Déplacement relatif et frottement à l'interface d'un contact élastique

Investigations upon relative kinematics and friction at an elastic contact interface

• Auteur / Autrice : Luminita Beleca Irimescu
• Direction : Yves Berthier, Emanuel Diaconescu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Lyon, INSA en cotutelle avec Université Etienne le Grand de Suceava
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMC - Laboratoire de Mécanique des Contacts (Lyon, INSA1962-2003)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Frottement

Hystérésis

Contraintes (mécanique)

Tribologie (technologie)

Résumé

L'objectif de ce travail est l'étude, à la fois théorique et expérimental, du frottement à l'interface d'un contact élastique en roulement ou fretting. Pour un contact général elliptique, normalement chargé, le frottement représente une perte d'énergie produite par deux facteurs: le microglissement à l'interface du contact et l'hystérésis élastique. Afin d'évaluer le frottement induit par les microglissements, un modèle analytique a été développé prenant en compte les déplacements élastiques de la surface de contact. La différence entre les vitesses linéaire des points correspondants de l'interface induits un microglissement supplémentaire calculé à partir des équations cinématique fondamentales. La région de contact se divise en zones de microglissement qui subissent des contraintes de cisaillement. A partir de ces contraintes, la traction tangentielle et le coefficient de frottement correspondante ont été calculés dans tous les points de la surface du contact. Le modèle a été développé pour différentes géométries de contact circulaires et elliptiques. Le champ des contraintes à l'interface a été calculé dans les cas du contact en roulement et en condition de fretting. En supposant la contrainte équivalent Huber-Mises-Hencky responsable pour l'endommagement de la surface du contact, elle a été calculée numériquement dans tous les points du contact. La deuxième source de frottement, les pertes d'énergie par hystérésis, ont été étudiés à travers des essais d'impact, prenant en compte leur dépendance linéaire avec le volume déformé du matériau. Les résultats théoriques ont été validés par comparaison avec des recherches existant dans la bibliographie et des essais expérimentaux propre.

The aim of this work is to study theoretically and experimentally the friction in an elastic contact subjected to rolling or sliding (fretting). In a normally loaded elliptical contact, the friction stems from two factors: micro-slip between the contacting surfaces and the elastic hysteresis. In order to evaluate the friction induced by micro-slip, an analytical model was developed by taking into account the elastic displacements on contact surface. The difference between linear velocities of corresponding points of the interface induces a supplementary micro-slip, which can be computed by using the fundamental equations of kinematics. The contact is divided into micro-slip zones, subjected to shear stresses. The tangential tractions and corresponding friction coefficient, were computed for each point in contact surface by considering these shear stresses. The model was developed for circular and elliptical contacts geometry. The stress field on the interface was computed both for rolling and sliding contacts. The Huber-Mises-Hencky equivalent stress, assumed to be responsible for the contact surface failure, was numerically computed in each point of contact surface. The second source of friction, namely hysteresis losses, were studied using impact contact tests. The linear relationship between hysteresis losses and the deformed material volume was assumed. The theoretical results were verified by a comparison with literature and especially deviced experimental tests.