Academic literature on the topic 'Frottement – Essais – Simulation par ordinateur'

Les essais de frottement ont été effectués sur un tribomètre pion sur disque. Pour obtenir une variation importante du module d'Young, une variété importante de matériaux a été testée plusieurs moyens ont été utilisés pour analyser les surfaces en frottement : le profilomètre laser, le microscope interférométrique, la caméra vidéo et le microscope électronique à balayage. Une analyse modale de la machine de frottement a permis de valider les approches théoriques par éléments finis et par paramètres discrets. Pendant l'essai de frottement, les vibrations ont été prélevées à l'aide d'un capteur d'effort tridirectionnel et deux capteurs d'accélération. L'analyse spectrale des signaux des efforts et des accélérations montre que le frotteur vibre à la même fréquence dans les directions normale et tangentielle. L'alourdissement du support du frotteur conduit à un changement du régime vibratoire et produit un accroissement de l'usure et du coefficient de frottement. Une évaluation du module d'élasticité produit une hausse de la fréquence de la vibration et une élévation du coefficient de frottement. Pour un frotteur hémisphérique l'augmentation du rayon du frotteur conduit à une hausse de la fréquence et à une élévation du coefficient de frottement et de l'usure du frotteur. La vibration est produite par la présence des particules d'usure à l'interface. La définition de la particule conduit au mouvement du frotteur, et provoque des empreintes sur la surface du disque. Le modèle analytique a permis de valider les résultats de mesure de mettre en évidence les harmoniques induites par le frottement.

Le but de la thèse est la modélisation et la simulation d'un système d'essuyage complet ainsi que l'explication de son fonctionnement. Une étude systématique de chaque composant a permis, dans un premier temps, de mettre en évidence et de hièrarchiser les élasticités ayant une influence sur le système, puis d'analyser, dans un second temps, les modes de vibration qui en résultent. Un logiciel basé sur un modèle de la lame issu de la RDM et validé par rapport à un code d'éléments finis non linéaire a été réalisé. Le flambage des bielles droites (désalignées ou non) et coudées a été éxaminé. Cette étude a conduit à une optimisation de leur profil. Un algorithme déterminant les pressions linéiques et les déformations de la vertèbre a été proposé. Une étude bibliographique importante a été constituée sur le frottement entre le caoutchouc et le verre précisant le rôle de la composition des matériaux, du temps, de l'humidité, de la vitesse, de la pression d'appui, du comportement viscoélastique, de la découpe de la lame. . . Une étude bibliographique sur le jeu est réalisée. Elle précise notamment l'importance des modes hautes fréquences et le rôle de l'élasticité
Des problèmes de couplage entre un système mécanique complexe et un modèle de jeux ont été mis en évidence. Des formules approchées des forces d'impact ont été données. Le rattrapage des jeux s'est avéré être le facteur prédominant dans les expériences et les simulations. Les principaux phénomènes aérodynamiques intervenant sur le système ainsi que des courbes expérimentales sont exposés. Plusieurs phénomènes sont analysés : différence entre le coefficient de frottement réel et apparent, influence des inerties du moteur et des bras-balais, les deux composantes du poids qui travaillent ensemble ou s'opposent au cours du balayage, Les discontinuités dues au rottementT, l'influence du frottement sur la force d'appui, la torsion des bras qui génère des surangles d'attaque, le changement prématuré du sens des forces

