Modélisation tridimensionnelle et étude du rayage des revêtements fragiles : identification des endommagements par résolution du problème du contact et du champ des contraintes

par Andel Djamaï

Thèse de doctorat en Génie mécanique, productique, transport

Sous la direction de Hamid Zaïdi.


  • Résumé

    Lorsque deux corps lisses ou rugueux sont mis en contact, des sollicitations mécaniques sont imposées sur la surface et en subsurface des deux antagonistes du contact. Ces sollicitations peuvent engendrer des dégradations des matériaux. Il est donc impératif d'évaluer le type et l'amplitude des contraintes mécaniques imposées. Une simulation de mécanisme de formation de fissures dans les matériaux fragiles soumis à une indentation sphérique ou à un rayage a d'abord été réalisée. Les lieux d'initiation, le chemin de propagation et longueur de la fissure ont été obtenus. Des tests d'indentation et de rayage du verre ont permis de comparer les résultats numériques aux résultats expérimentaux. Une analyse bibliographique approfondie a permis de définir les hypothèses nécessaires à une modélisation théorique d'un contact sur revêtement lisse ou rugueux. Un modèle numérique tridimensionnel d'éléments de frontière faisant appel à une double transformée de Fourier a ensuite été développé pour la résolution d'un contact élastique ou élasto-plastique entre un indenteur et un revêtement lisse ou rugueux. Ce modèle a permis d'obtenir les champs de pression et de contraintes dans le cas d'indentation et de rayage par une sphère. Par ailleurs, les effets de contact tels que le frottement, l'usure, la génération de débris, l'endommagement fragile, et la délamination d'un revêtement peuvent ont été discutés et différentes tendances dégagées. Ce modèle a également permis d'identifier les différents types et mécanismes d'endommagements observés lors du rayage du verre et de différents revêtements de DLC, et de TiN en prenant en compte leurs rugosités. Il a notamment été possible d'expliquer les ruptures à 45° en bord de trace du DLC provoquées par le cisaillement.

  • Titre traduit

    Threedimensional model and brittle coatings scrtach study : damage identification by means of resolution of contact and stress field


  • Résumé

    A simulation of cracks formation mechanism was carried out for brittle materials subjected to spherical indentation or a scratch. The initiation places of cracks as well as their way of propagation, and crack length were obtained. Indentation tests and glass scratches made it possible to make a comparison between numerical and experimental results. A three-dimensional numerical model using border elements has been developed. It realise the resolution of an elastic or elastoplastic contact between a indentor and a smooth or rough coating. The pressure and stress fields were obtained using this model. The effects of contact such as friction, wear, remains generation, brittle damage, and the coating delamination can then be discussed, and various tendencies predicted. This model also allows to identify the various damage types and mechanisms which occur during the scratch of glass and DLC or TiN coatings.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (240 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 107 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Poitiers. Service commun de la documentation. Section Sciences, Techniques et Sport.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 05/POIT/2305-B
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