Modélisation multi-physique du comportement tribologique du contact balai-collecteur, cas des démarreurs stop-start

Modeling the tribological behavior of brush-commutator contact for electrical starters by Discrete Element Method

• Auteur / Autrice : Chaoqun Zeng
• Direction : Mathieu Renouf, Yves Berthier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et génie civil
• Date : Soutenance le 09/01/2017
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Génie Civil / LMGC
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Renouf, Yves Berthier, Christine Boher, Emmanuel Bellenger, Andras Eleod, Laurent Waltz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Boher, Emmanuel Bellenger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contacts électriques

Méthode des éléments discrets

Usure (mécanique)

Mots clés libres

Usure des balais

Méthode des Eléments Discrets

Contact électrique glissant

Brush wear

Discret Element Method

Sliding electrical contact

Résumé

Les balais de démarreurs utilisent un mélange de graphite et de cuivre pour assurer la transmission du courant électrique dans un contact glissant. La densité de courant qu'ils subissent peut atteindre 300A et la vitesse de glissement 20m/s. Ces contraintes très sévères entrainent une usure rapide de ces balais. La conséquence directe est un nombre de cycles insuffisant face au nombre accru demandé par les consommateurs, notamment avec l'introduction de la fonctionnalité stop-start qui augmentent d'une façon brutale le nombre de démarrage d'un démarreur. Le but de la thèse est de comprendre le mécanisme d'usure de ces balais métal-graphite via la modélisation numérique et des essais expérimentaux réalisés sur un banc tribomètre. La compréhension passe au niveau général d'un milieu continu homogène discrétisé par des éléments discrets jusqu'à un mélange d'élément entre cuivre et graphite, pour avoir une appréciation plus approfondie du mode d'usure notamment concernant les deux éléments présents cuivre et graphite, en essayant de chercher une composition optimale.

We study the tribological behavior of brush-commutator contact for electrical starters. Such contact composed of metal-graphite brushes and a copper commutator is under extremely severe electrical and mechanical sollicitations during starting cycles. The direct impact of this is an insufficient number of cycles for stop-start applications before failure. Our goal is to study the effect of electrical current on the tribological behavior of the contact system using enhanced Discrete Element Method. The mechanical, electrical and thermal behaviors are computed for a elementary representative volume of contact system. The simulation results showed the impact of Joule heating on tribological behavior of contact accelerate the wear process of contact, suggesting a better brush material with better electrical conductivity, leading to the study of the impact of metal content on tribological behavior of contact, since metal elements can improve significantly the electrical conductivity of brush material.