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Budinger, Marc

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Works: 14 works in 25 publications in 2 languages and 421 library holdings
Roles: Author, Thesis advisor, Opponent, Other
Publication Timeline
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Most widely held works by Marc Budinger
Multi-physics modeling of technological systems by Marc Budinger( )

5 editions published in 2019 in English and held by 378 WorldCat member libraries worldwide

The development of mechatronic and multidomain technological systems requires the dynamic behavior to be simulated before detailed CAD geometry is available. This book presents the fundamental concepts of multiphysics modeling with lumped parameters. The approach adopted in this book, based on examples, is to start from the physical concepts, move on to the models and their numerical implementation, and finish with their analysis. With this practical problem-solving approach, the reader will gain a deep understanding of multiphysics modeling of mechatronic or technological systems - mixing mechanical power transmissions, electrical circuits, heat transfer devices and electromechanical or fluid power actuators. Most of the book's examples are made using Modelica platforms, but they can easily be implemented in other 0D/1D multidomain physical system simulation environments such as Amesim, Simulink/Simscape, VHDL-AMS and so on
Modélisation multiphysique des systèmes technologiques by Marc Budinger( Book )

3 editions published in 2019 in French and held by 25 WorldCat member libraries worldwide

La 4e de couverture porte : "Cet ouvrage présente les concepts fondamentaux de modélisation multiphysique à paramètres localisés. Cette approche permet de modéliser des systèmes technologiques multidomaines de type mécatronique et donne la possibilité de simuler le comportement de systèmes avant que la géométrie CAO détaillée ne soit disponible. Elle est implémentée aujourd'hui par de nombreux logiciels : Simscape™ (Matlab®), AMEsim, VHDL-AMS, Dymola (Modelica), OpenModelica (Modelica), etc. L'approche adoptée est de partir des concepts physiques pour aller ensuite vers les modèles et leur implémentation numérique et finir par leur analyse et leur utilisation en conception. Modélisation multiphysique des systèmes technologiques expose via des exemples pratiques les principaux concepts menant à la mise en place et à l'utilisation de modèles stationnaires et transitoires à paramètres localisés. La plupart de ces exemples sont réalisés à l'aide du langage Modelica mais peuvent facilement s'implémenter dans d'autres environnements
Knowledge-Based Multidisciplinary Sizing and Optimization of Embedded Mechatronic Systems - Application to Aerospace Electro-Mechanical Actuation Systems by Scott Delbecq( Book )

2 editions published in 2018 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Un défi à court terme pour les industriels de l'aéronautique est de concevoir des produits sûrs, fiables, compactes, basse consommation et à faible impact environnemental due à la forte concurrence et à l'augmentation des attentes des clients et des autorités de certification. Un défi à plus long terme pour ces organisations est de pérenniser leur savoir-faire et leur expertise qui sont menacés par le départ en retraite de générations d'experts, ingénieurs et techniciens. Relever ces défis n'est pas une tâche facile lorsque les produits concernés sont des systèmes mécatroniques embarqués tel que les systèmes d'actionnement électromécaniques. La conception de ces systèmes complexes nécessite l'intégration de savoirs très hétérogènes dû à l'interaction entre de nombreux métiers de l'ingénierie et entre les différentes lois de la physique qui les caractérisent. De plus, les systèmes mécatroniques embarqués sont constitués de nombreux composants interdépendants. Faire face à l'interdépendance des composants reste une tâche non-triviale et fondamentale du métier d'ingénieur. Ceci provoque des itérations coûteuses durant le cycle de conception et des solutions non-optimisées. Les techniques d'optimisation multidisciplinaire fournissent des fondements théoriques et des outils de calculs permettant l'optimisation de systèmes comportant un grand nombre de variables et des couplages multidisciplinaires. Dans le but d'utiliser ces techniques pour un dimensionnement rapide des produits mécatroniques, des tâches doivent être effectuées : représentation du savoir de conception, décomposition et coordination des modèles pour l'évaluation et l'optimisation des performances du système. Les modèles algébriques ont été choisis pour représenter les différents modèles de conception. Une nouvelle formulation d'optimisation multidisciplinaire est proposée. Elle permet des convergences rapides et s'avère robuste au changement d'échelle. Une approche basée sur la théorie des graphes et le calcul symbolique est proposée pour aider les ingénieurs à la mise en place de problèmes à grand nombre de variables et comportant des couplages multidisciplinaires. Une méthodologie de dimensionnement est présentée ainsi que l'outil logiciel associé. L'objectif principal est de permettre un dimensionnement global des systèmes mécatroniques en se souciant de la réutilisation du savoir et la prise de décision rapide. La méthodologie est illustrée sur un cas académique de système d'actionnement. Ensuite, des systèmes plus complexes sont étudiés. Tout d'abord, la conception d'un système d'actionnement de commandes de vol primaire est effectuée. Enfin, un système d'actionnement d'inverseur de poussée électrique est dimensionné
Conception préliminaire des actionneurs électromécaniques : Approche hybride, directe/inverse by Jonathan Liscouet( Book )

