Academic literature on the topic 'Anisotropie de frottement'

Nous exprimons les deux principes de la thermodynamique d'abord globalement à l'interface confinée entre deux corps rigides, puis localement à l'élément de contact entre deux milieux continus. A ces deux échelles, la loi de comportement est établie à partir de l'expression du second principe et du principe de dissipativité normale. A l'échelle locale, nous généralisons ainsi la loi de Laplace et l'équation de Shuttleworth reliant tension et énergie superficielle. Grâce notamment à la prise en compte du déplacement relatif normal à l'interface, nous justifions l'utilisation des lois de frottement isotropes usuelles, telles celle de Coulomb, et généralisons la formulation classique d'anisotropie de frottement basée sur la règle de normalité associée à une frontière de glissement. Cette approche est d'abord appliquée à l'étude de la couche superficielle d'un élastomère, de dissipation viscoélastique, et d'un film mince viscoplastique : un modèle d'énergie libre superficielle d'élastomères nous permet de préciser l'influence des conditions du contact sur leur adhérence et leur frottement ; une analyse mécanique de la déformation d'un film mince viscoplastique, basée sur le principe de dissipation normale, permet de discuter les relations entre frottement et rhéologie du troisième corps. Nous concrétisons notre formulation d'anisotropie de frottement pour des interfaces triborugueuses à l'aide de modèles d'interfaces et d'une étude expérimentale du frottement de tôles d'acier doux. Nous discutons les relations entre anisotropie de frottement d'une part, anisotropie de déformation plastique, forme de l'indenteur et hétérogénéité de contrainte normale, d'autre part par l'analyse théorique de l'indentation dans diverses conditions. Les essais de frottement réalisés avec trois tribomètres sur deux tôles, présentant une anisotropie de rugosité et de déformation plastique, ont permis de déterminer l'influence sur les deux composantes de la force tangentielle de la direction de glissement, de l'aire apparente et de la force normale de contact ; l'anisotropie de frottement observée ne vérifie pas la formulation classique, est due à la rugosité de la tôle, qui subit une déformation plastique significative dans la plupart des essais effectués, et est induite par l'anisotropie des contraintes réelles de contact, scission et contrainte normale.

Les feuils biorientés en poly(éthylène térephtalate) utilisés comme films supports dans l'industrie des bandes magnétiques doivent présenter une surface rugueuse et sans défaut. Cette rugosité, qui est induite par diverses charges microscopiques, est destinée à prévenir le collage du feuil sur lui - même lors du bobinage. Or, selon la nature des charges et les propriétés mécaniques que possèdent les feuils, la fréquence d'apparition de défauts lors d'un frottement occasionnel, s'avère fortement variable. En supposant que l'origine des défauts est reliée à l'apparition des particules de transfert, l'objectif de cette étude a consisté à déterminer le rôle de ces deux facteurs. Le comportement mécanique anisotrope de nos feuils dans les deux directions perpendiculaires d'étirage a d'abord été caractérisé en fonction de la température, par des analyses viscoélastiques et des tests de traction. Les essais de frottement ont été effectués selon une géométrie pion - disque, avec des disques métalliques soigneusement polis. Le transfert se présente toujours sous la forme de particules discrètes, facilitant ainsi leur quantification par analyse d'images. Il croit linéairement avec le temps et la pression de contact. Une observation directe a montré que cette croissance se produit en deux temps : d'abord formation de petites particules fixes, puis agglomération de certaines devenues mobiles. Cette évolution nous a amenés à reconsidérer les critères de stabilité des particules. En effectuant des essais de frottement selon la température, nous avons pu ensuite corréler le transfert avec l'inverse du produit Se (où S et e sont respectivement la résistance et l'élongation ultimes à la rupture), mais il s'est avéré alors que le transfert peut croître ou décroître selon la direction d'étirage étudiée. Nous avons ainsi pu suivre l'influence des propriétés mécaniques sur le frottement global et local

