Sécurité
Fiabilité et optimisation des systèmes
Théorie et applications
Cours et exercices corrigés
Abdelkhalak El Hami
Bouchaïb Radi
ellipses
Avant-proposi
Table des matièresiii
1 Introduction à la sûreté de fonctionnement
1
1.1 Introduction1
1.2 Concepts généraux1
1.3 Taux de défaillance et de réparation4
1.4 Estimateurs moyens7
1.5 Quelques outils méthodologiques9
1.5.1 Méthode AMDEC9
1.5.2 Arbres de défaillances9
1.6 Exercices résolus10
2 Distributions de probabilité les plus utilisées en fiabilité
17
2.1 Variables aléatoires discrètes17
2.2 Variables aléatoires continues19
2.3 Combinaison de variables aléatoires continues et discrètes : Distributions Hypergéométrique et Hyperbinomiale28
2.4 Distribution des valeurs extrêmes29
2.4.1 Distributions asymptotiques30
2.4.2 Distribution de type I31
2.4.3 Distribution de type II31
2.4.4 Distribution de type III32
2.5 Exercices résolus33
3 Identification des lois de fiabilité
43
3.1 Introduction43
3.2 Transformation d'une famille de fonctions à deux paramètres en une famille de droites43
3.3 Échelle fonctionnelle et papiers fonctionnels44
3.4 Papier fonctionnel de Weibull45
3.5 Ajustement graphique d'une distribution observée à une distribution de Pareto48
3.6 Tests statistiques48
3.6.1 Test X248
3.6.2 Test de Kolmogorov-Smirnov49
3.7 Estimation des paramètres d'une distribution49
3.8 Estimation d'un intervalle de la moyenne et de la variance51
3.9 Exercices résolus52
4 Diagrammes et réseaux de fiabilité
67
4.1 Diagramme de fiabilité67
4.2 Arbre de défaillances70
4.3 Réseaux de fiabilité71
4.4 Exercices résolus74
5 Fiabilité des systèmes mécaniques
89
5.1 Introduction89
5.2 Position d'un problème de fiabilité des structures90
5.3 Modélisation d'un problème de fiabilité des structures90
5.4 Calcul de la probabilité de défaillance d'une structure91
5.5 Indice de fiabilité93
5.5.1 Indice de Rjanitzyne-Cornell93
5.5.2 Indice de Hasofer et Lind94
5.5.3 Méthode FORM95
5.5.4 Méthode SORM97
5.6 Présentation du problème Résistance-Sollicitation98
5.7 Fiabilité des systèmes en mécanique100
5.8 Méthode des éléments finis et fiabilité des structures102
5.8.1 Position et objectifs du problème102
5.8.2 Discrétisation et modélisation des champs aléatoires103
5.8.3 Couplage mécano-fiabiliste103
5.8.4 Couplage par surfaces de réponse104
5.9 Méthodes des éléments finis stochastiques105
5.10 Exercices résolus108
6 Les essais de fiabilité en mécanique
127
6.1 Introduction127
6.2 Les différentes phase des essais de fiabilité128
6.3 Principaux types d'essais de fiabilité129
6.3.1 Les essais aggravés129
6.3.2 Les essais d'estimation de la fiabilité130
6.3.3 Les essais de déverminage132
6.4 Méthode d'estimation de la fiabilité par les essais132
6.5 Estimation des lois de fiabilité par les essais accélérés133
6.6 Modèles et lois d'accélération133
6.7 Exercices résolus138
7 Introduction à l'optimisation des structures
141
7.1 Introduction141
7.2 Optimisation de forme142
7.3 Optimisation topologique142
7.3.1 Présentation des méthodes d'optimisation topologique144
7.4 Optimisation stochastique146
7.4.1 Les modèles de décision dans l'incertain147
7.4.2 Résolution numérique148
7.5 Optimisation robuste149
7.5.1 Modélisation des incertitudes150
7.5.2 Prise en compte de la robustesse dans la recherche d'un optimum151
7.5.3 Critères de robustesse152
7.6 Démarche systématique en optimisation des structures152
7.7 Exercices résolus155
8 Optimisation multi-objectif
163
8.1 Introduction163
8.1.1 Choix d'une méthode d'optimisation164
8.1.2 Classification des méthodes d'optimisation164
8.1.3 Algorithmes génétiques multi-objectif165
8.2 Optimisation multi-objectif robuste167
8.2.1 Critères de robustesse en optimisation multi-objectif167
8.3 Méthode d'intersection normale à la frontière167
8.3.1 Description de la méthode NBI169
8.4 Exercices résolus172
9 Introduction aux méthodes d'optimisation fiabiliste
181
9.1 Introduction181
9.2 Présentation de l'optimisation fiabiliste181
9.3 Les méthodes d'optimisation fiabiliste182
9.4 Approche RIA (Reliability Indicator Approach)183
9.5 Approche SLA (Single Loop Approach)183
9.6 Approche SORA (Sequential Optimization and Reliability Assessment)186
9.7 Exercices résolus186
10 Approche des facteurs optimaux de sûreté
205
10.1 Introduction205
10.2 Méthode classique205
10.3 Méthode hybride206
10.4 Méthode des facteurs optimaux de sûreté (OSF)208
10.5 Extension de la méthode OSF à des scénarios de défaillance multiples211
10.6 Exercices résolus215
Notion de probabilité
223
A Introduction223
B Evénements et probabilités223
C Probabilités conditionnelles et composées224
D Indépendance en probabilité225
E Événements incompatibles225
F Variables aléatoires discrètes225
G Les lois de probabilités discrètes les plus courantes227
H Variables aléatoires continues227
I Les lois de probabilités continues les plus courantes228
Notion de statistiques
229
J Introduction229
K Vocabulaire229
L Tableaux de données229
L.1 Distance du chi-deux230
M Représentations graphiques230
N Paramètres d'une série simple232
O Représentations et paramètres d'une série double et régression linéaire233
P Estimations235
P.1 Estimation d'une moyenne par intervalle de confiance235
Introduction à l'optimisation
237
Q Introduction237
R Optimisation sans contraintes237
S Méthodes de résolution238
T Cas quadratique240
U Optimisation avec contraintes241
Tables statistiques243
Liste des abréviations249
Bibliographie251