Contribution à l'estimation de la fiabilité de systèmes mécaniques soumis à l'usure

par Julien Hersant

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Fabrice Guérin.


  • Résumé

    De tout temps, l’homme a utilisé des systèmes mécanique pour l’aider à porter, à lever, à se déplacer, etc. Aujourd’hui les systèmes mécaniques sont présents partout dans notre quotidien sous toutes ces formes. Ainsi, leur maîtrise est un enjeu majeur pour les entreprises qui les conçoivent et les fabriquent, et pour les usagers qui les utilisent ou/et les exploitent. En effet, ces systèmes intègrent des cinématiques plus ou moins complexes avec de nombreuses pièces en mouvement surjettes à des phénomènes d’usure aux interfaces. L’usure est un processus de dégradation qui engendre des pertes de performance pouvant aller jusqu’à l’apparition d’une défaillance. Aussi, un enjeu important est de maitriser la fiabilité de ces systèmes pour répondre à des problématiques tant économiques que de sécurité. Dans cette thèse, nous nous intéressons au cas particulier des contacts roulants qui sont aujourd’hui répandus dans de nombreux domaines tels que l’automobile, le ferroviaire ou l’ingénierie de production pour la transformation de mouvement. Dans ce type de problème, les passages successifs d’un composant sur un second génèrent de l’usure superficielle. En effet, une piste de roulement se creuse faisant évoluer les paramètres géométriques. Les travaux présentés donnent un état de l’art sur le domaine de la tribologie avec la description du problème d’usure, ainsi qu’une liste des méthodes courantes de résolution. Deux approches d’estimation de la fiabilité sont ensuite décrites et analysées. La première est basée sur un modèle mécanique d’usure avec prise en compte des incertitudes sur les paramètres de modèles et la seconde sur les processus stochastiques. On montre que les modèles d’usure issus des deux approches donnent des dispersions différentes. Afin de choisir la bonne approche, nous avons lancé une campagne d’essais. Pour ce faire, un banc d’essai a été construit et un plan d’essai statistique a été proposé. L’analyse statistique des premiers résultats d’essai, malgré les difficultés expérimentales, montre que les processus stochastiques sont bien adaptés pour la modélisation des dégradations par usure. Ces travaux de thèse apportent une analyse critique sur les approches d’estimation de l’usure et détaillent des méthodologies de mise en place et d’analyse d’essais dans le but d’effectuer une comparaison.


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