2 editions published in 2010 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The aim of this thesis is to propose innovative methods for the preliminary design of electromechanical actuators (EMA), and to implement them in software tools rapidly available for the industry. This objective is motivated by a strong demand of the industry, especially in aeronautics within the frame of the development of more electric aircrafts. First, this thesis puts forward a hybrid methodology (top-down/bottom-up) to generate and select systematically architectures with respect to requirements and the state of the art of technology. Second, methods to evaluate architectures in terms of power, integration (geometrical envelop and mass), reliability and closed loop performances are developed. The implementation of these methods is based on non-causal modelling combined to direct and inverse numerical simulations. Scaling laws, representative of the main sizing phenomena, are established to reduce the complexity of the models and the need for domain experts during the preliminary phases. The proposed methods and their implementation within the simulation framework Modelica/Dymola have been applied successfully to the examples of electromechanical actuators for the steering of a nose landing gear, the primary flight control of an aircraft and the thrust vector control of a space launcher. As a result, the duration of the architecture evaluation has been reduced from day-scale to hour-scale
Optimal design of computer experiments for surrogate models with dimensionless variables by Ion Hazyuk( )

1 edition published in 2017 in English and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Nouvelles approches en conception préliminaire basée sur les modèles des actionneurs embarqués by Amine Fraj( Book )

2 editions published in 2014 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

The objective of this thesis is to propose an innovative approaches for embeddedactuators preliminary design. This approach responds to a strong need for the industry,particularly in aeronautics. As a first step, a hybrid method of architectures generation andselection depending on the specifications and the technological state of the art is proposed. Ina second step, a study of the effect of uncertainty in preliminary design models wascompleted. A third part demonstrated the value of combining modeling approaches tools0D/1D and 3D to enable the design phases acceleration and to have better knowledge relatedto the geometry. Finally, a method using meta-models based on scaling laws for obtainingsimple mathematical forms needed for sizing mechatronic components has been developed
Contribution à la conception et à la modélisation d'actionneurs piézoélectriques cylindriques à deux degrés de liberté de type rotation et translation by Marc Budinger( Book )

2 editions published in 2003 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Ce travail de thèse porte sur le développement et la modélisation d'actionneurs piézo-électriques à densité d'efforts élevés et pouvant produire des mouvements de rotation et de translation. Une étude comparative des différentes structures d'actionneurs a mis en évidence le potentiel électromécanique intéressant de l'actionneur cylindrique à rotation de mode. Ce moteur a été modélisé analytiquement et numériquement (FEM) par des schémas de Mason ou par des méthodes variationnelles. Des prototypes d'actionneurs diphasés et monophasés ont été réalisés et ont permis de valider les modèles développés. L'objectif suivant a été d'intégrer au sein de la structure du moteur à rotation de mode un dispositif permettant d'assurer le degré de liberté supplémentaire en translation. Le choix s'est porté ici sur un fonctionnement original de type inchworm permettant de découpler cette fonction du mouvement rotatif résonant. Un prototype a permis de valider ce principe de fonctionnement en translation
Conception préliminaire d'actionneurs électromécaniques - outils d'aide à la spécification et à la génération de procédures de dimensionnement pour l'optimisation by Aurelien Reysset( Book )

2 editions published in 2015 in French and held by 2 WorldCat member libraries worldwide

