Étude expérimentale et numérique du comportement des joints à lèvre

Experimental and numerical study of the rotary lip seals behavior

• Auteur / Autrice : M’hammed El Gadari
• Direction : Mohamed Hajjam, Mohamed Belhaq, Aurelian Fatu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, productique, transport
• Date : Soutenance le 04/12/2013
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Université Hassan II (Casablanca, Maroc)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Faouzi Lahna
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Hajjam, Mohamed Belhaq, Aurelian Fatu, Didier Fribourg, Hicham Fassi-Fihri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benyebka Bou-Saïd, Abdelhak Fahsi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cavitation

Rugosité

Lubrification élastohydrodynamique

Joints d'étanchéité

Mots clés libres

Joint à lèvre

Élastohydrodynamique

Matrices de compliance

Rugosité

Débit de fuite

Couple de frottement

Viscoélastohydrodynamique

Vibration non linéaire

Rotary lip seal

Elastohydrodynamic

Compliance matrice

Roughness

Leakage

Friction torque

Viscoelastohydrodynamic

Nonlinear vibration

Résumé

Cela fait environ soixante ans que l'on s'intéresse à la compréhension et à la modélisation du comportement Elastohydrodynamique (EHD) des joints à lèvres. Cependant, on peut considérer que, jusqu'à présent, leur modélisation n'a pas été totalement et rigoureusement traitée. En effet, même si de nombreuses études ont été consacrées à cette modélisation, plusieurs questions ont été soulevées et font toujours l'objet de controverses entre les chercheurs, à savoir l'impact sur les performances des joints à lèvre de l'effet des surfaces texturées de l'arbre, de la loi adoptée pour le comportement mécanique des joints à lèvre, de la démarche utilisée pour l'élaboration de la matrice de compliance (matrice de souplesse), de l'importance de supposer l'arbre lisse ou rugueux, ainsi que la valeur du rapport entre la largeur du contact et la longueur d'onde du défaut suivant la direction circonférentielle de la lèvre.Dans cette thèse, nous avons tenté d'apporter de façon rigoureuse des réponses claires et précises à toutes ces questions en élaborant et en validant un outil de simulation EHD complet pour les joints à lèvre qui tienne compte de presque tous les paramètres, à savoir une loi de comportement du matériau du joint précise, une matrice de souplesse rigoureusement validée et un arbre qui peut être lisse, rugueux et/ou texturé. De plus, un second modèle analytique est proposé. Il traite le comportement vibratoire du "squeeze film", en tenant compte de la non linéarité des caractéristiques intrinsèques du joint et du film.

It's about sixty years that we are interested in understanding and modeling the Elastohydrodynamic behavior (EHD) of rotary lip seals. However, we can consider that, until now, their modeling has not been accurately treated. Even though many studies have been devoted to this model, several questions have been raised and are still the subject of controversy among researchers, namely the parameters influencing on the rotary lip seals performance, such as: the shaft surface textured, the law adopted for the mechanical behavior of lip seals, the approach used to develop the matrix of compliance, the importance of assuming the smooth or rough shaft, and finally the ratio between the width of contact and the wavelength according the circumferential direction of the lip roughness.The main goal of this thesis is to answer rigorously these questions by developing and validating a numerical tool for EHD rotary lip seals modeling, that takes into account: the lip law behavior, the compliance matrix rigorously validated by assuming smooth shaft case, or rough and textured shaft case. In addition, an analytical approach is proposed, models the vibratory behavior of the "squeeze film". This implies a nonlinear comportment that is taken into account.