This thesis reports on the design, analysis and optimization of an accelerometer. This accelerometer is designed as a monolithic structure along the concept of compliant mechanisms. An elastodynamic analysis is performed on the compliant mechanism to asses the performance of the inertial sensor.

This thesis proposes an innovative compliant hinge intended to stiffen the structure of compliant mechanisms. In addition, a procedure for the optimum design of this new hinge is discussed. The structural optimization problem is approached by coupling a finite element model to an optimization algorithm. A procedure is developed to generate the mesh at each optimization step according to the values of the design parameters provided by the optimization algorithm. The objective function to minimize is the stress concentration in a hinge loaded under bending.

The last chapter focuses on the multi-objective optimization of the compliantmechanism accelerometer. The Pareto method is used to optimally design the accelerometer. The purpose is to maximize the sensitivity of the accelerometer in its sensing direction, while minimizing its sensitivity in all other directions. The a posteriori multi-objective optimization is formulated. By using the normalized normal constrained method (NNCM), an even distribution of the Pareto frontier is found. The work also provides several optimum solutions of the Pareto plot as well as the CAD model of the selected solution.

Une large gamme d’accéléromètres est offerte sur le marché. Cependant, la plupart des architectures de capteurs inertiels offerts par l’industrie sont constituées d’une masse suspendue par une poutre encastrée. Avec les années, les chercheurs ont mis au point des architectures parallèles offrant une bien meilleure rigidité qu’une simple poutre encastrée. Les accéléromètres à architecture parallèle offrent également de bien meilleures rigidités.

Cette thèse porte sur la conception, l’analyse et l’optimisation d’un accéléromètre à architecture parallèle. Tout d’abord, l’accéléromètre est réalisé comme structure monolithique dans le cadre des mécanismes flexibles. Par la suite, une analyse elastodynamique est effectuée sur le mécanisme flexible afin de d’évaluer les performances du capteur inertiel.

Cette thèse propose également une nouvelle articulation flexible visant à améliorer la structure des mécanismes flexibles. Une procédure optimisant le profil de cette nouvelle articulation flexible est également proposée. Le problème d’optimisation structurelle est abordé en établissant une boucle entre un modèle par éléments finis et un algorithme d’optimisation. Une procédure a été développée afin de générer le maillage à chaque étape d’optimisation en fonction des valeurs des paramètres de conception fournis par l’algorithme d’optimisation. La fonction cible à minimiser est définie comme la concentration de contrainte générée dans l’articulation flexible sollicitée en flexion.

Le dernier chapitre de la thèse met l’accent sur l’optimisation multi-objectif du mécanisme flexible de l’accéléromètre. La méthode est utilisée afin d’obtenir la configuration optimale de l’accéléromètre. Le but est de maximiser la sensibilité de l’accéléromètre dans la direction de l’axe sensible, tout en réduisant la sensibilité dans toutes les autres directions. Une formulation de l’optimization a posteriori des objectifs est présentée. En utilisant la méthode normalisée contrainte (NNCM), une répartition uniforme de la frontière de Pareto est produite. Les solutions optimales de Pareto sont présentées dans un graphique, ainsi que le modèle CAO de la solution sélectionnée.