Le contact entre deux pièces, notamment quand il est provoqué comme sur les systèmes de freinage, mérite d'être amélioré et donc d'être mieux compris. Les phénomènes mis en jeu sont complexes car ils font appel à des notions multi-échelle, multi-physique dans un contexte d'évolution constante. Une difficulté supplémentaire est que le contact est fermé, et donc il est par conséquent difficile d'observer explicitement les phénomènes d'interface qui joue un rôle prépondérant dans les performances visés (pollution sonore, émission des particules fines, usure etc.). Au regard des normes environnementales européennes qui seront de plus en plus sévères, il est indispensable d'établir de nouvelles stratégies permettant de mieux appréhender le problème dans sa globalité. L'équipe souhaite tendre vers le couplage numérique et expérience. La partie « expérience » s'appuie sur des bancs d'essais dédiés avec une instrumentation riche et fine. La partie « numérique » s'appuie sur des modélisations multi-échelles et multi-physiques tentant de considérer des mécanismes tribologiques au sein d'un système complet. Une difficulté est de vouloir comparer (recaler) ces deux parties.Ainsi, l'objectif de cette thèse est de proposer des modèles prédictifs liant l'interface de contact avec le système complet par l'intelligence artificielle. Dans un premier temps, on tentera de déterminer les fréquences propres d'un système pion-disque en prenant en compte n'importe quelles surfaces pour l'interface. Plus précisément, cette interface présentera un champ de rugosité qui sera généré numériquement. Dans un second temps, un modèle IA est développé pour prédire la distribution de contact pendant un essai. Cette partie s'appuie sur des mesures d'une nappe de thermocouples noyée dans le matériau de friction en proche surface pendant les essais. Dans un troisième temps, en s'appuyant sur des acquisitions expérimentales du profil de surface à différent instant, un modèle est proposé pour déterminer les évolutions de l'usure. Les modèles IA spécifiquement développés pour ces trois parties font appel à des algorithmes de type CNN, GAN, RNN etc. Ces notions n'étant pas commune dans la communauté mécanicienne, elles sont illustrées sur un exemple simple d'identification de comportement en préambule de ce manuscrit. En termes de bilan, les résultats obtenus sont très satisfaisants au regard de la comparaison aux données de simulation et/ou expérimentales. Cela confirme l'intérêt de l'utilisation de l'IA afin de passer un cap dans la prédiction des modèles. De plus, l'IA permet aussi la compréhension et l'importance des paramètres d'entrée qui pourrait servir à moyen terme à optimiser le système ou de piloter les essais
The contact between two parts, especially when it is induced as in braking systems, needs to be improved and therefore to be better understood. The phenomena involved are complex because they involve multi-scale, multi-physics concepts in a context of constant evolution. An additional difficulty is that the contact is closed, and therefore it is difficult to explicitly observe the interface phenomena that play a major role in the targeted performances (noise pollution, emission of fine particles, wear etc.). In view of the European environmental standards which will be increasingly severe, it is essential to establish new strategies to better understand the problem in its entirety. The team wishes to move towards the coupling of numerical and experimental methods. The "experiment" part is based on dedicated test benches with a rich and fine instrumentation. The "numerical" part is based on multi-scale and multi-physics modeling trying to consider tribological mechanisms within a complete system. One difficulty is to compare (realign) these two parts.Thus, the objective of this PhD thesis is to propose predictive models linking the contact interface with the complete system through artificial intelligence. In the first step, we will try to determine the natural frequencies of a pin-on-disk system by considering any surface for the interface. More precisely, this interface will present a roughness field that will be generated numerically. In the second step, an AI model is developed to predict the contact distribution during a test. This part is based on measurements of a thermocouple array embedded in the near surface friction material during the tests. In the third step, based on experimental acquisitions of the surface profile at different times, a model is proposed to determine the evolution of wear. The AI models specifically developed for these three parts use algorithms such as CNN, GAN, RNN etc. These concepts are not common in the mechanical community, they are illustrated on a simple example of behavior identification in the preamble of this manuscript. In terms of results, the obtained results are very satisfactory when compared to simulation and/or experimental data. This confirms the interest of using AI in order to pass a milestone in the prediction of models. Moreover, AI also allows the understanding and the importance of the input parameters which could be used in the medium term to optimize the system or to drive the tests

