Instabilités vibratoires dans un contact frottant en présence d'hétérogénéités de matériau et de surface

Vibratory instabilities in a sliding contact in the presence of material and surface heterogeneities

• Auteur / Autrice : Kevin Bonnay
• Direction : Philippe Dufrénoy, Géry de Saxcé, Vincent Magnier, Jean-François Brunel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 10/12/2013
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Milieux hétérogènes (physique)

Freins à disque

Analyse modale (ingénierie)

Frottement interne

Mécanique du contact

Mots clés libres

Non-planéité

Résumé

Les contacts frottants sont réputés particulièrement complexes à appréhender en raison des nombreux phénomènes physiques étroitement couplés (mécanique, dynamique, thermique, …), intervenant à différentes échelles (du 3ème corps d’interface à l’échelle du système). L’objectif de ce travail est de franchir un cap dans l’identification des conditions d’occurrence des instabilités de contact, qu’elles soient dynamiques ou thermiques, en introduisant une modélisation du contact frottant permettant de considérer les hétérogénéités de surface. Dans cette thèse, différentes échelles d’hétérogénéités sont prises en compte allant de la structure jusqu’à celle des plateaux de contact. L'ondulation de disque ainsi que l’hétérogénéité lié à la composition des matériaux de friction sont aussi prises en compte dans des études spécifiques. La stratégie optée exploite un modèle élément fini et un modèle semi-analytique « simplifié » permettant de réaliser des études transitoires et des analyses modales complexes d’un système pion-disque simplifié CRISMAT, développé au laboratoire pour les études de crissement. La méthode des maillages incompatibles a été utilisée pour l’aspect multi-échelles de l’étude. Ce travail a permis de proposer une hiérarchie de criticité des différentes hétérogénéités sur les aspects dynamiques notamment. En effet, l’échelle d’influence sur le comportement vibratoire est finalement liée aux différentes longueurs caractéristiques des hétérogénéités. Ceci étant fortement lié à la distribution de pression obtenue à l’interface de contact. Ce travail semble mettre en évidence une échelle critique en dessous de laquelle les hétérogénéités ont très peu d’influence.

Sliding contact is known to be specially complex to understand because of many phenomenon deeply coupled (mechanic, dynamic, thermal, …) occuring at different scales (from the system scale to the third body layer). The aim of this work is to take a new step into the identification of occurrence conditions on contact instabilities (dynamic or thermal) by introducing a sliding contact model permitting to consider surface heterogneneities. In this thesis, differents scales of heterogeneities are considered and goes from the system to the contact plateau scale. The disc ondulation and the heterogeneity due to friction material composition are taken into account in specific studies. The chosen strategy uses a finite element model and a simplified analytical model. These models permit to realise transiant and complex modal analysis of the simplified pin-on-disc system called CRISMAT and developed in the lab for researches linked to squeal noise. An incompatible mesh method is used for multi-scales aspects. This work suggests a hierarchy of differents heterogeneities scales based on dynamic behavior. Indeed, the impact scale on dynamic behavior is link to different characteristic length of heterogeneities. This is strongly linked to contact pressure on the contact layer and seems to show a critical scale under which heterogeneities have a slight impact.