Academic literature on the topic 'Essai de frottement unidirectionnel'

On s’est intéressé dans ce travail à l’analyse du comportement à l’usure et au frottement de deux prothèses totales de hanche en acier AISI 316L et en alliage à base de titane Ti-6Al-7Nb. Les propriétés tribologiques d’usure par glissement sont évaluées à l’aide d’un tribomètre TriboTechnic muni du logiciel tribotester, en accord avec les standards ASTM G 133–95, ISO 7148-1:2012 et ASTMG 99, en présence d’un milieu physiologique (solution de Hank) à une température de 28 à 30 °C. La bille en alumine (Al2O3) a été choisie comme antagoniste. Trois vitesses (1, 6 et 15 mm.s−1) et quatre forces normales (2,4,6 et 10 N) ont été appliquées. Après chaque essai de frottement, l’état de surface a été analysé par un microscope électronique à balayage. Le coefficient de frottement et le volume d’usure étaient plus faibles dans les échantillons testés à une force appliquée de 2 N sous une vitesse de 1 mm.s−1 (0,12 et 0,33) et (0,07 × 107 et 0,09 × 107 μm3) pour l’acier AISI 316L et le Ti-6Al-7Nb, respectivement. Les valeurs du coefficient de frottement obtenues respectent les normes imposées par le domaine du biomédical notamment au niveau de l’état de surface articulaire des prothèses de hanche.

Cet article présente une étude de l’applicabilité de l’impression 3D (3DP) en modélisation physique des massifs rocheux. Le comportement mécanique des massifs rocheux est contrôlé par les propriétés de la roche intacte, et par la présence des discontinuités rocheuses à différentes échelles. Afin de comprendre l’influence de ces discontinuités sur le comportement mécanique des ouvrages exploités dans un massif rocheux, la 3DP est utilisée pour introduire explicitement les discontinuités dans la modélisation physique. Des joints rocheux artificiels sont fabriqués en polyamide 12 par 3DP (technique de frittage laser SLS). Ils sont caractérisés géométriquement (rugosité, ouverture du joint, présence de ponts rocheux) et mécaniquement (raideur normale et tangentielle, cohésion, angle de frottement) pour reproduire le comportement d’un joint rocheux réel. Les résultats des joints rocheux sont représentés à l’échelle du prototype (échelle 1) en appliquant des lois de similitudes et comparés à des propriétés des joints réels. Finalement, une comparaison entre le comportement mécanique d’un massif rocheux discontinu numérique à l’échelle du prototype et celui d’un modèle réduit ayant les propriétés du PA12 obtenues par 3DP permet de valider la capacité de cette technique à reproduire le comportement d’un massif discontinu à une échelle réduite.

Compression shearing method at room temperature (COSME-RT)’ est une technique de moulage de matériaux (en particulier de métaux) de la poudre à la plaque en appliquant une force biaxiale simultanée à la température ambiante et dans une atmosphère ambiante. COSME-RT diffère des techniques de moulage conventionnelles en ce sens qu'il peut fabriquer des matériaux sans processus de chauffage et peut ainsi développer de nouveaux matériaux qui ne peuvent pas être formés par des procédés conventionnels. Cependant, le mécanisme de consolidation des matériaux de COSME-RT n’a pas été clarifié en raison de la difficulté de contrôler le processus. Pour contrôler le processus de consolidation des matériaux métalliques avec COSME-RT, j'ai tenté deux expériences visant à contrôler la force de cisaillement: (1) la suppression de la force de cisaillement en dispersant des particules solides de lubrifiant dans des particules de poudre de Cu; et (2) le test de frottement unidirectionnel sur l'échantillon de poudre comprimée uniaxiale pour créer et observer le changement de la condition de liaison dans la direction de la profondeur de l'échantillon. En conséquence, j'ai réussi à acquérir de nouvelles connaissances sur le processus de consolidation des plaques de Cu de poudre de COSME-RT et à construire le nouveau modèle de consolidation du Cu de COSME-RT
Compression shearing method at room temperature (COSME-RT) is a molding technique for materials (especially metals) from powder to plate by applying simultaneous biaxial force at room temperature and an ambient atmosphere. COSME-RT differs from conventional molding techniques in that it can fabricate materials without a heating process and can thus develop new materials that cannot be formed by conventional methods. However, the consolidation mechanism of materials by COSME-RT has not been clarified because of the difficulty of controlling the process. To control the consolidation process of metal materials by COSME-RT, I attempted two experiments to control the shearing force: (1) the suppression of the shearing force by dispersing solid lubricant particles into Cu powder particles; and (2) the unidirectional friction test on the uniaxial compressed powder sample to create and observe the change of the bonding condition in the depth direction of the sample. As a result, I successfully obtained new knowledge about the consolidation process of Cu plate from powder by COSME-RT and built the new consolidation model of Cu by COSME-RT

