Caractérisation expérimentale du contact frottant disque garniture sous sollicitations sévères de freinage : Prise en compte des interactions tribologie, thermique et physico-chimie

Experimental study of the pad on disc rubbing contact under severe braking loadings : Taking account of interactions between tribology, heat science and physical chemistry

• Auteur / Autrice : Anne-Lise Cristol
• Direction : Gérard Degallaix, Yannick Desplanques
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Ecole Centrale de Lille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfaces (technologie)

Thermographie

Détérioration

Composites polymères

Mécanique du contact

Frottement

Effets de la chaleur

Freins à disque

Autorails

Tribologie (technologie)

Résumé

Cette thèse traite de l’étude du comportement du contact disque-garniture sous sollicitations sévères de freinage rencontrées lors de freinages d’arrêt d’urgence ou de successions de freinages rapprochés avec cumul de chaleur. L’approche adoptée est multiphysique par la prise en compte des interactions entre tribologie, thermique et physicochimie, et l’étude est présentée en 4 parties. La première présente la caractérisation des matériaux étudiés (un matériau composite à matrice organique et une fonte GL) et les moyens expérimentaux utilisés. La seconde concerne la dégradation du matériau composite avec la température et l’influence de cette dégradation sur le comportement tribologique du couple de matériaux et les mécanismes physiques de frottement activés au contact. La troisième présente l’étude du comportement en freinage du contact disque-garniture sous les deux types de sollicitations sévères. Les évolutions du coefficient de frottement sont corrélées aux phénomènes de localisation thermique de surface observés par thermographie infrarouge et aux mécanismes physiques identifiés à partir d'observations et d'analyses des surfaces après freinage. La quatrième est dédiée à l’étude de l'évolution des mécanismes physiques de frottement activés pendant un freinage d’arrêt isolé à haute énergie et de leur interaction avec les phénomènes thermiques locaux et transitoires observés en surface. Des observations et des analyses de surfaces sont menées après des freinages interrompus avant l'arrêt à des instants typiques du freinage. Des observations in-situ de la piste de frottement du disque en vidéo rapide permettent d'appuyer les résultats déduits des observations post-mortem

This study deals with the behaviour of a pad on disc rubbing contact under severe braking loadings. Those conditions are observed in railway application during an emergency stop braking or a succession of stop brakings with heat accumulation. The chosen multiphysical approach takes account of the interactions between tribology, heat science and physical chemistry. The work is presented in 4 parts. The first presents the characterization of the studied materials (an organic matrix composite and a grey cast iron) and the experimental devices used. The second deals with the degradation of the organic matrix composite with temperature and its influence on the tribological behaviour of the studied materials as well as on the physical mechanisms activated in the contact. The third concerns the behaviour of the pad on disc rubbing contact under the two types of severe braking loadings. The evolutions of the friction coefficient are correlated with the thermal localisation observed with an infrared camera and with the physical mechanisms identified by friction surfaces observations and analysis performed after the braking. The fourth sets out the study of the evolution of the friction physical mechanisms activated during the high-energy stop braking and their interactions with the local and transient thermal phenomena observed at the surface. Friction surfaces are observed and analysed after interrupted stop brakings performed before stop at typical steps of the braking. In-situ observations of the friction disc track are also performed using a video camera to corroborate the results obtained by post-mortem observations.