Le contact frottant peut être à l’origine de vibrations comme le crissement. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’influence des paramètres géométriques, matériau et d’historique de frottement sur les occurrences de crissement.Un dispositif expérimental a été développé. Il est basé sur une architecture simplifiée permettant une maîtrise du comportement dynamique. Une instrumentation associée a aussi été mise en place. En parallèle, un modèle éléments finis a été introduit afin d’aider au dimensionnement et de réaliser des études paramétriques. Pour cette étude, deux matériaux ont été utilisés. Le premier, à formulation réduite, a été développé spécifiquement pour cette étude, le second est un matériau commercial.Dans une première étude, l’influence de la géométrie de contact entre le pion et le disque a été réalisée. Elle a montrée des modifications de comportement dynamique en lien avec l’évolution longueur de contact. Le modèle élément fini a montré l’importance de prendre en compte l’aspect non linéaire du matériau qui a été pris en compte à l’aide d’un modèle semi-analytique.Une seconde étude a été consacrée à l’étude de l’influence du matériau, de l’historique de frottement et du chargement thermique sur deux matériaux. Des simulations numériques couplées à des caractérisations du matériau ont permis d’apporter des éléments de compréhension aux comportements dynamiques observés. Enfin, l’étude se termine par une mise en œuvre du matériau commercial sur un dispositif expérimental différent. Une analyse fine de la surface de contact a été réalisée lors d’essais interrompus dans des états bruyants et silencieux. Les résultats montrent peu d’influence de l’évolution de la surface de contact sur les occurrences de crissement
Sliding contact can cause sound vibrations like squeal for example. The aim of this PHD is to study the influence of geometric parameters, material and friction evolution of squeal occurrences. An experimental set-up has been specially developed. It is based on a simplified architecture which allows a control of the dynamic behavior. Specific instrumentation has also been taken into account. An other hand, a finite element model has been introduced to help to design and permit to conduct to parametric studies. For this study, two kinds of material were used. The first one was specifically developed for this study with a reduced formulation while the second one was a typical commercial material. Firstly, the influence of contact geometry between the pin and the disk was performed. It has shown that the contact length deeply changes the dynamic behavior. The finite element model showed the keyrole of the non-linear aspect of the material. This aspect has been taken into account in a semi- analytical model. Secondly, the study has been devoted to the influence of the material, the evolution of friction and thermal loading. Results showed different behaviors for each material. The commercial material is more sensitive to the friction evolution. Numerical simulations enriched by material characterizations were allowed to bring some understanding to the observed dynamic behavior. Finally, the study concludes with an implementation of the commercial material on a different experimental set-up. A detailed analysis of the contact surface was achieved during tests interrupted in noisy and silent states. The results show little influence of the evolution of the contact area on the occurrence of squeal

Dans ce travail, on s'intéresse à l'étude et la modélisation de comportement mécanique de structure tissée. On commence par présenter les propriétés des matériaux testés grâce aux essais de caractérisation. Une base des données expérimentales est constituée afin d'analyser le comportement mécanique du tissu sous certaines sollicitations, et en particulier le cisaillement, moyennant la technique de corrélation d'image. Ensuite, en adoptant une approche hyperélastique, un modèle simplifié est développé permettant d'étudier numériquement l'influence de rapport des rigidités de traction et de cisaillement sur le comportement mécanique tissu suite à une extension à 45. Enfin, en se basant sur approche phénoménologique, une loi de comportement hyperélastique en puissance est proposée. Ce modèle est implanté dans une routine Vumat d'Abaqus/Explicit. Il est identifié à partir des essais de traction et de cisaillement et validé par certains cas de mise en forme des renforts tissés
In this work, we interested to the study and the modelling of mechanical behaviour of weave structure. We begin by presenting the properties of tested materials thanks to tests of characterization. An experimental data base is established to analyze the mechanical behaviour of fabric under some solicitations, in particular the shear, using the technique of digital image correlation. Then, by adopting a hyperelastic approach, a simplified model is developed allowing to study numerically the influence of the report of tensile and shearing rigidities on the mechanical behaviour of woven fabric, further to an extension in 45. Finally, by basing on phenomenological approach, a hyperelastic behaviour law is proposed. This model is implanted in a routine Vumat. It is identified from the tensile and the shearing tests and validated by certain cases of composite reinforcement forming

Ce travail présente le développement d'un outil numérique. Une formulation arbitrairement lagrangienne-eulérienne (ALE) est implémentée dans le logiciel 3D éléments finis FORGE3® pour simuler les différentes étapes du procédé de soudage par frottement malaxage (FSW). Une méthode découplée est utilisée : a) les champs de vitesses, pressions et températures du matériau sont calculés, b) la vitesse de maillage est calculée à partir de l'évolution des frontières du domaine et d'un critère de raffinement adaptatif procuré via une estimation d'erreur, c) les variables nodales et P0 sont transportées. Différentes techniques de calcul de la vitesse de maillage et de transport des variables sont étudiées, apportant des avantages significatifs par rapport à des approches plus standard. L'algorithme de contact a également été enrichi par une procédure de lissage d'outil. Ces améliorations ont été testées et appliquées sur des cas industriels.L'état stationnaire de soudage, tout comme les phases transitoires, sont simulés, montrant une bonne robustesse et une bonne précision de la formulation ALE développée. Dans un premier temps, la simulation de la phase de soudage stationnaire permet d'identifier, par comparaison avec des résultats expérimentaux, les paramètres de frottement. Dans un second temps, un des intérêts majeurs du modèle ALE étant la possibilité de simuler la formation de vide à l'interface outil/matière, la phase de plongée et des phases transitoires sont modélisées. Leurs simulations peuvent ainsi aider à mieux appréhender les mécanismes du phénomène complexe de déposition de matière qui doit avoir lieu à l'arrière du pion de façon à obtenir un joint sans défaut.

