Modélisation de la lubrification mixte et du comportement thermique des garnitures mécaniques PDF Download
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Author: André Parfait Nyemeck Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 205
Book Description
Les garnitures mécaniques sont des composants utilisés pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées principalement de deux anneaux plans (le rotor et le stator), dont l'interface, qui constitue la barrière d'étanchéité, est lubrifiée par un film fluide. Le fonctionnement optimal est obtenu en minimisant à la fois la fuite et l'usure. Cela correspond à une épaisseur de film de l'ordre du micromètre, et à un régime de lubrification mixte. L'étude bibliographique présentant l'état de l'art a permis de justifier l'utilisation d'une approche multi-échelles pour traiter le problème de lubrification mixte. Une autre partie de cette bibliographie a permis d'identifier les modèles thermiques à mettre en œuvre. Le modèle multi-échelles développé pour l'étude de la lubrification mixte des garnitures mécaniques est ensuite présenté. Ce dernier utilise les surfaces numériquement générées et consiste à décomposer le domaine d'étude en plusieurs sous-domaines. L'équation de Reynolds prenant en compte la cavitation dans le fluide est résolue par la méthode des volumes finis à l'échelle micrométrique dans les sous-domaines de même que le contact normal hertzien des aspérités. Une échelle macroscopique est introduite pour connecter les conditions aux limites aux bornes des sous-domaines. Un champ de pression macroscopique est ainsi obtenu en assurant la conservation globale du débit. Ce modèle prend également en compte, à l'échelle macroscopique, le comportement Thermo-Elasto-HydroDynamique (TEHD) dans les garnitures mécaniques. La discrétisation des équations de chaleur et de déformation est effectuée grâce à la méthode des éléments finis pour une géométrie axisymétrique. La validation du modèle multi-échelles est faite avec un modèle déterministe de lubrification mixte, d'une part, et d'autre part avec un modèle TEHD pour surfaces lisses précédemment développé au laboratoire. L'influence des paramètres caractérisant le comportement de la garniture est analysée au travers d'une étude paramétrique. Cette étude a permis d'identifier les différents régimes de lubrification dans lesquels l'épaisseur du film lubrifiant est contrôlée par la hauteur des rugosités ou par les déformations thermoélastiques des faces.
Author: André Parfait Nyemeck Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 205
Book Description
Les garnitures mécaniques sont des composants utilisés pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées principalement de deux anneaux plans (le rotor et le stator), dont l'interface, qui constitue la barrière d'étanchéité, est lubrifiée par un film fluide. Le fonctionnement optimal est obtenu en minimisant à la fois la fuite et l'usure. Cela correspond à une épaisseur de film de l'ordre du micromètre, et à un régime de lubrification mixte. L'étude bibliographique présentant l'état de l'art a permis de justifier l'utilisation d'une approche multi-échelles pour traiter le problème de lubrification mixte. Une autre partie de cette bibliographie a permis d'identifier les modèles thermiques à mettre en œuvre. Le modèle multi-échelles développé pour l'étude de la lubrification mixte des garnitures mécaniques est ensuite présenté. Ce dernier utilise les surfaces numériquement générées et consiste à décomposer le domaine d'étude en plusieurs sous-domaines. L'équation de Reynolds prenant en compte la cavitation dans le fluide est résolue par la méthode des volumes finis à l'échelle micrométrique dans les sous-domaines de même que le contact normal hertzien des aspérités. Une échelle macroscopique est introduite pour connecter les conditions aux limites aux bornes des sous-domaines. Un champ de pression macroscopique est ainsi obtenu en assurant la conservation globale du débit. Ce modèle prend également en compte, à l'échelle macroscopique, le comportement Thermo-Elasto-HydroDynamique (TEHD) dans les garnitures mécaniques. La discrétisation des équations de chaleur et de déformation est effectuée grâce à la méthode des éléments finis pour une géométrie axisymétrique. La validation du modèle multi-échelles est faite avec un modèle déterministe de lubrification mixte, d'une part, et d'autre part avec un modèle TEHD pour surfaces lisses précédemment développé au laboratoire. L'influence des paramètres caractérisant le comportement de la garniture est analysée au travers d'une étude paramétrique. Cette étude a permis d'identifier les différents régimes de lubrification dans lesquels l'épaisseur du film lubrifiant est contrôlée par la hauteur des rugosités ou par les déformations thermoélastiques des faces.
