Analyse multiéchelle des mécanismes de fretting des matériaux métalliques, développement d'une approche expérimentale et numérique pour l'estimation de la durée de vie

Multiscale analysis of the fretting mechanisms of metallic materials, development of an experimental and numerical approach for fatigue life prediction

• Auteur / Autrice : Roderick Jacques
• Direction : Salima Bouvier, Abdejalil Jourani
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique et matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/06/2022
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mécanique, énergie et électricité

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Microstructure

Caractérisation

Fretting

Characterization

Microstructure

Fretting

Modelling

Résumé

Le fretting est un mode d'usure causé par un frottement à faible amplitude, qui dégage des particules fines, pouvant être oxydées, d'où le terme de « fretting corrosion ». Les concentrations de contraintes dues à l'usure, et les contraintes cycliques générées par ce frottement à faible amplitude favorisent l'amorçage des fissures entrainant des mécanismes de dégradation par « fretting fatigue ». Le risque de fretting est particulièrement grand pour des composants exposés aux vibrations et aux contraintes cycliques. Industriellement, les problèmes tribologiques de pièces mécaniques en mouvement sont complexes de par leur nature multifactoriel. De ce fait, les mécanismes sous-jacents sont complexes à appréhender, du fait d'une méconnaissance des champs mécaniques locaux et des réactions physico-chimiques locales des matériaux en contact et des débris. Des travaux de recherche dans ce contexte sont requis pour répondre aux nombreuses questions qui se posent encore. Ce manque de compréhension est la raison principale d'absence de données fiables sur la tenue au fretting des matériaux métalliques et les difficultés d'optimiser voire de développer des traitements de surfaces à vocation anti-fretting. Les travaux de la présente thèse visent à apporter des progrès significatifs dans la compréhension des mécanismes de fretting et la maîtrise des essais afin d'augmenter la fiabilité des diagnostics dans l'analyses d'avarie, mais également d'optimiser le choix de matériaux et des traitements actuellement utilisés. La finalité est de développer des approches numériques permettant à termes d'estimer la durée de vie des composants mécaniques.

Fretting is a mode of wear caused by low amplitude friction, which releases fine particles, which can be oxidized, hence the term 'fretting corrosion'. The stress concentrations due to wear, and the cyclic stresses generated by this low amplitude friction promote the initiation of cracks leading to degradation mechanisms by “fretting fatigue”. The risk of fretting is particularly great for components exposed to vibrations and cyclic stresses. Industrially, tribological problems of moving mechanical parts are complex due to their multifactorial nature. As a result, the underlying mechanisms are complex to understand, due to a lack of knowledge of the local mechanical fields and the local physico-chemical reactions of the materials in contact and the debris. Research in this context is needed to answer the many questions that still arise. This lack of understanding is the main reason for the absence of reliable data on the fretting resistance of metallic materials and the difficulties of optimizing or even developing anti-fretting surface treatments. The work of this thesis aims to make significant progress in the understanding of fretting mechanisms and the control of tests in order to increase the reliability of diagnoses in damage analysis, but also to optimize the choice of materials and currently used treatments. The purpose is to develop numerical approaches allowing in the long term to estimate the lifespan of mechanical components.