S’inscrivant dans le contexte du développement des procédés hors autoclave pour les structures primaires aéronautiques, ce travail de thèse (financement CIFRE Hexcel/Mines Saint-Etienne avec implication de l’INSA-Lyon) a pour objectif de modéliser et simuler la mise en forme d’un empilement de renforts HiTape® préalablement déposés à plat. Développé par Hexcel, HiTape® est un renfort unidirectionnel sec de fibres de carbone avec un voile thermoplastique de chaque côté, permettant d’atteindre un niveau de performance similaire aux matériaux pré-imprégnés standards. Le comportement du renfort HiTape® est d’abord caractérisé sous diverses sollicitations. En particulier, le comportement non-linéaire en flexion hors-plan est quantifié à l’aide d’un flexomètre de Peirce modifié, et un essai de type pull-through permet d’évaluer le coefficient de frottement inter-plis. Dans un second temps, la modélisation de la mise en forme de renforts structuraux de type HiTape® nécessite de prendre en compte les non-linéarités à la fois matérielles, géométriques et de contact. Une loi de comportement hyperélastique isotrope transverse est sélectionnée pour le renfort unidirectionnel. L’interface entre les plis, où est situé le voile thermoplastique à l’état fondu, est modélisée via des zones cohésives prenant en compte frottement et adhésion. Le problème mécanique est résolu par la méthode des éléments finis dans la suite logicielle Z-set. Dans les simulations de mise en forme d’empilements, le contact entre le moule et la préforme fibreuse est supposé parfait
In the context of developing out-of-autoclave processes for primary aircraft structures, this PhD (CIFRE Hexcel/Mines Saint-Etienne funding in partnership with INSA-Lyon) aims to model and simulate the forming of an initially flat stack of HiTape® reinforcements. Developed by Hexcel, HiTape® is a dry unidirectional carbon fiber reinforcement with a thermoplastic veil on each side, designed to achieve a performance comparable to which of state-of-the-art preimpregnated materials. First, HiTape® behavior is characterized; in particular, nonlinear out-of-plane bending behavior is measured using a modified Peirce flexometer, and the inter-ply coefficient of friction is assessed with a pull-through friction test. Then, modeling the forming of structural reinforcements requires consideration of the material, geometrical and contact nonlinearities. A transversely isotropic hyperelastic law is therefore selected for the intra-ply behavior, while the interface where is located the melted thermoplastic veil is modeled using cohesive zones describing both friction and adhesion. The mechanical problem is solved using a finite element method with Z-set software. Finally, in order to simulate the forming of a stack of reinforcements, mold-to-preform contact is assumed to be perfect (frictionless)

La caractérisation du comportement surfacique des pièces en acier revêtues est étudiée à l'aide du test de compression-translation. Au cours du test un indenteur vient en contact avec l'ébauche jusqu'à une pénétration donnée (phase de compression), puis crée une zone plastique localisée à la surface de contact en glissant le long de celle-ci (phase de translation). L'identification fiable des lois de frottement repose sur une reproduction fidèle des conditions de contact et de frottement ainsi que sur une connaissance précise du comportement volumique au voisinage de la zone de contact. Une première étude par la méthode des éléments finis du test est alors menée et conduit à la détermination optimale de la géométrie et de la pénétration de l'indenteur ; l'essai reproduit alors des pressions de contact et des déformations plastiques équivalentes représentatives des conditions de contact réelles. Une seconde étude est ensuite proposée confrontant résultats expérimentaux et numériques de la phase de compression. Une procédure itérative minimisant l'erreur commise entre ces différents résultats conduit à la détermination du comportement volumique au voisinage de la surface de l'ébauche. Enfin, une analyse mécanique associée a des modèles numériques de la phase de translation autorise l'identification des lois de frottement linéaires et non linéaires. Cette stratégie est appliquée à des ébauches cylindriques en acier 1522 recuit revêtues de phosphate de zinc et de produits non polluants à base de dépôts de sels minéraux