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Les garnitures mécaniques sont des composants d'étanchéité d'arbres tournants fréquemment rencontrés dans les applications industrielles. Une garniture est constituée de deux surfaces planes annulaires dont le contact est lubrifié par le fluide dont il faut assurer l'étanchéité. Le fonctionnement optimal est obtenu en minimisant à la fois la fuite et l'usure. Cela correspond à une épaisseur de film de l'ordre du micromètre, et à un régime de lubrification mixte. Dans ce cas, le film fluide n'est pas complet et des zones de contact apparaissent. Une analyse bibliographique approfondie a permis de justifier le recours à une approche déterministe pour notre étude. Cela nécessite de caractériser correctement les surfaces rugueuses et de pouvoir les reproduire par simulation numérique. Une étude métrologique a été menée sur des échantillons de garnitures mécaniques à plusieurs stades de fonctionnement. Ainsi, les valeurs des paramètres statistiques de la rugosité de ces surfaces ont pu être déterminées. Un modèle numérique de génération de surface rugueuse non Gaussienne a été développé. Un modèle d'écoulement déterministe de la lubrification mixte des garnitures mécaniques est ensuite présenté. Il inclut la cavitation dans le fluide et le contact normal hertzien des aspérités. La résolution de l'équation de conservation du débit est entreprise au moyen de la méthode des volumes finis. Une étude paramétrique a été réalisée pour quatre surfaces statistiquement équivalentes et représentatives d'un état de surface rodé. Le modèle met en évidence la génération de portance due à la rugosité, bien que les surfaces moyennes soient planes et parallèles. Des courbes de Stribeck ont été tracées pour chaque cas étudié. L'écart-type de la hauteur des rugosités est le paramètre ayant le plus d'influence sur les résultats. De plus, le développement de la microcavitation, qui dépend étroitement de l'agencement de la rugosité, a une grande importance dans la modélisation.
Author: André Parfait Nyemeck Publisher: Presses Academiques Francophones ISBN: 9783841625212 Category : Languages : fr Pages : 268
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Les garnitures mecaniques (GM) sont des composants utilises pour assurer l'etancheite d'arbres tournants. Le fonctionnement optimal des GM est obtenu en minimisant a la fois la fuite et l'usure. Cela correspond a une epaisseur de film de l'ordre du micrometre, et a un regime de lubrification mixte. L'etude bibliographique presentant l'etat de l'art a permis de justifier l'utilisation d'une approche multi-echelles pour traiter le probleme de lubrification mixte. Une autre partie de cette bibliographie a permis d'identifier les modeles thermiques a mettre en uvre. Le modele multi-echelles developpe pour l'etude de la lubrification mixte des GM est ensuite presente. Ce dernier utilise les surfaces numeriquement generees et consiste a decomposer le domaine d'etude en plusieurs sous-domaines. L'equation de Reynolds prenant en compte la cavitation dans le fluide est resolue par la methode des volumes finis a l'echelle micrometrique dans les sous-domaines de meme que le contact normal hertzien des asperites.Une echelle macroscopique est introduite pour connecter les conditions aux limites aux bornes des sous-domaines.
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L'objectif principal de cette thèse est de conduire, à travers une étude théorique et expérimentale, vers une meilleure compréhension des différents effets induits par la texturation de surface dans un contact lubrifié. Le but ultime est de proposer un motif de texture qui permette de réduire le frottement et le niveau de fuite d'une garniture mécanique. L'étude bibliographique a permis d'identifier les différents travaux théoriques et expérimentaux réalisés sur la lubrification en présence de textures, les phénomènes physiques interagissant avec les textures et les différentes méthodes utilisées pour leur mise en forme. Une étude théorique utilisant un modèle conservatif basé sur l'équation de Reynolds est ensuite présentée. Dans la première partie de cette étude, les faces de frottement sont supposées parfaitement parallèles et les effets thermoélastiques sont négligés. Dans la seconde partie, les échanges de chaleur avec les anneaux et les déformations thermoélastiques sont pris en compte. Une étude paramétrique a permis de mieux comprendre l'influence des paramètres géométriques des textures, des défauts de formes et des déformations thermoélastiques des faces sur le fonctionnement de la garniture. En outre, cette étude a permis de définir une texture capable d'améliorer significativement les performances d'une garniture mécanique. Des essais expérimentaux ont ensuite été réalisés avec une garniture mécanique texturée et une garniture mécanique non texturée. Des mesures de couple de frottement et des relevés de température effectués par thermographie infrarouge ont montré que l'utilisation des textures permet de réduire de manière significative la température et le couple de frottement par rapport à une garniture à surfaces lisses. Enfin, une comparaison théorie/expérimentation a permis de valider le modèle développé qui prédit de façon correcte le comportement de la garniture texturée.
