Une nouvelle méthodologie pour identifier des modèles de frottement dans des conditions de contact sévères

Towards a new methodology to identify friction models under severe contact conditions

• Auteur / Autrice : Jian Cao
• Direction : Joël Rech, Cédric Courbon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 21/09/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Pedro José Arrazola Arriola
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joël Rech
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guenaël Germain, Yannick Desplanques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Frottement

Mots clés libres

Méthode des éléments finis

Température de contact

Coefficient de frottement

Contact sévère

Résistance thermique de contact

Finite element method

Contact temperature

Friction coefficient

Severe contact

Thermal contact resistance

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la compréhension et la modélisation des contacts tribologiques sévères. Les contacts tribologiques sévères sont observables dans des nombreuses applications telles que les procédés de fabrication, tels que les procédés d’usinage et de formage. Ils également présentent dans les applications de freinage pour les voitures et les avions, etc. Conditions tribologiques sévères, les pressions et températures de contact sont si élevées qu'au moins l'un des deux solides en contact est plastifié dans une certaine mesure, et une usure rapide et importante est observable en quelques minutes voire quelques secondes. Le modèle de friction considérant deux solides élastiques en contact et les tribomètres standard, tels que le pin-on-disc, ne sont plus applicables. L'étude scientifique de telles conditions nécessite de développer un montage expérimental spécifique et des simulations numériques correspondantes afin d'analyser des locaux complexes phénomènes tribologiques à l'interface tels que pression de contact locale, température locale, vitesse de glissement locale, etc. Cette thèse vise à améliorer de manière générale la simulation numérique d'un contact glissant dans des conditions de contact extrêmes et à proposer une méthodologie innovante pour mieux identifier les modèles de frottement. L'idée maîtresse est qu'une simulation robuste des conditions de contact locales est absolument nécessaire pour parvenir à une meilleure compréhension des phénomènes complexes se produisant dans de telles conditions spécifiques et pour identifier un modèle de frottement en fonction des paramètres tribologiques locaux

This PhD work deals with the understanding and the modelling of severe tribological contact. Severe tribological contact is observable in many applications such as manufacturing processes, such as cutting and forming processes. They are also present in braking applications for cars and aircraft, etc. In severe tribological conditions, contact pressures and temperatures are so high that, at least, one of the two solids in contact is plastified to a certain extent, and rapid and significant wear is observable within some minutes or even seconds. In this context, the standard friction model considering two elastic solids in contact and the standard tribometers, such as pin-on-disc, are no more applicable. The scientific investigation of such conditions requires to develop specific experimental set-up and corresponding numerical simulations so as to analyze complex local tribological phenomena at the interface such as local contact pressure, local temperature, local sliding velocity, etc.This thesis aims at generally improving the numerical simulation of a sliding contact under extreme contact conditions and proposing an innovative methodology to better identify friction models. The driving idea is that a robust simulation of the local contact conditions is definitely needed to reach a better understanding of the complex phenomena occurring under such specific conditions and to identify a friction model depending on local tribological parameters.