Cette thèse a pour objectif d'apporter un ensemble d'outils logiciels s'inscrivant dans une méthodologie globale de conception de systèmes mécatroniques. Elle arrive en complément de travaux déjà menés au sein du laboratoire sur le pré-dimensionnement d'actionneurs aéronautiques de nouvelle génération : les actionneurs électromécaniques (EMA). Cette technologie apporte de nouvelles problématiques qui forcent les ingénieurs à modifier leur processus de développement et ce dès la phase de spécification où des profils de mission devront être générés/transformés/analysés de manière à simplifier la conception et assurer leur validation. Une toolbox Simulink a donc été créée dans cette thèse pour répondre à ce besoin de transformation de l'information entre avionneur et systémier. Comme tout système embarqué, le concepteur fait face à des compromis entre performances, durée de vie et intégration, qui peuvent se résumer à un problème d'optimisation décrit par un ensemble d'équations et de contraintes. Un effort particulier de description a été mené sur le conditionnement de ces équations sous la forme d'un séquencement de calculs explicites adaptés aux algorithmes d'optimisation. La méthode et son implémentation logicielle, toutes deux basées sur la théorie des graphes, interagissent avec le concepteur de manière à l'informer des erreurs de singularité ou de bouclages algébriques apparaissant dans son problème et à lui fournir des pistes de résolution. Pour finir, des études de pré-dimensionnement d'actionneurs de train d'atterrissage et de surfaces de vol primaires (aileron et spoiler), réalisées dans le cadre de cette thèse, dresseront les possibilités offertes par cette approche innovante : conception intégrée avec une cinématique complexe, conception collaborative pluri-partenaires découplée, utilisation de surfaces de réponse pour accélérer l'optimisation
Génération de modèles analytiques pour la conception préliminaire de systèmes multi-physiques : application à la thermique des actionneurs et des systèmes électriques embarqués by Florian Sanchez( Book )

1 edition published in 2017 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

L'objectif de cette thèse est de fournir des méthodes et outils numériques dédiés à la conception préliminaire de systèmes multi-physiques, avec une attention particulière quant à l'évaluation des transferts thermiques mis en jeu dans les actionneurs et les systèmes électriques embarqués. Ce besoin émane de la recherche industrielle actuelle menant au développement de l'avion plus électrique ("More Electrical Aircraft " - MEA), qui met en œuvre de nouvelles technologies de systèmes embarqués où la gestion thermique de tels dispositifs est primordiale. Dans un premier temps, cette thèse propose une méthodologie basée sur l'analyse dimensionnelle et les modèles de substitution pour générer des modèles analytiques à partir de simulations éléments finis. De plus, une méthodologie de génération de plans d'expériences optimaux adaptée à l'utilisation du formalisme adimensionnel est également proposée. Dans un deuxième temps, deux approches numériques permettant de réduire le nombre de variables adimensionnelles d'un problème et d'étudier leur significativité physique sont proposées. La première approche utilise l'analyse de sensibilité d'une façon originale pour mettre en avant la significativité des nombres adimensionnels du problème considéré. La deuxième approche fait appel à des algorithmes d'optimisation pour réduire le nombre de variables adimensionnelles d'un problème. Enfin, les méthodes proposées ont été appliquées avec succès pour modéliser les composants d'un actionneur électromécanique d'aileron (moteur électrique de type brushless, carter mécanique), et d'un convertisseur de puissance électrique (condensateur, inductance, dissipateur) utilisé dans le contexte aéronautique
Exploring the design space for a hybrid-electric regional aircraft with multidisciplinary design optimisation methods by Jérôme Thauvin( )