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LE FROTTEMENT JOUE UN ROLE ESSENTIEL POUR LA REUSSITE DE L'OPERATION DE LAMINAGE. IL NE DOIT NI ETRE TROP FAIBLE POUR EVITER LE PATINAGE ET LA DEGRADATION DE L'ETAT DE SURFACE PAR CROISSANCE DES RUGOSITES (REGIME HYDRODYNAMIQUE), NI ETRE TROP ELEVE POUR LIMITER LES DEFAUTS DE PLANEITE, L'USURE DES CYLINDRES, AINSI QUE L'AUGMENTATION DE LA FORCE ET DU COUPLE DE LAMINAGE (REGIME LIMITE). LE REGIME DE LUBRIFICATION MIXTE PRESENTE UN BON COMPROMIS POUR LA CONDUITE DE L'OPERATION EN MILIEU INDUSTRIEL. UN MODELE DE FROTTEMENT BASE SUR DES VARIABLES EXTERNES COMME LA PRESSION D'INTERFACE, MAIS AUSSI SUR DES VARIABLES INTERNES COMME L'EPAISSEUR DU FILM LUBRIFIANT LOCALE OU ENCORE L'AIRE REELLE DE CONTACT, A ETE INTRODUIT DANS UN MODELE DE LAMINAGE 2D PAR LA MODELISATION DE L'INTERFACE BANDE-CYLINDRE EN REGIME MIXTE. DANS LES VALLEES, C'EST L'EQUATION DE REYNOLDS MOYENNE AVEC LES FACTEURS D'ECOULEMENTS, AFIN DE TENIR COMPTE DE L'EFFET DES RUGOSITES SUR L'ECOULEMENT DU LUBRIFIANT, QUI RELIE DE LA PRESSION DU LUBRIFIANT ET DE L'EPAISSEUR DE FILM DANS L'EMPRISE. SUR LES PLATEAUX, UN MODELE D'ECRASEMENT D'ASPERITES MODELES LONGITUDINALES, QUI TIENT COMPTE DE LA PLASTICITE DU SUBSTRAT, PERMET LE CALCUL DE L'AIRE REELLE DE CONTACT ET DE LA PRESSION AUX NIVEAUX DES ASPERITES. LE MODELE DISTINGUE DEUX TYPES DE REGIMES MIXTES. AUX BASSES VITESSE, LE REGIME EST DIT MIXTE A TENDANCE LIMITE ET C'EST L'EQUATION D'ECRASEMENT D'ASPERITES QUI CONTROLE LE FROTTEMENT. AUX VITESSE ELEVEES, LE REGIME EST DIT MIXTE A TENDANCE HYDRODYNAMIQUE ET C'EST L'EQUATION DE REYNOLDS QUI CONTROLE LE FROTTEMENT. L'EVOLUTION DU FROTTEMENT MOYEN DANS L'EMPRISE EN FONCTION DE LA VITESSE DE LAMINAGE (COURBE DE STRIBECK) A ETE CALCULEE A PARTIR DU MODELE.
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La maîtrise des conditions de lubrification mixte est un challenge complexe à relever puisqu'elle nécessite d'appréhender plusieurs phénomènes couplés: écoulement du fluide entre les rugosités, déformations élastoplastiques des aspérités, usure des surfaces. Le but de cette étude est de proposer une approche des phénomènes de lubrification mixte dans le contexte des paliers moteur. Le premier chapitre donne un aperçu des principales études théoriques et modélisations numériques dédiées à l'analyse du comportement des paliers. Le deuxième chapitre est dédié au phénomène d'écoulement du fluide entre deux surfaces rugueuses. En partant du modèle proposé par Patir et Cheng, une nouvelle définition des facteurs d'écoulement est proposée. Ce modèle prend en compte la direction des textures de surface. Plusieurs calculs paramétriques ont permis de définir des critères de choix pour les surfaces de calcul utilisées pour déterminer les facteurs d'écoulement. Le but de chapitre 3 est de détailler trois principaux modèles de contact existants, de les comparer afin d'extraire les avantages et les inconvénients de chaque modèle et surtout de voir leurs applications dans l'étude de la lubrification mixte des paliers de moteurs. Afin de mieux comprendre leurs limites, les modèles statistiques ont été comparés à un modèle déterministe, en éléments finis. Le chapitre 4 est dédié à l'étude de l’usure. Trois modèles d'usure basés sur la loi d'Archard sont présentés. Les différents modèles d'écoulement, de contact et d'usure sont finalement intégrés dans un programme de calcul numérique et utilisés pour prédire le comportement d'un palier de tête de bielle.
