Phénomène de microreptation des assemblages mécaniques

par Nicolas Antoni

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Joseph Pastor.

Soutenue en 2005

à Chambéry .

mots clés

• Assemblages (technologie)
• Frottement

Résumé

La microreptation fait partie des phénomènes que l'on doit prendre en compte lorsque l'on s'intéresse à la tenue mécanique d'un assemblage soumis à des cycles de chargement thermique ou mécanique. L'accumulation de déplacements relatifs infinitésimaux à l'interface de contact, dans une direction privilégiée, caractérise cinématiquement ce phénomène et rappelle celui de Rochet en Elastoplasticité. En pratique, il est à l'origine de défaillances d'assemblages de moteurs alternatifs à combustion interne et de boîtes de vitesses du secteur automobile, en générant globalement des déplacements relatifs significatifs des composants. Après examen des cas réels et positionnement du champ d'étude, des propriétés relatives à la nature générale de l'accumulation, notamment dans le cas d'effets de translation, sont établies puis illustrées sur un exemple de référence. On s'intéresse ensuite au comportement de modèles d'assemblage plus réalistes en présence d'une dissymétrie qui peut être d'origine sthénique, géométrique ou matérielle à l'interface de contact. En particulier la dissymétrie de frottement a fait l'objet d'un examen à la fois théorique, expérimental et numérique, compte tenu de son caractère non standard. L'existence d'une dissymétrie au sein de l'assemblage apparaît bien comme une condition nécessaire d'occurrence du phénomène. En revanche, cette condition n'est pas suffisante, et les caractéristiques supplémentaires à mettre en jeu pour le reproduire -telles les conditions initiales de contact, de frottement ou de sollicitation -sont identifiées et systématiquement analysées. Un coussinet serré dans un logement de tête de bielle constitue un assemblage fréquemment soumis à des effets de rotation. Sur la base d'une analyse approfondie de la situation, un critère prédictif de non occurrence du phénomène, dont l'utilisation repose sur la construction d'abaques et en particulier sur un essai simple à mettre en œuvre, est proposé au concepteur de bielle.

Titre traduit

Cumulative microslip in mechanical assemblies

Résumé

Cumulative microslip is among the phenomena that have to be taken into account when one deals with the mechanical aspect of an assembly subjected to thermal or mechanical cyclic loading. The accumulation of relative infinitesimal slip in a preferred direction at the contact interface kinematically characterizes this phenomenon and recalls the Ratchetting effects in elasto- plasticity. Ln reality, it leads to significant global displacements of components relatively from each other. Consequently, it is accountable for the failure of some assembly parts of InternaI Combustion Engines and transmissions in the automotive industry. After examining real case situations and positioning our area of study, some properties related to the general attributes of the accumulation, particularly in the case of translation effects, have been established and illustrated with a reference example. Next we investigate the behaviour of some more realistic models in the presence of a dissymmetry which may be just as well of loading type, as geometric or tribological sort. Ln particular one has bought a highly special attention to the one of friction, from theoretical, experimental and numerical points of view, due to its non-classical nature. The existence of a dissymmetry in an assembly represents definitely a necessary condition for the phenomenon to occur. However this is not a sufficient condition and the additional characteristics required to reproduce it, such as initial contact, friction and loading conditions have been identified and systematically analyzed. Rotation effects have been found fairly often for the connecting rod big end associated with its bearing. From a physical analysis of the situation, a predictive criterion, based on the construction of charts and particularly on a straightforward experimental test, bas been proposed to the connecting rod designer.