La compréhension et la prévention des mécanismes d'endommagement ayant un impact sur les cinétiques de production et les taux de récupération reste un problème ouvert en ingénierie de réservoir. L'objectif de cette étude repose sur la caractérisation du comportement hydromécanique de roches gréseuses et carbonatés en 'condition de réservoir' et l'identification des mécanismes locaux responsables des évolutions de perméabilité mesurables macroscopiquement. L'essentiel du travail expérimental s'est articulé autour d'un dispositif triaxial original, permettant de mesurer en cours de chargement les évolutions de perméabilité dans les directions principales du tenseur de contraintes. La validation de notre protocole effectuée, une première campagne d'essais en compression hydrostatique et uniaxiale sur les grès de Fontainebleau et de Bentheim permet, d'une part, une analyse plus fine du comportement intrinsèque de ces matériaux par la mise en évidence et la prise en compte d'effets expérimentaux, et d'autre part d'étudier l'impact de l'endommagement fragile sur les perméabilités directionnelles. Une seconde série d'expériences de compression, selon différents chemins de chargement, a été réalisée sur un carbonate, le calcaire d'Estaillades. En régime de déformation élastique, la modélisation de la réduction de perméabilité a été appréhendée par une approche Réseau de Pores, basée sur une représentation simplifiée de l'espace poreux et extraite des reconstructions 3D par µ-tomographie RX. Si la rupture fragile des échantillons ne perturbe que très peu la perméabilité initiale, à plus haute pression effective, les diminutions de perméabilité peuvent atteindre 90% et sont alors associées aux mécanismes de pore collapse. L'analyse des échantillons déformés, couplée aux techniques de corrélation d'images acquises in-situ sur des dispositifs de compression simple sous MEB et sous Optique, permet une meilleure prise compte du rôle des échelles d'hétérogénéités dans la localisation des déformations et de mieux définir leur impact sur les évolutions de perméabilités à l'échelle de l'échantillon
The Understanding and the prevention of damage mechanisms, which have an impact on the kinetics of production and the rate of recovery, remain an outstanding issue in reservoir engineering. The aim of this study, based on the characterization of the hydromechanical behaviour of sandstone and carbonate rocks in 'reservoir conditions', is the identification of the local mechanisms responsible for changes in permeability measured macroscopically. The experimental work was performed with an original triaxial set-up, which allows measurements of the stress-induced permeability evolutions in the principal directions of the stress tensor. A first experimental campaign, consisting in hydrostatic and uniaxial compression tests, has been performed on Fontainebleau and Bentheim sandstones. In one hand, we showed that experimental end-effects might affect significantly the ‘classical' axial permeability measurements, and in the other hand, we have determined the impact of brittle failure on directional permeabilities. Compression experiments, following different stress-paths, were also carried out on a carbonate, the Estaillades limestone. In elastic deformation regime, the reduction of permeability was modelized by pore network simulations, based on 3D reconstructions of μ-tomography RX and a simplified representation of the pore space. While brittle fracture of carbonate samples induced slight permeability evolutions, at higher effective pressure, permeability drops can reach 90% to the initial values and are associated with mechanisms of pore collapse. The post-mortem analysis of deformed samples, coupled with digital image correlation methods, using both SEM and Optical acquisition devices, provide a better understanding of the role of the heterogeneities, identified at different scales, in the strain localization and their potential impacts on permeability changes at the sample scale

