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Optimisation de l’étape de chauffage infrarouge en thermoformage à l’aide de méta-heuristiques

Bachir-Cherif Kahina. (2019). Optimisation de l’étape de chauffage infrarouge en thermoformage à l’aide de méta-heuristiques. Thèse de doctorat, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

En thermoformage, l’étape de chauffage infrarouge des structures thermoplastiques joue un rôle essentiel dans la qualité de l’objet formé. Pour cette étape de chauffage, il est important de sélectionner d’une manière adéquate les températures à assigner aux éléments chauffants du four. Pour ce faire, nous proposons dans ce travail une procédure d’optimisation permettant de choisir les températures à affecter aux zones radiantes, du four de thermoformage, dans le but de générer une meilleure répartition de la température à la surface du matériau polymérique. Dans un premier temps, nous avons proposé une étude comparative à travers l’utilisation de quatre méta-heuristiques : Recuit Simulé, Recherche avec Tabous, Optimisation de la Migration d’Oiseaux et la Recherche avec Harmonie. De cette étude, il s’est avéré que les algorithmes basés sur l’Optimisation de la Migration d’Oiseaux et le Recuit Simulé ont été les plus efficaces. Ensuite, dans le but de réduire le temps d’exécution et améliorer la qualité des solutions générées, une approche basée sur l’hybridation des deux dernières méthodes a été réalisée. Les résultats des simulations numériques obtenus avec la méthode hybride dépassent de loin les solutions produites par les méta-heuristiques séparément. Le critère retenu pour évaluer la qualité d’une solution (fonction objectif) est celui basé sur la minimisation des écarts d’énergie interceptée par la surface de la feuille polymérique exposée aux sources radiantes. Les investigations que nous avons menées ont été réalisées sur deux types de thermoplastiques : i) ABS (Acrylonitrile butadiène styrène) supposé opaque et ii) PET (Polyéthylène téréphtalate) semi-transparent. Les résultats obtenus, avec le modèle d’optimisation développé, montrent que le flux radiatif intercepté à la surface de chacune des deux feuilles thermoplastiques est mieux distribué. Les écarts de températures entre les zones des feuilles sont réduits considérablement comparés à ceux d’un chauffage non optimisé. Les bords des deux feuilles sont mieux chauffés et atteignent la plage de formage. Ceci n’est pas le cas avec un chauffage non optimisé, générant ainsi des produits mal formés.

In thermoforming, the infrared heating step of the thermoplastic structures plays a vital role in the quality of the object formed. For this heating step, it is important to properly select the temperatures to be assigned to the oven heaters. To do this, we propose an optimization procedure to choose the temperatures to be assigned to the radiating areas of the thermoforming furnace, in order to generate a better distribution of the temperature on the surface of the polymeric material. We first proposed a comparative study on the use of four meta-heuristics : Simulated Annealing, Taboo Search, Migration Bird Optimization and Harmony Search. From this study, it was found that algorithms based on Bird Migration Optimization and Simulated Annealing were the most effective. Then, in order to reduce the execution time and improve the quality of the generated solutions, an approach based on the hybridization of the last two methods was developed. The result of the numerical simulations obtained with the hybrid method far exceeds the solutions produced by the meta-heuristics separately. The criterion used to evaluate the quality of a solution (objective function) is based on the minimization of energy deviations intercepted by the surface of the polymeric sheet exposed to the radiating sources. Our investigation was carried out on two types of thermoplastics : i) ABS (Acrylonitrile butadiene styrene) supposed opaque and ii) PET (polyethylene terephthalate) semitransparent. The results obtained, with the optimization model that we developed, show that the radiative flux intercepted on the surface of each of the two thermoplastic sheets is much better distributed. The temperature dfferences between the leaf areas are significantly reduced compared to the non-optimized heating. The edges of the two sheets are better heated and reach the forming range. This is not the case with the non-optimized heating, thus generating poorly formed products.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Thèse de doctorat)
Date:2019
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Doctorat en ingénierie
Nombre de pages:183
ISBN:Non spécifié
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie > Génie industriel
Sciences naturelles et génie > Génie > Génie informatique et génie logiciel
Sciences naturelles et génie > Génie > Génie physique
Sciences naturelles et génie > Sciences mathématiques > Informatique
Sciences naturelles et génie > Sciences mathématiques > Mathématiques appliquées
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Programmes d'études de cycles supérieurs en ingénierie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Erchiqui, Fouad
Rebaine, Djamal
Fofana, Issouf
Mots-clés:thermoformage, chauffage infrarouge, optimisation, méta-heuristiques, heuristiques et hybridation, méta-heuristiques et hybridation, optimisation pour le thermoformage, polymères thermoplastiques, programmation mathématique, hybridation de méta-heuristiques
Déposé le:14 janv. 2020 08:18
Dernière modification:15 janv. 2020 00:59
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