Étude thermomécanique des disques de frein PDF Download
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Author: Ali Belhocine
Publisher: Les Éditions du Net
ISBN: 231200965X
Category : Science
Languages : fr
Pages : 149
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Book Description
L’objet de cette thèse est de présenter une étude du comportement thermomécanique des disques de frein automobiles pour la prédiction de leur tenue en fatigue. La stratégie de calcul numérique est repose sur le code de calcul Ansys v.11. Ce dernier qui est basé sur la méthode des éléments finis et qui possède des algorithmes de gestion du contact avec frottement est utilisé pour simuler dans l’application du freinage le comportement du mécanisme malgré son complexité. Dans un premier temps, est présentée une analyse des phénomènes thermiques opérant dans un disque de frein en service (flux de chaleur généré par frottement, gradients thermiques élevés, élévation de température). Cette modélisation est effectuée en tenant compte l’influence d’un certains nombre de paramètre tel que le type de freinage, le mode de refroidissement, les matériaux de conceptions. Ensuite, une étude purement mécanique du contact sec entre le disque et plaquettes est développée avec une bonne prédiction devient un enjeu majeur pour les industriels tout en modélisant le chargement et les conditions aux limites autours du disque. Nous avons utilisé le même code de calcul pour visualiser les déplacements, les déformations globales dans le disque, les contraintes de cisaillement, les contraintes de Von Mises et les outils de contact des plaquettes tout en effectuant une étude paramétrique telle que ( le module de Young des plaquettes, le coefficient de frottement , le type de chargement , la vitesse de rotation du disque ,..) pour voir sa sensibilité sur les résultats de calcul. Ainsi, les analyses faites sur le comportement thermique et mécanique que de ces prototypes montrent que ces types de solutions technologiques représentent de réelles pistes d’amélioration qui répond au besoin de l’ingénieur en charge de la conception des disques de frein.
Author: Ali Belhocine
Publisher: Les Éditions du Net
ISBN: 231200965X
Category : Science
Languages : fr
Pages : 149
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Book Description
L’objet de cette thèse est de présenter une étude du comportement thermomécanique des disques de frein automobiles pour la prédiction de leur tenue en fatigue. La stratégie de calcul numérique est repose sur le code de calcul Ansys v.11. Ce dernier qui est basé sur la méthode des éléments finis et qui possède des algorithmes de gestion du contact avec frottement est utilisé pour simuler dans l’application du freinage le comportement du mécanisme malgré son complexité. Dans un premier temps, est présentée une analyse des phénomènes thermiques opérant dans un disque de frein en service (flux de chaleur généré par frottement, gradients thermiques élevés, élévation de température). Cette modélisation est effectuée en tenant compte l’influence d’un certains nombre de paramètre tel que le type de freinage, le mode de refroidissement, les matériaux de conceptions. Ensuite, une étude purement mécanique du contact sec entre le disque et plaquettes est développée avec une bonne prédiction devient un enjeu majeur pour les industriels tout en modélisant le chargement et les conditions aux limites autours du disque. Nous avons utilisé le même code de calcul pour visualiser les déplacements, les déformations globales dans le disque, les contraintes de cisaillement, les contraintes de Von Mises et les outils de contact des plaquettes tout en effectuant une étude paramétrique telle que ( le module de Young des plaquettes, le coefficient de frottement , le type de chargement , la vitesse de rotation du disque ,..) pour voir sa sensibilité sur les résultats de calcul. Ainsi, les analyses faites sur le comportement thermique et mécanique que de ces prototypes montrent que ces types de solutions technologiques représentent de réelles pistes d’amélioration qui répond au besoin de l’ingénieur en charge de la conception des disques de frein.
