Thèse soutenue

Sur le contact roulant entre corps multi-couches, application au contact pneu-chaussée

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Auteur / Autrice : Efoé Rodrigue Wallace
Direction : Daniel Nélias
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie mécanique
Date : Soutenance le 04/03/2022
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
Equipe de recherche : MULTIMAP - Mécanique multiphysique pour les matériaux et les procédés
Jury : Président / Présidente : David Hills
Examinateurs / Examinatrices : Daniel Nélias, David Hills, Giuseppe Carbone, Antoine Chateauminois, Thibaut Chaise, Anne Millien
Rapporteurs / Rapporteuses : Giuseppe Carbone, Antoine Chateauminois

Résumé

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Cette thèse a été consacrée au développement d’un outil numérique de dimensionnement des chaussées. En effet, la récurrence des dégradations observées à la surface des chaussées, pousse la recherche scientifique à s’intéresser à leur compréhension. Le but est donc de mieux cerner l’origine de ces dégradations, mieux les prédire afin de mieux les maîtriser dans le processus de dimensionnement des chaussées. C’est dans cette optique que s’inscrit la présente étude. Pour ce faire, une étude numérique est réalisée. Elle est basée sur une modélisation semi-analytique du contact. La méthode couple des solutions analytiques et des méthodes d’accélération numériques telles que la méthode du gradient conjugué (CGM) et les algorithmes de transformée de Fourier rapide (FFT). Pour atteindre une modélisation plus réaliste du contact pneu-chaussée, trois principaux aspects sont modélisés dans ce travail. Dans un premier temps, il est important de prendre en compte l’aspect multicouches de la structure de la chaussée. On utilise les coefficients de Papkovich-Neuber qui donnent des formes pour les contraintes et déplacements élastiques. En faisant une transformée de Fourier de ces dernières et en résolvant les conditions aux limites, on obtient les coefficients d’influence d’un espace semi-infini multi-couches avec un nombre quelconque de couches. Deuxièmement, la viscoélasticité est intégrée. Il s’agit de mettre en exergue le comportement viscoélastique des chaussées dû principalement à l’utilisation significative de l’asphalte dans la composition des matériaux. Afin d’intégrer ce comportement viscoélastique, une méthode de correspondance Elastique/Viscoélastique est proposée. Cette méthode impose de recalculer les coefficients d’influence à chaque pas de temps, occasionnant ainsi une augmentation des temps de calcul. Toutefois, les simulations restent très rapides par comparaison avec la méthode des Eléments Finis. Troisièmement, le contact roulant est modélisé avec la prise en compte des effets tangentiels et du coefficient de frottement statique. Le but est de pouvoir analyser les régimes transitoires (accélération, freinage, virage, etc.) pendant le roulement. Pour ce faire, il faut prendre en compte non seulement l’effort normal appliqué au contact, mais aussi le frottement à l’interface et les efforts tangentiels et éventuellement un moment de torsion. Les différents aspects de la modélisation sont validés avec des modèles de la littérature. De plus, différentes études paramétriques permettent de mieux saisir les aspects sus cités. L’application du modèle au contact pneu-chaussée a permis de montrer que dans les cas transitoires tels que l’accélération, le freinage, le virage, le dérapage, les effets tangentiels entrainent un accroissement significatif des contraintes dans la structure chaussée, surtout près de la surface.