Une technique prometteuse pour introduire une anisotropie de frottement dans une surface est la Glancing Angle Deposition (GLAD). Cette méthode a démontré un large éventail de possibilités pour créer des films avec diverses morphologies et caractéristiques structurelles, qui peuvent induire une anisotropie dans diverses propriétés physiques. Cependant, l'étude de l'anisotropie de frottement des films GLAD reste limitée, ce qui peut conduire à une sous-utilisation de cette technique dans les applications tribologiques. Dans ce contexte, cette thèse vise à étudier l'utilisation potentielle du GLAD pour induire une anisotropie de frottement, en se concentrant particulièrement sur l'influence des facteurs morphologiques et cristallographiques. Deux métaux, le tungstène (W) et le molybdène (Mo), ont été sélectionnés pour être déposés dans différentes conditions. Des essais de rayure ont été effectués à différentes charges normales et à différentes directions de rayage afin de déterminer si l'anisotropie de frottement pouvait être systématiquement obtenue et comment elle se manifeste. Les résultats indiquent qu'il est non seulement possible d'obtenir une anisotropie de frottement grâce au GLAD, mais aussi que différents types d'anisotropie peuvent être observés. Ce comportement anisotrope semble être principalement régi par la morphologie du film, en particulier par le contrôle de la déformation plastique et des interactions colonne-colonne. En outre, le type de matériau et l'angle de dépôt influencent considérablement l'anisotropie du frottement, les films de Mo présentant des caractéristiques anisotropes plus complexes que les films de W. Bien que l'impact significatif de la morphologie sur le comportement de la plupart des films soit évident, un film de Mo a démontré que d'autres facteurs peuvent également contribuer à des réponses de frottement atypiques
One promising technique for introducing friction anisotropy in a surface is the Glancing Angle Deposition (GLAD). This method has demonstrated a wide range of possibilities for creating films with diverse morphologies and structural characteristics, which may induce anisotropy in various physical properties. However, the study of friction anisotropy in GLAD films remains limited, potentially leading to the underutilization of this technique in tribological applications. In this context, this thesis aims to investigate the potential use of GLAD to induce friction anisotropy, with a particular focus on the influence of morphological and crystallographic factors. Two metals, tungsten (W) and molybdenum (Mo), were selected for deposition under varying conditions. Scratch tests were conducted with different normal loads and scratching directions to determine whether friction anisotropy could be consistently achieved and how it manifests. The results indicate that not only is it possible to obtain friction anisotropy through GLAD, but also that different types of anisotropy can be observed. This anisotropic behavior seems to be primarily governed by the film’s morphology, particularly through the control of plastic deformation and column-column interactions. Furthermore, the type of material and deposition angle were found to significantly influence friction anisotropy, with Mo films exhibiting more complex anisotropic characteristics than W films. Although the significant impact of morphology on the behavior of most films was evident, a Mo film demonstrated that other factors may also contribute to atypical frictional responses

Un modele d'endommagement decrit, dans le cadre d'une approche par variables internes, la degradation progressive des proprietes mecaniques des materiaux quasi-fragiles par generation et croissance de mesofissures orientees induisant un comportement anisotrope. Ce modele est etendu afin de prendre en compte le phenomene de desactivation de l'endommagement du a la fermeture des mesofissures sous sollicitations compressives et conduisant a un comportement bilineaire elastique. Les conditions de continuite de la reponse contrainte - deformation sont issues de la theorie des fonctions multilineaires. Le developpement du modele est poursuivi en lui adjoignant un mecanisme dissipatif supplementaire, a savoir le glissement avec frottement sur les levres des mesofissures fermees. L'ecriture de l'evolution du glissement dans un espace adequat permet de proposer une alternative au modele de coulomb. Enfin, la modelisation du couplage entre l'endommagement et le glissement avec frottement est abordee et testee au travers de la simulation du comportement en torsion de cylindres creux.

