Étude expérimentale et numérique du comportement EHD des joints à hélices en PTFE

par Mustapha Chiad

Thèse de doctorat en Génie mécanique, productique, transport

Sous la direction de Mohamed Hajjam et de Aurelian Fatu.

Soutenue en 2011

à Poitiers .


  • Résumé

    Une part importante des systèmes d'étanchéité eest constituée depuis plusieurs décennies par des joints en polymère, aussi bien sur les liaisons statiques (joints toriques, membranes,. . . ) que pour assurer l'étanchéité de pièces en mouvement (joints à lèvre,. . . ). Par ce travail, nous avons contribué à la mise au point d'une première modélisation d'un organe d'étanchéité dynamique en PTFE, à savoir le joint à hélice circulaire. Nous avons donc modélisé cet organe en procédant ainsi : nous avons déterminé les caractéristiques (E, ν) du matériau utlisé pour fabriquer le joint puis nous avons mesuré sa géométrie fine et caractérisé avec précision son état de surface. Ensuite, nous avons entrepris le calcul de structure avec MSC Marc, afin de modéliser la phase de montage du joint sur l'arbre. Ce travail nous a permis d'accéder à la géométrie déformée du joint, aux différentes largeurs de contact et à la force radiale qu'exerce l'arbre sur le joint. Pour finir, nous avons élaboré la matrice de souplesse qui permet de traduire l'interaction fluide-structure. Tous ces éléments sont indispensables à une modélisation fiable et performante. Cette modélisation est basée sur l'équation de Reynolds modifiée. Cette dernière a été écrite dans le repère adéquat et discrétisée en éléments finis. Une procédure basée sur la méthode de Newton-Raphson a permis de résoudre ce problème fortement non linéaire. Des essais expérimentaux réalisés avec rigueur ont permis la validation du modèle proposé.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical studies of spiral groove ring seal EHD's bihaviour


  • Résumé

    From several decades, an important part of the sealing devices are made on polymer materials, as well in steady-state (O-rings, membranes,. . . ) as in dynamical conditions (lip seals, hydraulic seals,. . . ). In this work, we advanced in the comprehension of a dynamic PTFE sealing device: the PTFE lip seal with spiral groove. In order to model the spiral groove lip seal behaviour the first steps was to establish the seal material characteristics (Ε, ν), to measure with precision its geometry and to characterise its surface roughness. Secondly, the Msc. Marc finite element software has been used to model the assembling of the seal on the shaft. This static analysis gives us information about the seal geometry in contact with the shaft, the contact with and the radial force between the fluid and the seal stracture, a compliance matrix has been computed. All this elements are indispensable to obtain a reliable and efficient hydrodynamic model of the seal. The modelling of the seal is based on the Reynolds equation that has been written in the appropriate reference axes and discretized by finite elements. The Newton-Raphson method has been used to solve the non-linear elastohydrodynamic problem. Several experimental tests rigorously obtained allow us to validate the numerical model.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (107 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 32 réf.

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  • Cote : N-1773
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