Dans un turboréacteur civil, le contact aube/disque de la turbine basse pression est soumis à un cyclage thermomécanique dû aux dilatations et déplacements différentiels des pièces pendant les phases de vol. Ce cyclage implique des micro-mouvements alternés relatifs, c’est-à-dire du fretting, à l’interface aube/disque. Le fretting à l’étude ici concerne un contact céramique-métal, en vue de comprendre le comportement tribologique des futures aubes revêtues de céramique en remplacement des pièces métalliques traditionnelles. Dans un premier temps, différents revêtements sont comparés vis-à-vis de leur tenue à l’usure par fretting à la température de fonctionnement des pièces (700°C). L’alliage métallique du contrecorps est celui du clinquant protégeant le disque, à savoir l’alliage base cobalt HS25. Pour le contact HS25/céramique le plus prometteur, le taux d’usure très bas ainsi que le faible frottement observés sont associés à la formation d’une glaze layer. La glaze layer est un troisième corps formé à partir des débris d’usure qui apparaît dans des contacts frottant à haute température. Traditionnellement observée pour des contacts métal/métal, sa formation pour un contact métal/céramique est nouvelle. La glaze layer est alors étudiée en détail. D’un point de vue tribologique, on établit sa cinétique et ses conditions de formation en température et en fonction des paramètres tribologiques, afin de garantir une usure faible en conditions de vol. D’un point de vue morphologique, la glaze layer est caractérisée comme étant un matériau nanostructuré amorphe et cristallin, formé à partir de débris à la fois métalliques et oxydés. Enfin, la glaze layer nanostructurée est associée à un comportement mécanique ductile dans son domaine de stabilité, alors que les débris sont fragiles en conditions d’usure forte. La corrélation des angles d’étude de la glaze layer permet alors de connaître les modalités de sa formation, en vue d’anticiper la protection d’un contact vis-à-vis de l’usure grâce à la création d’une glaze layer
In a civil turbojet motor, the blade/disk contact in the low pressure turbine undergoes thermomechanical cycling due to relative displacements between parts during the different flight phases. This cycling results in reciprocating micro-movements named “fretting” at the blade/disk interface. This study focuses on a ceramic versus metallic contact under fretting, aimed at describing the tribological behavior of developing ceramic-coated blades to replace phased-out metallic parts. Firstly, different ceramic coatings are compared regarding their wear resistance under fretting at in-flight temperature (700°C). The counterbody is the HS25 (cobalt-based alloy) protecting foil of the disk. The most favorable ceramic/metallic tribocouple evidences a very low wear rate as well as low friction that match the formation of a glaze layer. The glaze layer is a third body formed from wear debris in high temperature rubbed contacts. Such tribofilm has been commonly observed in metallic/metallic interfaces but its occurrence in a ceramic/metallic contact is new. Then the glaze layer is precisely characterized. Tribologically speaking, its kinetics and formation conditions are determined over temperature and tribological parameters, in order to ensure low wear under flight conditions. Morphologically, the glaze layer is a nanostructured amorphous and crystalline sintered from both metallic and oxidized worn debris. Finally, the nanostructured glaze layer is mechanically described as a ductile material in its stability domain, whereas debris from severe wear are brittle. The correlation of morphological, physico-chemical and mechanical studies enlighten the glaze layer formation criteria, with the aim of predicting glaze layer occurrence, hence wear protection for a given contact

Cette etude essentiellement experimentale s'interesse au comportement mecanique de materiaux granulaires dits non conventionnels. Elle a ete abordee a partir d'une tres grande boite de cisaillement, concue et realisee au lirigm. Les originalites du dispositif experimental sont : la possibilite d'experimentation sur echantillon de grande echelle, l'assemblage modulable des elements constitutifs qui permet un transport facile de l'appareil sur site, et le demontage lateral pour visionner la bande de cisaillement. L'etude comporte trois parties principales : la premiere partie est relative a la validation du dispositif experimental. Des essais de cisaillement ont ete realises sur le sable de leucate et confrontes aux resultats obtenus dans deux boites de cisaillement direct conventionnelles (300*300 mm 2 et 100*100 mm 2). Des essais complementaires de frottement d'interface ont ete effectues et compares a d'autres obtenus sur une grande boite de cisaillement (400*250 mm 2) avec les memes materiaux. La seconde partie, consacree a la caracterisation mecanique en laboratoire de deux sols a forte granularite (d m a x = 100 mm). Les experiences visaient d'une part a determiner le couple de parametres mecaniques c et correspondants, et d'autre part mettre en evidence l'influence de certains facteurs (taille du boitier, conditions d'essais ? plaques lisses, plaques rugueuses ?, hauteur de l'echantillon, teneur en eau, etc). Des tests specifiques d'interface sol-geosynthetique (geotextile ou geogrille) ont ete aussi effectues. La derniere partie, se rapporte a la caracterisation in-situ a l'aide du dispositif experimental, de dechets stockes dans les centres de stockage de classe ii : dechet industriel banal (d. I. B) et dechet menager (o. M). Les resultats des essais de compressibilite et de cisaillement direct menes sur ces materiaux dechets, fortement heterogenes, montrent un comportement se demarquant de celui des sols classiques. Des valeurs de c et sont donnees et confrontees a celles de la bibliographie.