L'objectif de cette thèse est de développer une approche micromécanique pour modéliser l'endommagement et le frottement dans des géomatériaux initialement anisotropes. Dans ce but, deux modèles d'endommagement micromécaniques en 3D ont été proposés. L'estimation du tenseur de Hill pour les microfissures sphéroïdales 3D dans une matrice isotrope transverse est le cœur de ces deux modèles. Les propriétés élastiques effectives du milieu fissuré sont déterminées par trois schémas d'homogénéisation (schéma Dilué, schéma MT, schéma PCW) et analysées par une série d'études de sensibilité. Le premier modèle d'endommagement formulé dans le cadre de la thermodynamique irréversible est proposé pour prendre en compte des interactions entre l'anisotropie initiale et la fissuration induite. Ensuite, le deuxième modèle micromécanique est développé pour modéliser l'endommagement et le glissement plastique par frottement dans des fissures fermées. Les évolutions des déformations inélastiques sont provoquées par deux phénomènes couplés: le glissement avec frottement et l'endommagement induit par la propagation des microfissures. Elles sont décrites par des critères spécifiques locaux de l'endommagement et du frottement en fonction des forces thermodynamiques conjuguées. Les principales caractéristiques du comportement mécanique des géomatériaux initialement anisotropes (la croissance des microfissures induites, les déformations irréversibles, boucles d'hystérésis causées par les effets du frottement qui apparaissent sur les lèvres des microfissures fermées, le couplage entre l'anisotropie inhérente et celle induite, les effets de la pression de confinement et de la dilatance volumétrique) sont prises en compte
The objective of this thesis is to develop a micromechanical method for modeling induced damage and friction sliding for a class of initially anisotropic quasi-brittle materials. To this end, two three-dimensional micromechanical damage models have been developed respectively for open and closed microcracks. The key step of these two models is an efficient numerical method to estimate Hill's tensor for three dimensional spheroidal microcracks in a transversely isotropic solid matrix. Then, the effective elastic properties of cracked material are determined through a rigorous up-scaling procedure based on three homogenization methods (Dilute scheme, MT scheme, PCW scheme) and analyzed by a series of sensitivity studies. Further, a damage model based on the irreversible thermodynamics framework is proposed to account for interactions between initial anisotropy and induced growth of cracks. Furthermore, the second micromechanical model for frictional closed cracks is developed for the description of induced damage and frictional sliding in initially anisotropic materials. The evolutions of inelastic strains due to frictional sliding and induced damage by the propagation of microcracks are coupled and described by specific local friction and damage criteria as functions of conjugate thermodynamic forces. The main features of mechanical behaviors of initially anisotropic quasi-brittle materials are taken into account, such as induced growth of micro-cracks, irreversible deformation and hysteretic loops due to friction effects of crack surfaces, coupling between inherent anisotropy and induced anisotropy, effects of confining pressure and volumetric dilatancy

L'objectif de la présente thèse est la mise au point d'un outil numérique destiné à l'évaluation des déformations dans les tôles minces embouties. L'emboutissage est un procédé de fabrication qui fait intervenir de nombreux phénomènes : grandes transformations, trajets complexes de déformations, comportement élasto-plastique anisotrope, contact et frotte-ment. Cette thèse présente deux approches non linéaires implicites, basées sur la méthode des éléments finis. Seul le comportement de membrane de la tôle est représenté. L'anisotropie transverse du matériau est prise en compte. La première méthode a pour fonction de simuler le plus fidèlement possible l'emboutissage. C'est une méthode incrémentale. Les accroissements de déformations et de rotations sont calculés par décomposition polaire du gradient de déformation correspondant à un pas de chargement. La loi d'écoulement élasto-plastique est intégrée dans un repère tournant lié à la matière pour vérifier l'objectivité incrémentale. L'interaction entre la tôle et les outils est traitée par pénalisation et le frottement obéit à la loi de Coulomb. La validité de cette approche est démontrée par la simulation de quelques essais expérimentaux de laboratoire. La seconde méthode est destinée à l'évaluation des déformations des pièces à emboutir dès le stade de la conception. Cette méthode tout à fait originale a pour principales qualités d'être très rapide et facile à utiliser. Elle ne considère que les deux configurations extrêmes du processus de mise en forme et détermine le trajet inverse des particules repérées sur la forme finale. Nous l'appellerons «approche inverse». La loi de comportement est basée sur la théorie de la déformation. Le traitement du contact se limite au calcul d'un champ de réactions. La comparaison de résultats obtenus soit par l'approche incrémentale soit des voies expérimentales met en évidence l'intérêt de cette approche.

