Film thickness build-up in highly loaded lubricated contacts under Zero Entrainment Velocity condition

par Bilel Meziane

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Nicolas Fillot.

Soutenue le 06-02-2020

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (MEGA) (Villeurbanne) , en partenariat avec Institut national des sciences appliquées de Lyon (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) , LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures, UMR 5259 (Lyon, INSA) (laboratoire) , Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS (laboratoire) et de Tribologie et Mécanique des Interfaces (équipe de recherche) .

Le président du jury était Juliette Cayer-Barrioz.

Le jury était composé de Nicolas Fillot, Juliette Cayer-Barrioz, Noël Brunetière, Wolfgang Seemann, Guillermo Morales-Espejel, Jonathan Raisin.

Les rapporteurs étaient Noël Brunetière, Wolfgang Seemann.

  • Titre traduit

    Génération d’épaisseurs de films dans les contacts lubrifiés hautement chargés soumis à une condition de Vitesse d’Entrainement Nulle


  • Résumé

    Les contacts lubrifiés sous forte charge sont souvent étudiés dans des conditions de roulement/glissement. Dans ces cas, l’entrainement du lubrifiant dans un coin d’huile explique la présence d’un film séparateur. Cependant, il existe un certain nombre d’applications dans lesquelles les surfaces en contact ont des vitesses égales et opposées. Cela correspond à une vitesse d’entrainement (définie comme la moyenne des vitesses des deux surfaces) nulle. Dans ce cas, les modèles prédictifs de la littérature ne peuvent plus s’appliquer. Dans ce mémoire de thèse, les phénomènes physiques conduisant à une génération de film séparateur à vitesse d’entrainement nulle sont étudiés. Un modèle éléments finis prenant en compte les aspects thermiques et transitoires est mis en œuvre pour mesurer les quantités locales. En régime stationnaire, les résultats numériques sont comparés avec un très bon accord à un jeu de données issu d’une campagne d’expérimentations dédiée. Cette approche duale permet de quantifier l’influence de la charge, de la vitesse des surfaces et de la température externe sur l’épaisseur de film à vitesse d’entrainement nulle. Les contacts sont ensuite étudiés sous une charge variable, ce qui montre l’influence relative des phénomènes thermiques et transitoires pouvant générer une épaisseur de film. En fonction du ratio entre le temps caractéristique de chargement et le temps caractéristique d’échauffement, ces effets peuvent montrer une synergie bénéfique pour le contact.


  • Résumé

    Highly loaded lubricated contacts are often studied in rolling/sliding conditions. In those cases, the entrainment of lubricant in a so-called “oil wedge” explains the existence of a separating film thickness. However, in a number of industrial applications, the contact is subjected to opposite surface velocities. In such cases, there is a Zero Entrainment Velocity (defined as the average velocity of the two surfaces) of the fluid. The film thickness prediction formulae developed in the literature for rolling contacts are unusable. In this thesis, the physical phenomena leading to a film build-up under Zero Entrainment Velocity condition are elucidated. A finite element model is used in order to facilitate in-situ measurements. It aims to describe the behaviour of the contact in thermal and transient conditions. In the stationary regime, the numerical values are compared with a very good agreement to a set of results obtained via a tailored experimental campaign. This dual approach enables a quantitative description of the influence of the contact load, surface velocities and external temperature on the film thickness under ZEV condition. Then, the relative influence of the thermal and squeeze effects is studied. Depending on the ratio between the characteristic loading time and the characteristic thermal time, these two effects can show a beneficial synergy for the contact.


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Informations

  • Sous le titre : Film thickness build-up in highly loaded lubricated contacts under Zero Entrainment Velocity condition
  • Détails : 1 vol. (139 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.119-127
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