Au Québec, il existe près de 6000 barrages et ouvrages régulateurs dont il est nécessaire d'assurer la sécurité et la stabilité. Les barrages-poids en béton, concernés par cette étude, sont soumis à plusieurs sollicitations telles que la poussée des eaux et l'action des sous-pressions. Ces sollicitations peuvent entraîner le cisaillement de l'ouvrage selon qu'elles se développent au sein d'une ou plusieurs interfaces suivantes: contact béton-béton, interface béton-roc de fondation et discontinuités roc-roc. La résistance au cisaillement de ces matériaux est gouvernée par leur friction et leur cohésion. La détermination de ces paramètres est donc primordiale dans l'établissement de la stabilité d'un barrage-poids en béton. Pour répondre à cette problématique, ce projet de maîtrise s'est concentré sur les paramètres de résistance au cisaillement (principalement l'angle de friction et la cohésion) des différentes interfaces des barrages, obtenus à partir des essais de résistance au cisaillement. Une base de données comportant plusieurs centaines d'essais a été constituée à partir de rapports d'essais de résistance au cisaillement disponibles sur des barrages-poids en béton du Québec.Au total, des essais provenant de 30 barrages-poids en béton, 4 carrières et 2 projets de barrages ont été incorporés dans la base de données. Ces ouvrages, construits entre 1911 à aujourd'hui, ont été investigués dans les années 1985 à 2010. Les données recueillies ont permis d'établir que plusieurs variables semblaient influencés [i.e. influencées] par la résistance au cisaillement. Les facteurs influençant les paramètres de résistance au cisaillement (tels que la nature du roc, la rugosité, l'effet d'échelle, la granulométrie, l'altération, etc.) ont été étudiés par des analyses statistiques. Notamment, les analyses en composantes principales ont permis d'établir des corrélations entre les différentes variables et les données d'essais, tandis que les classifications ascendantes hiérarchiques ont regroupé les données semblables et contribuer [i.e. contribué] à mieux comprendre les relations entre les variables. Plus particulièrement, ce sont les relations entre les paramètres de résistance au cisaillement et les types de roches formant les fondations rocheuses des barrages du Québec qui étaient recherchés [i.e. recherchées]. Les principaux résultats de ces analyses ont été les suivants : (1) Il n'existe pas de relation linéaire (c'est-à-dire directe) entre les paramètres de résistance au cisaillement et les divers types de rocher de fondation ; (2) Il n'y a pas d'effet d'échelle sur les résultats à l'échelle de l'éprouvette de laboratoire ; (3) Il existe une corrélation importante entre les paramètres de résistance au cisaillement et les paramètres de rugosité des épontes. Cette étude a donc permis de mieux comprendre le comportement au cisaillement des interfaces d'un barrage-poids en béton et d'établir que le facteur prépondérant demeure relié à la morphologie des épontes des discontinuités. En outre, certaines modifications à la méthodologie actuelle pour la détermination des paramètres de résistance au cisaillement ont été proposées, permettant d'approfondir les relations avec la rugosité des épontes.

L'utilisation de revêtements abradables pour assurer l'étanchéité dynamique des turboréacteurs est une solution répandue qui permet d'augmenter la fiabilité et le rendement aérodynamique des turboréacteurs. En fonctionnement, des touches inévitables entre le revêtement et le bout d'aubes de rotor peuvent être à l'origine d'une usure excessive du revêtement abradable et/ou de la rupture d'aube. La simulation numérique de tels incidents butte sur un manque de connaissance des interactions aube/carter et des forces mises en jeu au contact, forces qui résultent notamment de couplages entre le frottement, l'usure du revêtement et des phénomènes vibratoires.Cette thèse a pour objectif de mieux appréhender les mécanismes d'interaction entre l'aube et le revêtement abradable. Elle résulte d'une collaboration entre l'ONERA de Lille et le Laboratoire de Mécanique de Lille et concerne le revêtement de type Al-Si/hbN (Metco 320NS), couramment utilisé dans les compresseurs à basse pression.Les propriétés physico-chimiques et le comportement mécanique - notamment en dynamique - du revêtement abradable sont étudiés. Compte-tenu d'une asymétrie du comportement en traction et en compression, l'exploitation en corrélation d'images numériques d'un essai original inspiré de l'essai Brésilien permet de rendre compte des mécanismes de dégradation. Le comportement tribologique est étudié sur tribomètre dans différentes configurations de contact. L'interaction entre l'aube et le revêtement ainsi que les couplages avec les vibrations d'aube sont investigués et caractérisés dans une configuration simplifiée et fortement instrumentée, sur un banc rotatif spécifique développé à l'ONERA de Lille