La conception et l’exploitation du stockage des déchets radioactifs en milieu géologique nécessitent absolument que le comportement à long terme de la roche hôte soit caractérisé. Cette caractérisation doit tenir compte de l’hétérogénéité multi-échelle de la roche, qui affecte de façon significative ses propriétés et son comportement sous diverses sollicitations. Parmi les mécanismes de déformation observés expérimentalement la microfissuration joue un rôle important. Nous proposons dans cette thèse une approche micromécanique 3D pour l’endommagement anisotrope de l’argilite du Callovo-oxfordien sous sollicitations mécaniques. L’accent est mis sur l’endommagement différé par propagation subcritique des microfissures. La microstructure complexe du matériau hétérogène est repartie sur plusieurs échelles d’espace. Le comportement macroscopique est construit pour notre approche par homogénéisation non linéaire avec plusieurs étapes de changement d’échelle. Premièrement l’étude de l’endommagement différé est réalisée pour les états des microfissures ouvertes et des microfissures fermées lisses dans la matrice argileuse. Puis nous réalisons une étude complète du comportement mécanique à court terme et à long terme pour le cas des microfissures susceptibles de se propager avec frottement par glissement sur les lèvres des microfissures fermées. Les critères et les lois d’évolutions, pour l’endommagement et pour les déformations anélastiques, sont déterminés dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles. Après analyse de leurs capacités prédictives, les modèles développés sont validés par comparaisons avec les données expérimentales
To guarantee the performance and safety of a deep underground reposal for nuclear wastes, the long-term behavior of the rock host must be characterized. Generally the heterogeneity of the rock highly affects his properties. Therefore the long-term analysis of the rock behavior under different coupled loading conditions must be made for a heterogeneous material. From the experimental observations, microcracks growth plays an important role on the rock deformation. The objective of this thesis is to study, in the field of micromechanics, the induced anisotropic damage behavior of the Callovo-oxfordian claystone. We put for this study an emphasis on the delayed induced damage by subcritical crack growth. To take in to account the complex microstructure of the heterogeneous rock, the macroscopic nonlinear mechanic behavior is derived by nonlinear homogenization with multiple steps of separated scales. Firstly a model is built for the delayed anisotropic damage for the case of open microcrack and frictionless microcrack. Then a full study is performed for the instantaneous damage and delayed damage in the case of close microcracks with sliding friction. We take advantage of the frame of thermodynamics of irreversible process, for the writing of criterion and evolution law of the damage variables and the inelastic strain. Following the capacity analysis of all our built-model, a first validation is made by comparison with experimental data

Les polymères semi-cristallins ont de multiples applications tribologiques et il est très intéressant d’avoir une compréhension globale de la relation structure-propriété afin d’améliorer leurs performances. Cette thèse porte sur les réponses mécaniques anisotropes des surfaces de polymères semi-cristallins orientés. Ces travaux sur du polyéthylène haute densité (PEHD) ont mis en évidence l’effet de cette anisotropie induite sur le comportement viscoélastique étudié par une méthode de fluage de contact et de récupération, ainsi que sur le comportement plastique en rayure. Les dépendances de l'orientation sur les réponses élastiques, plastiques et viscoélastiques ont été analysées. Une nouvelle configuration expérimentale permet l’observation in situ lors du fluage de contact et de la recouvrance de l’empreinte. Pour la réponse en rayure, le coefficient de frottement apparent a été utilisé pour caractériser le comportement pendant le temps de contact et la géométrie du sillon résiduel pour le comportement post-mortem. En conclusion, il est confirmé que les propriétés intrinsèques volumiques régissent les comportements mécaniques de surface. Le module de Young et le module de relaxation contrôlent principalement le comportement de fluage de contact, tandis que la déformation au seuil de plasticité contrôle les déformations en rayure
Semi-crystalline polymers have versatile tribological applications and it is of great interest to have a comprehensive understanding of the structure-property relationship, in order to produce better and durable products. This thesis focuses on the anisotropic mechanical responses of oriented semi-crystalline polymer surfaces. A benchmark study with high-density polyethylene (HDPE) highlighted the effect of this induced anisotropy on the viscoelastic behavior studied by a method of contact creep and recovery, and the plastic behavior examined by single-asperity scratching. In this thesis, the relations between microstructure, intrinsic and surface mechanical properties have been investigated. Orientation dependencies of elastic, plastic, and viscoelastic response were analyzed. A new experimental set-up permits the first-time in-situ observation during the contact creep and recovery test on non-transparent surfaces. For friction response, the apparent coefficient of friction was used to characterize the behavior during the contact time, and the geometry of the residual track for the behavior during the lifetime of the track. In conclusion, it is confirmed that the intrinsic properties govern the surface mechanical behaviors. Young’s moduli and intrinsic creep compliances dominate the contact creep behaviors. Meanwhile, the scratch responses are largely dictated by the yield behaviors

Traitement numérique des milieux infinis de la géomécanique: méthodes d'équations intégrales régulières et singulières pour les structures géotechniques en conditions dynamiques; méthode de couplage itérative éléments finis/équations intégrales (applications au demi-espace et demi-plan); vibration d'un pieu fiché dans le demi espace stratifié. Comportement frottant des milieux granulaires: algorithmes locaux d'intégration numérique pour matériaux élastoplastiques type Drucker-Prager; partie élastique déformation des sols; influence de la contrainte moyenne. Problèmes liés à l'anisotropie en grandes transformations (rotations plastiques). Etude de deux types de bifurcation sur les sables; conséquences macroscopiques de la structure granulaire des sables; non-linéarité incrémentale et localisation des déformations.