Integrating the concepts of optimization and reliability in the design of agricultural machines

Intégration des concepts d’optimisation et de fiabilité dans la conception des machines agricoles

Abd Al-Kareem Abo Al-Kheer (1)

1 LMR - Laboratoire de mécanique de Rouen

Agricultural machines should be designed to be optimal, reliable and have thecapacity to resist failure by fatigue. Although, the deterministic design approach does not guarantee these requirements, it is traditionally applied in the design of agricultural machines. This is due to the difficulties to model the stochastic nature of the forces acting on agricultural machines, especially the forces acting on tillage machines which work in irregular environment and under varying conditions. Therefore, the main objective of this dissertation is to develop a general framework for the design of agricultural machines by integrating the optimization, the reliability and the fatigue tools. We aim to provide an alternative to the traditional deterministic design one. First, this dissertation proposes methods and models for modeling the variability in tillage forces considering both thevariability in tillage system parameters and the soil failure. Second, based on the available methods in reliability-based design optimization and fatigue analysis approaches, itproposes methodologies for the design of agricultural machines. Throughout the dissertation, the developed approaches are applied to the design of the shack of a chisel plough.

Les machines agricoles doivent être conçues pour être optimales, fiables et résistantes à la rupture par fatigue. L’approche déterministe de la conception ne garantit pas ces exigences, elle est néanmoins traditionnellement appliquée pour la conception de machines agricoles. Cela est dû à la difficulté de modéliser la nature stochastique des forces agissant sur les machines agricoles, en particulier les machines de labour, car elles fonctionnent dans un environnement irrégulier et dans des conditions de fonctionnement variables. Le principal objectif de cette thèse est de développer un cadre général pour la conception de machines agricoles, en intégrant les outils d'optimisation, de fiabilité et de fatigue. En cela, nous visons à proposer une alternative à l'approche déterministe. Tout d'abord, cette thèse propose des méthodes et des modèles pour modéliser la variabilité des forces durant le labour en prenant en compte à la fois la variabilité des paramètres du système de labour et de rupture du sol. Deuxièmement, sur la base des méthodes d’optimisation fiabiliste et d’analyse de la fatigue, nous proposons des méthodologies pour la conception de machines agricoles. Tout au long de la thèse, les approches développées sont appliquées à la conception de la dent d'un chisel.

Mots clés: Variability; Tillage system parameters; Soil failure; Tillage forces; Tillage machines; Reliability; Optimization; Fatigue analysis

Mots clés: Variabilité; Paramètres du système de labour; Rupture du sol; Forces de labour; Machines de labour; Fiabilité; Optimisation; Analyse de la fatigue

Domaines: Autre [cond-mat.other]

Abd Al-Kareem Abo Al-Kheer. Integrating the concepts of optimization and reliability in the design of agricultural machines. Other [cond-mat.other]. INSA de Rouen, 2010. English. ⟨NNT : 2010ISAM0024⟩. ⟨tel-00563690⟩