T ’E C L HESE DE DOCTORAT DE L COLE ENTRALE DE YON Spécialité : MECANIQUE Présentée par Gaël LAVAUD Pour obtenir le grade de DOCTEUR de l’Ecole Centrale de Lyon Sujet de la thèse : O PTIMISATION ROBUSTE APPLIQUEE AU CRASH AUTOMOBILE soutenue le 28/06/07 devant le jury composé de : M. L. JEZEQUEL, Ecole Centrale de Lyon, Professeur Directeur de Thèse M. G. OPPENHEIM, Université de Marne La Vallée, Professeur Rapporteur Mme. E. AUBRY, Université de Haute Alsace, Professeur Rapporteur M. Y. TOURBIER, RENAULT, Expert Optimisation Examinateur M. J.-L. LOUBET, Ecole Centrale de Lyon, Directeur de Recherche Examinateur i Ce travail a été réalisé dans le cadre d’un contrat CIFRE avec la société RENAULT S.A. A la demande de RENAULT S.A., ce mémoire est soumis aux règles de diffusion restreinte appliquées aux thèses confidentielles ii iii Remerciements Mener ces travaux de thèse n’a pas été de tout repos, tans pour moi que pour ceux qui m’ont entouré. C’est pourquoi je voudrais remercier tous ceux qui m’ont épaulé au cours de ces années. Mes premières pensées vont à mes tuteurs, Yves et Louis, pour leur expertise et les bons moments passés ensemble. Je voudrais également remercier toute l’équipe OPTIM et en particulier Sylvain qui m’a accompagné tout au long de ces travaux et sans qui je n’aurais pu développer tous ces outils. Merci à tous les gens de la DICAP pour leur accueil chaleureux et le partage de leur savoir faire (Régis, Laurent, Olivier, Thierry, Sergio, Yamina et tous les autres). Merci aussi à toute l’équipe lyonnaise du D2S et notamment à Isabelle pour sa grande patience. Merci à mes parents qui m’ont donné les moyens d’aller aussi loin dans mes études. Merci enfin à l’amour de ma vie, Julie. iv v Résumé Dans ce mémoire, nous abordons le problème de la conception robuste des systèmes complexes par simulations numériques. Nous menons une analyse rigoureuse des cycles de développement utilisés chez RENAULT et proposons des voies d’amélioration concrètes. Ces améliorations tirent leur inspiration de la stratégie FIRST DESIGN basée sur l’Ingénierie Système et le concept de robustesse décliné à toutes les étapes du cycle de développement du produit. Cette approche utilise les nouveaux outils de conception, tant statistiques que de modélisation. Cette stratégie permet d’éviter les coûteuses impasses de conception liées à un mauvais déploiement du cahier des charges. Pour étayer notre discours, deux cas concrets de conception en dynamique rapide sont étudiés. Une des particularités de ce domaine physique est le coût important de chaque simulation, ce qui nécessite la mise en place de stratégies d’économie des simulations. La première application concerne l’optimisation de forme d’un capot pour le choc piéton. Dans ce travail, nous développons un outil générique d’optimisation pour les concepteurs et le mettons en œuvre pour trouver une forme de capot satisfaisant le cahier des charges. Pour réduire le nombre de simulations, nous proposons également un paramétrage adapté au problème et une stratégie de validation progressive des nouvelles géométries. La seconde application concerne la conception robuste en crash frontal. Les méthodes traditionnelles de conception robuste n’apportant pas complète satisfaction, nous développons une approche originale basée sur l’étude des scénarios de crash. En identifiant les éléments instables de la structure, cette méthode permet de stabiliser le comportement global de la structure en ne reconcevant qu’un minimum de pièces. L’ensemble des outils développés au cours de ces travaux vise à tirer le meilleur parti des nouveaux outils de conception, mais également du savoir faire des concepteurs. Les forts gains en prestation et en délai de conception constatés sur les exemples d’application attestent de la nécessité de remettre en cause l’approche traditionnelle de la conception et d’intégrer les nouveaux outils de conception numériques. vi vii Abstract This PhD thesis deals with robust design of complex systems with numerical simulations. The analysis of RENAULT design strategy suggests us concrete improvements based on the FIRST DESIGN methodology. This strategy relies on Engineering System ant the concept of robustness applied to all design step of the product. It uses all new design tools, as well statistical as modeling. This strategy allows designers to avoid design resource consuming and time demanding iterations. We use two concrete case study to illustrate our work. These cases take place in the context of costly simulations, that is why we will have to save them. First case study is about shape optimization of a pedestrian hood panel. We develop an industrial optimization tool and use it to find a satisfying shape. To save simulations, we also develop a special parameterization and a progressive validation of new shapes. Second case study is about robust design of a frontal crash. As traditional approaches could not fit our problem, we develop an original strategy based on crash scenarios. This method allows designers to identify unstable structural elements and to stabilize their behavior during the crash in the best conditions. All the tools developed along this work tend to take the best advantage of both new simulations tools and designers experience. Improvements of performance and design time on both cases study prove the interest of modifying the traditional design strategy to incorporate new numerical design tools. viii ix