Etude de la fatigue de contact de roulement : approche expérimentale dans un matériau fragile et modélisation numérique

par Houssein Abbouchi

Thèse de doctorat en Génie mécanique, productique et transports

Sous la direction de Bernard Villechaise et de Arthur Francisco.

Soutenue en 2008

à Poitiers .


  • Résumé

    Ce travail a consisté à étudier le phénomène de la fatigue de contact de roulement (RCF). Les avaries qui apparaissent par RCF se caractérisent, à la surface des pièces roulantes, par des fissures, des piqûres et des écaillages. Les fissures de RCF sont mal décrites, dans leur forme géométrique, dans les travaux précédents. Ceci a conduit à une approche expérimentale utilisant un dispositif bi-disques dans lequel le disque éprouvette est réalisé dans un matériau transparent. La conception du dispositif permet d’imposer une force tangentielle et de créer des conditions de roulement avec glissement partiel. On résume les résultats expérimentaux par :–faire apparaître une famille de fissures débouchantes. –suivre avec précision l’évolution des fissures, dans la matière en 3D. –proposer des équations paramétriques pour décrire la forme géométrique du front de fissure. –constater que l’endommagement de RCF, à sec, s’est établi pour la position ‘menant’ de l’éprouvette. –et l’existence d’un pas quasi régulier entre les fissures. On a proposé un modèle numérique pour comprendre les deux derniers points. Le calcul a été réalisé avec le logiciel MSC. MARC. On a réalisé quatre plans d’expériences. On a décrit l’action d’un contact roulant sur un massif fissuré de façon incrémentale. Ceci permet d’obtenir les répartitions de pression et de cisaillement dans ce contact conformes à la loi de frottement et à la cinématique expérimentale. Ce modèle a montré que la contrainte de ‘peau’ sxx atteint des niveaux plus élevés pour la position ‘menant’. C’est en accord avec les résultats expérimentaux. En s’appuyant sur la valeur de sxx max, on a expliqué le pas quasi régulier de fissures.

  • Titre traduit

    Study of the rolling contact fatigue, an experimental approach in a brittle material and numerical model


  • Résumé

    This work consisted to study the phenomenon of the rolling contact fatigue (RCF). The damages that appear by RCF are characterized, on the rolling contact surface, by cracks, pits and spalls. The geometrical form of RCF cracks is badly described, in the previous works. This point led us to an experimental approach using a twin-discs machine in which the specimen disc is made of a transparent material. The design of the experimental device permits us to impose a tangential force in the contact and to create conditions of rolling combined with partial slip. We can summarize the experimental results by:–the initiation of multi surface cracks–the evaluation, with precision, of the evolution of the cracks, on the contact surface and in the matter (3D). –we proposed parametric equations to describe the geometrical form of crack front. –we noted that the RCF damage, in dry conditions, is more important on the driver disc than in the driving disc. –the existence of a quasi regular distance between the cracks. We proposed a numerical model to understand the last two points. Calculation was carried out with MSC. MARC software. We carried out four Design of Experiments. We have modeled the rolling contact of a disc on a cracked plate in an incremental way. This makes it possible to obtain the distributions of contact and shearing stresses in the contact area according to the law of friction and the experimental kinematics. This model showed that the tensile surface stress sxx reaches higher levels for the driver disc. This is in agreement with the experimental results. Based on the position of sxx max, a justification of the quasi-regular distance between cracks has been proposed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (191 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 69 réf.

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