Influence des garnitures de frein sur les sollicitations thermiques des disques TGV et conséquences sur les risques de fissuration

Influence of pad type on thermal localisations in TGV brake discs and consequences on cracking risks

• Auteur / Autrice : Paul Wicker
• Direction : Gérard Degallaix, Philippe Dufrénoy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 17/12/2009
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML)
• Jury : Président / Présidente : Luc Rémy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ky Dang Van, Andrei Constantinescu, Jean-Jacques Thomas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Henri-Paul Lieurade, Centin Morris Sonsino

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermographie

Matériaux -- Propriétés thermiques

Fatigue thermique

Propriétés thermomécaniques

Matériaux de frottement

Garnitures (mécanique)

Freins à disque

Trains à grande vitesse

Mots clés libres

Freinage

Disque

Garniture

Localisation thermique

Fatigue

Fissuration

Braking

Disc

Pad

Thermal localisation

Hot spotting

Fatigue

Cracking

Résumé

L’occurrence en service commercial de fissures macroscopiques dans certains disques de frein TGV a pu être reliée au type de garniture utilisé. L’objectif de cette thèse est de comprendre cette relation, d’identifier les paramètres d’influence et de proposer des voies d’amélioration pour la conception de garnitures à risque de fissuration réduit. Le comportement thermique de quatre couples disque-garnitures est d’abord analysé par le biais d’une campagne expérimentale de freinage originale. Elle met en évidence différents types de localisations thermiques et permet d’identifier des signatures thermiques caractéristiques des garnitures. Le lien entre localisations thermiques et risques de fissuration est ensuite établi à l’aide d’une modélisation thermomécanique. Des indicateurs tenant compte des caractéristiques spatiales et temporelles des localisations thermiques ainsi que des niveaux de température atteints sont proposés. Ils permettent de classer les garnitures testées dans un graphe de « criticité ». Enfin, une étude d’influence des caractéristiques mécaniques et thermiques des garnitures sur les localisations engendrées permet de dégager des préconisations et des voies d’amélioration pour la conception de nouvelles garnitures. La caractérisation expérimentale du comportement de deux nouvelles garnitures, l’une s’approchant le plus des préconisations faites, l’autre s’en éloignant fortement, montre la pertinence de l’approche développée et la validité des préconisations

The occurrence of macroscopic cracks in some TGV brake discs in commercial service has been linked to the pad type used. The objective of this thesis is to understand this relationship, to identify sensitive parameters and to propose guidelines to the design of pads reducing the risk of cracking.The thermal behavior of four disc-pad couples is first analyzed through an original experimental campaign of braking. It highlights various types of thermal localisations and enables to identify thermal signatures characteristic of the various pads. The relationship between thermal localisation and risk of cracking is then determined using thermomechanical modeling. Some indicators taking into account spatial and temporal characteristics of thermal localisations and temperature levels achieved are proposed. They enable to classify the tested pads in a graph of "criticity". Finally, a study of the influence of mechanical and thermal properties of pads on the thermal localisations occurrence enables to propose guidelines and improving ways for the design of new pads. An experimental characterization of the behavior of two new pads, one very close to the given recommendations, the other strongly away from them, shows the relevance of the approach and the validity of the present recommendations