1 edition published in 2018 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Envisagée à partir des 15 à 30 années à venir dans l'industrie aéronautique, la propulsion hybrideélectrique permet d'intégrer de nouvelles briques technologiques offrant des degrés de libertésupplémentaires pour améliorer les performances des aéronefs, limiter l'utilisation de ressourcesfossiles et réduire l'impact environnemental des avions. Aujourd'hui, la technologie hybrideélectrique est principalement appliquée aux transports terrestres, aux voitures, aux bus et auxtrains, mais aussi aux navires. La faisabilité pour le transport aérien doit encore être établie etl'amélioration des performances des aéronefs reste à démontrer. Cette thèse vise à évaluer lesgains énergétiques apportés par l'hybridation électrique d'un avion régional de 70 places. Toutd'abord, les opportunités d'économie d'énergie sont identifiées à partir de l'analyse desrendements propulsifs et aérodynamiques d'un avion bi-turbopropulsé conventionnel. Les gainspotentiels provenant de la variation de la taille des moteurs principaux et de nouvelles gestions depuissance par l'utilisation de batteries sont étudiés. De plus, les possibles améliorationsaérodynamiques émanant de nouveaux positionnements des hélices sont considérées. Pourchaque sujet, des analyses simplifiées fournissent une estimation d'économie d'énergie. Cesrésultats sont ensuite utilisés pour sélectionner quatre systèmes propulsifs électrifiés qui sontétudiés plus en détail dans la thèse: un hybride parallèle, un turboélectrique avec propulsiondistribuée, un turboélectrique partiel à hélices hypersustentatrices, et un tout-électrique.L'évaluation des avions hybrides électriques sélectionnés est d'autant plus difficile que ledimensionnement des différentes composants, les stratégies de gestion d'énergie et les profils demission que l'on peut imaginer sont nombreux et variés. En outre, le processus global deconception de l'avion et les outils d'évaluation doivent être adaptés en conséquence. L'outilinterne de conception par optimisation multidisciplinaire d'Airbus nommé XMDO, qui inclut laplupart des modifications requises, est finalement sélectionné et développé au cours de la thèse.Par exemple, de nouveaux modèles paramétriques de composants (voilure soufflée, moteurélectrique, turbine à gaz, hélice, etc...) sont créés, une formulation générique pour résoudrel'équilibre du système de propulsion est mise en place, et les modèles de simulation de décollageet d'atterrissage sont améliorés. Afin d'évaluer l'efficacité énergétique des avions hybridesélectriques, un avion de référence équipé d'un système propulsif conventionnel est d'abordoptimisé avec XMDO. Différents algorithmes d'optimisation sont testés, et la consistance de lanouvelle méthode de conception est vérifiée. Par la suite, les configurations hybrides électriquessont toutes optimisées selon les mêmes exigences de conception que l'avion de référence. Pourles composants électriques, deux niveaux de technologie sont définis selon la date d'entrée enservice de l'aéronef. Les résultats d'optimisation pour le turbo-électrique et le turbo-électriquepartiel sont utilisés pour mieux appréhender les gains aérodynamiques potentiels identifiés enpremière partie de thèse. Les optimisations pour l'hybride parallèle, comprenant différentsscénarios de recharge batterie, mettent en évidence les meilleures stratégies de gestion d'énergielorsque des batteries sont utilisées comme sources d'énergie secondaire. Tous les résultats sontfinalement comparés à la référence en termes de consommations de carburant et d'énergie, pourles deux niveaux de technologie électrique. La dernière partie de la thèse se concentre sur l'aviontout électrique. Elle vise à identifier l'énergie spécifique minimale requise pour les batteries enfonction de la distance maximale à parcourir. Une étude de sensibilité est également réalisée enfonction de la date d'entrée en service pour les autres composants électriques
Preliminary design of aerospace linear actuator housings( )

1 edition published in 2015 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

<Title><x>Abstract</x></title><sec><title>Purpose</title>- This paper aims to propose preliminary design models of actuator housing that enable various geometries to be compared without requiring detailed knowledge of the actuator components. Aerospace actuation systems are currently tending to become more electrical and fluid free. Methodologies and models already exist for designing the mechanical and electrical components, but the actuator housing design is still sketchy.</sec><sec><title>Design/methodology/approach</title>- The approach is dedicated to linear actuators, the most common in aerospace. With special attention paid to mechanical resistance to the vibratory environment, simplified geometries are proposed to facilitate the generation of an equivalent formal development. The vibratory environment imposes the sizing of the actuator housing. Depending on the expected level of details and to vibration boundary conditions, three levels of modeling have been realized.</sec><sec><title>Findings</title>- This paper shows that the vibrations induced by aircraft environment are not design drivers for conventional hydraulic actuators but can be an issue for new electromechanical actuators. The weight of the latter can be optimized through a judicious choice of the diameter of the housing.</sec><sec><title>Practical implications</title>- This approach is applied to a comparison of six standard designs of linear actuator geometries after validation of the consistency of the different models. Early conclusions can be drawn and may lead to design perspectives for the definition of actuator architecture and the optimization of the design.</sec><sec><title>Originality/value</title>- This paper has demonstrated the importance of the vibratory environment in the design of linear actuator housing, especially for electro-mechanical actuators with important strokes. Developed analytical models can be used for the overall design and optimization of these new aerospace actuators.</sec>
Conception intégrée optimale du système propulsif d'un avion régional hybride électrique by Matthieu Pettes-Duler( )

1 edition published in 2021 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

