Modélisation numérique du couplage électromagnétique - mécanique dans les structures linéaires tubulaires

Abstract

Cette thèse représente une contribution à la modélisation des phénomènes électromagnétiques et mécaniques Particulièrement appliqués aux dispositifs électromagnétiques tubulaires linéaires de position et/ou de vitesse. Les formulations numériques des modèles physico-mathématiques étudiés prennent en compte des phénomènes complexes telles que la saturation des matériaux ferromagnétiques, la prise en compte du mouvement des parties mobiles, ainsi que l’évaluation des forces magnétiques. Ce travail porte essentiellement sur le développement de deux modèles. Le premier modèle couplant séquentiellement les phénomènes électromagnétiques et mécaniques intégrant la saturation magnétique par l’algorithme de Newton-Raphson et la simulation du mouvement par la technique du Macro-Elément. Ce modèle est appliqué à l’étude d’un moteur linéaire tubulaire de position, en l’occurrence un moteur pas à pas. A partir de la résolution par éléments finis de l’équation électromagnétique dont la source est un courant constant, l’évaluation de la force est effectuée en utilisant la méthode du Tenseur de Maxwell. Cette dernière est le terme source de l’équation mécanique résolue à son tour par la méthode Runge-Kutta d’ordre 4. La validation du modèle est effectuée en confrontant, particulièrement le terme déplacement aux résultats expérimentaux et théoriques fournis par la littérature spécialisée. Le second modèle est appliqué à l’étude des lanceurs électromagnétiques tubulaires linéaires où l’alimentation est de nature transitoire produite par des bancs de condensateur créant des courants induits dans le projectile. La force magnétique dans ce cas est calculée par la méthode de Lorentz. Les résultats obtenus à savoir la force magnétique de poussée et la vitesse de propulsion sont comparées à ceux fournis par la littérature.