Modélisation, caractérisation et conséquences des régimes d’écoulement de troisième corps : Application au fretting dans la perspective d’une approche multi-échelle prédictive

Modeling, characterization and consequences of third body flow regimes : Application to fretting from the perspective of a predictive multi-scale approach

• Auteur / Autrice : Olivier Bouillanne
• Direction : Aurélien Saulot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 08/07/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : TMI - Tribologie et Mécanique des Interfaces
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Lebon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurélien Saulot, Frédéric Lebon, Vincent Magnier, Mathieu Renouf, Axelle Amon, Roberto Martins De souza
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vincent Magnier, Mathieu Renouf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Corrosion de contact

Tribologie (technologie)

Mécanique du contact

Mots clés libres

Mécanique des contacts

Contact sec

Fretting

Usure

Dem

Régime d'écoulement

Troisième corps

Tribologie

Matériau granulaire

Modélisation numérique

Contact mechanics

Dry contact

Fretting

Wear

Discrete element method

Flow regimes

Third body

Tribology

Granular material

Numerical modelling

Résumé

Dans certains contacts secs, comme dans le cas du fretting, le mouvement relatif entre les deux corps génère des débris d’usure. Ces débris, mélangés à des particules extérieures, forment le troisième corps. Ce troisième corps joue plusieurs rôles, et permet notamment de transmettre les charges tout en accommodant les vitesses. La compréhension de l’influence des écoulements de troisième corps au sein du contact forme l’enjeu de cette thèse. Plusieurs axes d’études sont examinés. Des simulations numériques sont menées à l’aide de MELODY2D. Ce logiciel permet de représenter le troisième corps comme un ensemble de particules déformables. En fonction des propriétés de ces particules, le troisième corps adopte des comportements différents : plastiques, granulaire ou aggloméré. Ces régimes d’écoulement génèrent des contraintes, puis des endommagements susceptibles de causer de l’usure. D’autres paramètres ont des conséquences sur cette usure : l’épaisseur de troisième corps et le sens de glissement. Pour analyser ces résultats numériques, un outil mathématique est développé : la cohérence. Il permet de quantifier le phénomène d’agglomération. La caractérisation du troisième corps issu d’essais expérimentaux fait l’objet d’un banc expérimental, conçu à cette occasion. Couplé à des simulations numériques, il pourrait permettre de déterminer expérimentalement les régimes d’écoulement de troisième corps qui se trouvent dans les contacts. Ces résultats ouvrent la voie vers une prise en compte du comportement et des régimes d’écoulement du troisième corps dans l’interface, et permettent d’envisager un modèle multi-échelle de l’usure.

In some dry contacts, such as in fretting, the relative motion between the two bodies generates particles of wear debris. These debris particles, mixed with external particles, form the third body. This third body plays several roles, and in particular allows transmitting the loads while accommodating velocity. The understanding of the influence of the third body flows within the contact is the issue of this thesis. Several lines of study are examined. Numerical simulations are conducted using the MELODY2D software which allows representing the third body as a set of deformable particles. Depending on the properties of these particles, the third body adopts different behaviours: plastic, granular or agglomerated. These flow regimes generate stresses, and damage that can cause wear. Other parameters have consequences on this wear: the thickness of the third body and the sliding direction. To analyse these numerical results, a mathematical tool is developed : the coherence. It allows to quantify the agglomeration phenomenon. The characterisation of the third body resulting from experimental tests is the subject of an experimental bench, designed on this occasion. Coupled with numerical simulations, it could allow determining the flow regimes of the third body in the contacts experimentally. These results open the way towards a consideration of the behaviour and flow regimes of the third body in the interface, and allow to consider a multiscale model of wear.