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Cette étude s’intéresse aux paliers fonctionnant en régime de lubrification mixte. Des modèles numériques déterministes sont proposés, permettant la prise en compte des effets de la rugosité dans de petits paliers à l’aide de maillages très fins. Les aspects analysés sont la génération numérique de surfaces rugueuses, et les modélisations des déformations mécaniques, du contact élasto-plastique et de l’écoulement fluide en présence des rugosités. Les déformations sont calculées par une méthode rapide à deux niveaux de maillage avec des matrices de compliance obtenues par des calculs de structure. Le contact est simulé par une méthode itérative basée sur les concepts de set actif et set de contact. L’écoulement est modélisé avec l’équation de Reynolds, en volumes finis. Un code de simulation des paliers en régime de lubrification mixte, intégrant ces composants de contact, de calcul des déformations et de lubrification à faible épaisseur du film, est ensuite proposé. La piézo-viscosité, la plasticité, et la rupture du film sont pris en compte de manière simplifiée. Ce code a été appliqué à des simulations des paliers partiels très chargés (jusqu’à 55 MPa), sur des maillages ayant 3,6 millions nœuds. Une étude sur l’influence des trois types de rugosité (longitudinale, isotrope et transversale), du matériau du patin et des effets piézo-visqueux sur les performances du palier a été menée. Les résultats incluent l’épaisseur du film, l’angle de calage, les couples de frottement visqueux et de contact (sec), l’aire de contact, la prépondérance du régime plastique, etc. Des courbes de Stribeck montrant l’évolution du coefficient de frottement global sont aussi présentées.
Author: Bruno Damiens Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 133
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Dans les mécanismes lubrifiés, la durée de vie des surfaces en contact est fonction de l'épaisseur du film de lubrifiant qui sépare les solides. La sous-alimentation en lubrifiant affecte cette épaisseur de film et réduit la durée de vie des mécanismes. Une modélisation mathématique du problème à frontières libres est adoptée. Les techniques Multigrilles et Multi-Level Multi-Integral utilisées pour résoudre le système d'équations sont sommairement exposées. Le modèle fournit les champs de pression et d'épaisseur de film de lubrifiant dans le contact. Il permet de valider un modèle analytique développé afin de mettre en évidence et de quantifier le débit d'éjection de lubrifiant, dans la couche limite qui entoure le contact. La largeur de la couche limite régit le débit d'éjection et elle permet de déterminer la réponse du contact à la sous-alimentation. La largeur de la couche limite peut aussi être utilisée pour prédire la persistance d'une sous-alimentation locale dans un mécanisme.
Author: Stephany Antoine Publisher: Presses Academiques Francophones ISBN: 9783841633286 Category : Languages : fr Pages : 304
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Accelerer la cadence des unites en activite requiert une meilleure comprehension, et donc maitrise, des procedes industriels. En parallele, l'optimisation de ces procedes permet de gagner en cout de fonctionnement et en qualite du produit fourni. L'acceleration, l'optimisation et l'evolution de l'operation de laminage a froid peuvent etre aides par un outil informatique performant, ce qui est l'objet de ce travail. La problematique du laminage a froid implique de nombreux mecanismes complexes dont un parametre crucial est la friction entre les cylindres et la bande. La lubrification est un agent efficace du procede industriel mais ses mecanismes intimes restent encore relativement mal connus. L'industrie exige un regime de lubrification mixte qui permet un compromis entre qualite de produit et vitesse de production. Les surfaces rugueuses du cylindre et de la bande sont alors en contact avec de nombreux micro contacts directs et micro vallees lubrifiees. La theorie classique du laminage modelise une passe de laminage a froid. La presence des rugosites et du lubrifiant ont ete introduites par la suite pour finalement aboutir au premier modele de regime mixte de Wilson..."
Author: André Parfait Nyemeck
Author: André Parfait Nyemeck
Author: Christophe Minet
Author: André Parfait Nyemeck
Author: Mohand Adjemout
Author: NICOLAS.. MARSAULT
Author: Brunetière
Author: Ramona Dragomir Fatu
Author: Mihai-Bogdan Dobrica
Author: Bruno Damiens
Author: Stephany Antoine