In 2019, transportation was the fastest growing sector, contributing to environmental degradation. Finding sustainable solutions that pollute less is a key element in solving this problem, particularly for the aviation sector, which accounts for around 2% of global CO2 emissions. With the advent of Covid-19, air traffic seems to have come to a fairly permanent halt, but this pandemic reinforces the need to move towards a "cleaner sky" and respect for the environment, which is the objective of the Clean Sky2 program (H2020 EU), the context in which the HASTECS project and our thesis are set. The main objective of HASTECS (Hybrid Aircraft Academic reSearch on Thermal and Electrical Components and Systems) is to couple thermal and electrical studies within the hybrid electric propulsion chain of a regional aircraft, by integrating the environmental constraints (in particular partial discharges) specific to the aviation sector. The aim is to identify the most promising technologies and breakthroughs and to develop the tools that will significantly increase the compactness and efficiency of the electrical processes within the hybrid propulsion chain. In our case, only series hybrid electric architecture was studied in this project, as it leads to a high dimensioning power maximizing the technological constraints on the chain. The technological targets set in HASTECS, considered under two horizons (2025 then 2035), are the following: Electric motor + cooling system Specific power : 5kW/kg - 10kW/kg Cruise efficiency : 96% - 98.5% Maximal design point efficiency : 94.5% - 97% Power electronics + cooling system Specific power : 15kW/kg - 25kW/kg Cruise efficiency : 98% - 99.5% Maximal design point efficiency : 96.5% - 99% In the framework of this project, our thesis aims at the design by optimization of the complete propulsion chain integrating in particular the models resulting from the technological developments of the major components (power electronics, wiring and distribution architecture, actuation) while considering, from a simplified energy management, the hybridization of a main (thermal) and auxiliary (electrical) source. A first objective of our thesis concerned the development of an environment model. Once these conditions are set, the system integration consists in building a suite of scale models whose granularity allows the global (systemic) evaluation of the energy yields and masses of each component up to the complete propulsion chain. The propulsion system is designed via an iterative process estimating, according to the design choices, the mass
Gestion des connaissances pour la conception collaborative et l'optimisation multi-physique de systèmes mécatroniques by Mehdi Mcharek( )

1 edition published in 2018 in English and held by 1 WorldCat member library worldwide

Mechatronic products are complex and multidisciplinary in nature. The requirements to design them are often contradictory and must be validated by the various disciplinary engineering (DE) teams. To address this complexity and reduce design time, disciplinary engineers need to collaborate dynamically, resolve interdisciplinary conflicts, and reuse knowledge from previous projects. In addition, they need to work seamlessly with the Systems Engineering (SE) team to have direct access to requirements and the Multidisciplinary Design Optimization (MDO) team for global validation. We propose to use Knowledge Management techniques to structure the knowledge generated during collaboration activities and harmonize the overall design cycle. Our primary contribution is a unification approach, elaborating how SE, DE, and MDO complement each-other and can be used in synergy for an integrated and continuous design cycle. Our methodology centralizes the product knowledge necessary for collaboration. It ensures traceability of the exchange between disciplinary engineers using graph theory. This formalized process knowledge facilitates MDO problem definition
Conception préliminaire des actionneurs électromagnétiques basée sur les modèles : lois d'estimations et règles de conception pour la transmission de puissance mécanique. by Fabien Hospital( )

1 edition published in 2012 in French and held by 1 WorldCat member library worldwide

In the continuity of work of research on embedded systems of mechanical transmission, this these has two objectives: to improve estimation models of Electromechanical Actuator (EMA) pieces and to extend the cross-cutting vision of preliminary design to the dynamic aspects. Indeed, in the preliminary design based on models, this research should allow to adapt the choice of architectures and technologies to static and dynamic performance to achieve. The models developed from the scaling laws will be extended and exploited to modelize elementary pieces of the EMA and to highlight rules of "good practices" in preliminary design. We focus in particular on the design of EMA in aeronautic field. In the first time, we developed estimations models and métamodèles of elementary components of EMA which was decomposed in housing and elementary pieces.In a second time, we established rules of good practices for actuator sizing in control position loop. Contrary to older researches, we take into account control synthesis to create these rules. From simulations models, we quantified the influence of technological defects of components (inertia and saturations, elasticity (backlash), friction) on EMA performances. Indeed, the usual command structures and the choice of the elements of control are intimately linked to the dynamic performance and these defects.Finally, to give test way to identify with accuracy a friction model in aeronautical conditions of temperature, a test bench of Harmonic Drive was create, integrated and implemented. It allows booting the validation of rules of good practices in preliminary design
 
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Multi-physics modeling of technological systems
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