonnage 112 Gé/s. Une boucle à verrouillage de délai (BVD) est proposée comme moyen de produire une horloge à phases multiples permettant de cadencer le système. La BVD génère 16 sorties oscillant chacune à 7 GHz. L'espacement temporel entre chaque 2 sorties adjacentes est de 8.9 ps. Cet espacement est important pour gérer les données passant dans les CAN afin qu'elles s'activent au bon moment. La BVD est formée d'un détecteur de phase-fréquence, d'une pompe de charge, d'un filtre passe-bas et d'une ligne de retard contrôlée par tension (LRCT).  ABSTRACT: Clocks control the electronic world. For systems operating on the synchronous model, which are the vast majority, every bit transmitted, every data circulating in the world, every electronic device with a chip requires clock signals. Nowadays, the density of information flowing in the world every second is considerable, and this would not have been possible without the development of efficient synchronization methods. Originally, oscillators generating signals of a few kHz clocked electronic systems, but now it is possible to design clocks producing a phase density of more than 100 GHz. This is due in part to advances in integrated circuit technology. Analog-to-digital converters are the interface between the physical world and electronic systems. They transform data from the physical world into digital data. Several types of converters are used depending on the application specifications, they require appropriate clock signals. There are several types of analog-to-digital converters with different specifications such as sampling rate, resolution (number of bits), power consumption... The so-called time-interleaved analog-to-digital converters are capable of producing sampling rates of more than 100 GigaSamples/s. Designers achieve this through architectures typically comprising basic analog-to-digital converters (ADCs), which require clock signals subject to a specific phase shift and each oscillating at a high frequency. In this project, we have designed a multiphase clock allowing a conversion system to reach a sampling rate of 112 GigaSamples/s. A delay-locked loop (DLL) is proposed as a means of producing a multiphase clock to clock the system. The DLL generates 16 outputs each oscillating at 7 GHz. The time spacing between each two adjacent outputs is 8.9 ps. This spacing is important to manage the data passing through the ADCs so that they activate at the right time. The DLL consists of a frequency phase detector, a charge pump, a low-pass filter and a voltage-controlled delay line (VCDL). The VCDL uses controllable NMOS inverters to generate signals spaced at 8.9 ps. This VCDL shifts the reference signal by one period T through the inverters. It is controlled by a voltage modifying the propagation delay of the signal coming from the low-pass filter. The last output of the VCDL must be phase shifted by one period T to be in phase with the reference signal, this shift is kept thanks to a feedback system.