L'objectif de ce travail est de mieux comprendre les phénomènes liés à la technique du vibrofonçage et de la valoriser. Ce rapport comporte trois chapitres. Le premier décrit les deux principales techniques de fonçage des pieux : le battage et le vibrofonçage. Le second présente deux séries de résultats expérimentaux : 1) une étude en vraie grandeur de l’impact acoustique et plus particulièrement une analyse des bruits engendrés par le fonçage des pieux avec un vibrateur, un marteau ou un trépideur, 2) une étude en vraie grandeur des vitesses particulaires pendant le fonçage des pieux, couplée à une étude numérique par éléments finis, en 2D et 3D, avec le progiciel CESAR-LCPC. A partir également d’expérimentations en vraie grandeur, le troisième chapitre compare la capacité portante des pieux mis en œuvre par battage et par vibrofonçage et propose une prise en compte de la différence de ces techniques de mise en œuvre dans les règles de calcul françaises de portance des pieux
The objective of this work is to better understand the phenomena related to vibratory driving and to capitalize on it. This report is organized into three chapters. The first describes two techniques of driven piles: impact driving and vibratory driving. The second chapter is based on two axes : 1) A full scale experimental study of acoustic impact of sound and especially an analysis of noise caused by the driving piles with a vibrator, a hydraulic hammer or a pneumatic hammer, 2) A full scale experimental study of particulate velocity during pile driving, coupled with a numerical analysis (both in 2D and in 3D), with the finite element software package CESAR-LCPC. From full-scale experiments, the third chapter compares the bearing capacity of piles implemented by impact and vibratory driving and proposes to take into account the vibratory driving piles into the French rules

Afin d'augmenter leur productivité, certains industriels de la découpe mécanique s'intéressent à un procédé émergeant : le cisaillage grande vitesse. Pour ce procédé, la vitesse du poinçon atteint 10m/s alors que cette vitesse ne dépasse pas 0,1 m/s pour le cisaillage conventionnel. Cependant, même si la qualité des découpes obtenues se rapproche celle du cisaillage fin, l'apparition de phénomènes dynamiques mal compris rend aujourd'hui délicat le déploiement du cisaillage grande vitesse. Dans ce travail de thèse nous proposons d'aller vers une meilleure maîtrise de ce procédé en utilisant aussi bien des moyens expérimentaux que numériques. Ainsi un dispositif expérimental instrumenté a été mis au point afin d'observer finement les phénomènes présents lors de la découpe. Ce dispositif conserve des similitudes avec les moyens industriels et comprend notamment un poinçon dont la section varie et une matrice solidaire d'un tube de Hopkinson pour la mesure des efforts de cisaillage. Cette mesure a comprend un traitement spécifique afin de corriger des effets dynamiques présents dans la matrice. Ce traitement, qui nécessite une calibration du banc, a été validé grâce à une modélisation numérique unidimensionnelle. Des observations du faciès de rupture ont permis de mettre en évidence la présence de bandes de cisaillement adiabatiques, signature d'une augmentation localisée importante de la température. Par ailleurs, une modélisation thermomécanique du comportement de l'acier C40 (loi de Johnson-Cook) a été réalisée et utilisée dans un code de simulation utilisant une approche C-NEM (Constrained Natural Element Method) pour reproduire les cisaillages observés sur le banc. Une étude comparative simulation/expérimentation a ainsi pu être effectuée
To increase their productivity, blanking professionals are interested by an emerging process: the high speed blanking. For this process, the punch speed reaches10m/s whereas this speed does not exceed 0,1m/s for conventional blanking process. However, even if the quality of the obtained surfaces is close to those obtained with fine blanking, the occurence of hard dynamic phenomena makes difficult the deployment of the high speed blanking process. This work proposes to better control this process using experimentations and numerical simulations. An instrumented device has been designed to observe in detail the existing phenomenon during cutting. This device is similar to the industrial one. It includes a punch with non-constant sections and a matrix linked to an Hopkinson's tube in order to measure the blanking cutting forces. This measure requires a specific treatment to correct dynamic effects present in the matrix during the cutting. This treatment, which uses a calibration of the device, was validated thanks to a one-dimensional numerical model. Many observations made on the blanked surfaces have shown that adiabatic shear bands (ASB) can take place. A thermo-mechanical constitutive model (Johnson-Cook's law) of the C40 steel has been identified and used into simulations to reproduce real experimentations. The used simulation is based on a C-NEM approach (Constrained Natural Element Method). A comparative study between simulation and experimental results has been done. Results show a good correlation with experimental tests