On a cherche a mettre en evidence les differents effets de la microstructure et des proprietes intrinseques des materiaux etudies (al::(2)o::(3), sic, sialon) sur les mecanismes d'enlevement de matiere lors de l'usure par frottement a sec. Des modifications microstructurales ou morphologiques ont ete tentees par divers traitements de frittage ou de post-frittage. En particulier, on a etudie les effets du pressage isostatique chaud et de l'implantation ionique sur les proprietes mecaniques et tribologiques du sialon fritte. On a developpe un essai de rayage pour remplacer les essais d'indentation mal adaptes du fait du role joue par les debris d'usure consideres comme un troisieme corps. On a etudie les mecanismes creant ces debris ou les faisant evoluer. Il apparait que le rayage et l'usure des ceramiques, deux phenomenes lies a la creation de debris (avec ou sans circulation), doivent etre consideres comme faisant appel principalement au caractere plastique de debris agglomeres

Afin d'étudier la technologie du stockage géologique du CO2, l'intégrité dans le temps de la formation hôte doit être assurée, notamment par l'évaluation de l'altération des propriétés mécaniques des géomatériaux en présence de CO2. Le scénario à l'origine des ces travaux de thèse illustre la possibilité d'une remontée de CO2 le long d'une faille de la roche de couverture. Ce problème géologique est complexe en raison du nombre de paramètres à considérer : température, confinement, effet d'échelle, hétérogénéités du géomatériau, composition du géofluide, réactions chimiques... Ces travaux se cantonnent à l'étude du comportement d'une discontinuité dans un géomatériau sous sollicitations chemo-mécaniques à l'échelle du laboratoire. Ils ont été menés en cotutelle entre le laboratoire SIAME de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour (France) et le laboratoire de mécanique des roches et de géologie appliquée de l'Université de Sherbrooke (Québec, Canada). Le programme expérimental a été défini pour caractériser d'une part la refermeture d'une fissure sous effort uni-axial cyclique, et d'autre part le comportement en cisaillement d'un joint rocheux dégradé chimiquement. Les données obtenues ont été utilisés pour modéliser le comportement d'une discontinuité. L'étude du comportement d'une fissure sous effort normal a été conduite par un essai cyclique de traction-compression. Il précise l'évolution des déformations inélastiques générées lors de cycles de fermeture-ouverture d'une discontinuité dans un géomatériau de synthèse (béton). Les données obtenues confirment la présence d'une hystérésis lors des cycles de chargement. L'analyse du champ de déplacements par corrélation d'images lors de la refermeture de fissure permet d'en déduire que les déformations inélastiques seraient gouvernées en partie par les frottements générés lors du ré-emboîtement des lèvres de la discontinuité. La non-correspondance des profils rugueux, entraînant la dissipation d'énergie par frottements illustrée par l'hystérésis, serait directement liée à la présence de contraintes internes. Le comportement d'un joint rocheux altéré sous sollicitation tangentielle utilise l'essai de cisaillement direct. Les surfaces rugueuses de roche sont dégradées chimiquement par immersion dans des solutions acides. La numérisation de ces surfaces par un profilomètre laser indique de légères modifications de la rugosité par dissolution. Les essais révèlent une profonde modification du comportement des joints attaqués : le pic de contrainte disparaît, la rigidité du joint diminue avec l'angle de dilatance et la phase de contractance est accrue. Ces évolutions s'expliquent par l'endommagement chimique qui accentue la non-correspondance des profils rugueux des joints et diminue les propriétés mécaniques du matériau de part et d'autre de la discontinuité. D'un point de vue numérique, l'apport de ces travaux de thèse réside dans la modélisation du comportement d'une discontinuité par le couplage d'un modèle élasto-plastique endommageable continu avec une résolution discrète du problème de contact/frottement. Les modélisations sont réalisées avec le code de calcul aux éléments finis Cast3M. Les géométries des lèvres de discontinuités sont directement modélisées à partir des profils de rugosité issus des numérisations expérimentales. Les résultats numériques représentent correctement les phénomènes de frottements constatés expérimentalement. Enfin, une modélisation de l'essai de cisaillement des joints altérés est réalisée en couplant le modèle mécanique avec un modèle d'endommagement chimique.