Author: Jens-Wolf Jaisle
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 438
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Book Description
Cette thèse concerne le comportement des disques de frein sous une charge thermique, notamment l'évolution de la température et la déformation. On y examine aussi les possibilités de contrôler ce comportement. On modélise le disque dans son environnement par les différentes voies d'évacuation et d'injection de chaleur, notamment la convection, la conduction, le rayonnement et le flux de chaleur du au freinage. En ce qui concerne les voies d'évacuation de chaleur, la modélisation de la convection se révèle comme étant le problème principal car elle est liée aux conditions aérodynamiques autour du disque. On utilise une technique de subdivision de la surface du disque en attribuant des coefficients de convection différents aux sub-surfaces. La même technique est utilisée pour la modélisation du rayonnement. Le modèle est vérifié par des essais sur banc. On étudie si des modifications à la géométrie conduisent à des améliorations du comportement thermique. Pour étudier cette question, la méthode des plans d'expériences est utilisée
Author: Toufik Bouache
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 302
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Book Description
Le travail développé dans ce mémoire est une contribution à l’étude des transferts de chaleur dans un dispositif de freinage à disques. L’étude est effectuée par voies théorique, numérique et expérimentale. Une solution analytique est établie pour déterminer la distribution 3D de la température dans le disque en régime périodique établi. Des modélisations numériques 3D transitoire sont également développées. Les résultats de ces modélisations ont permis d’analyser les évolutions des températures et de déduire les gradients thermiques dans l’intégralité du dispositif traité. Ces éléments sont précieux pour l’étude du comportement thermomécanique du disque de frein (contraintes, déformations, efficacité et usure). Deux modèles inverses sont développés pour déterminer les températures et les paramètres de contact au niveau de l’interface disque-plaquette (coefficient du partage de flux et résistance thermique de contact). Des mesures thermiques par thermocouples ont été effectuées à l’aide d’un dispositif monté sur un tour d’usinage. Les résultats expérimentaux sont ensuite utilisés pour la procédure d’identification des paramètres de contact.
Author: ABDELTIF EL.. GOURARI
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 180
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Book Description
APRES UNE ETUDE ET UNE CRITIQUE DES PRINCIPALES METHODES UTILISEES EN THERMIQUE, UNE METHODE ORIGINALE HYBRIDE A ETE DEVELOPPEE POUR SIMULER LE COMPORTEMENT THERMIQUE 3D TRANSITOIRE D'UN SYSTEME DE FREINAGE A DISQUE. LE PRINCIPE DE CETTE METHODE REPOSE SUR L'EMPLOI SIMULTANE DE LA TRANSFORMATION INTEGRALE DE FOURIER ET DE LA METHODE DES ELEMENTS FINIS 2D, POUR TRAITER LE DISQUE DE FREIN, ET LA METHODE DES ELEMENTS FINIS 3D POUR TRAITER LES PIECES FIXES FROTTANTES SUR LE DISQUE DE FREIN. LES PERFORMANCES DE CETTE METHODE ORIGINALE SONT NETTEMENT SUPERIEURES A CELLES DE LA METHODE DES ELEMENTS FINIS, NOTAMMENT AU NIVEAU DU TEMPS DE CALCUL. POUR PERMETTRE UNE EXPLOITATION INDUSTRIELLE EFFICACE DE LA METHODE ORIGINALE DEVELOPPEE, UN LOGICIEL SPECIFIQUE A ETE REALISE ET ENSUITE INTEGRE DANS LE CODE D'ELEMENTS FINIS MEF-MOSAIC
Author: Florent Vallet
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 170
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Book Description
Malgré l'extension de l'utilisation sur les poids lourds de freins à disques, leur fissuration en reste un problème majeur. Notre étude a pour objectif d'améliorer la compréhension de ce mode d'endommagement en précisant la contribution et les liens entre les phénomènes thermiques, mécaniques et physiques. Notre approche s'appuie donc sur des simulations numériques guidées par des données expérimentales, depuis le développement des modèles jusqu'à leur validation. L'élévation de température, gouvernant le comportement du frein, doit d'abord être étudiée. Dans ce but, l'influence des caractéristiques thermiques, de la géométrie, des échanges convectifs est analysée avant d'aborder l'étude thermique 30 transitoire. Cette étude a permis de mettre en évidence l'augmentation des températures maximales induite par la non-uniformité des conditions de contact disque/plaquette et d'en identifier et évaluer les causes : mécanismes de serrage, déformations thermiques et mécaniques globales et déformations thermoélastiques locales. L'introduction d'une évolution de ces conditions de contact, sous la forme d'une loi d'usure, permet de simuler les variations de température évaluées expérimentalement. L'étude des champs de contrainte a montré qu'ils sont gouvernés par les sollicitations d'origine thermique et que les niveaux de température élevés simulés entraînent des déformations plastiques qui, après refroidissement, génèrent les contraintes résiduelles de traction responsables de l'ouverture de fissures. L'analyse du comportement de ces fissures à l'aide d'un modèle 20 élastique linéaire a permis d'identifier le cycle de fatigue élémentaire responsable de la propagation ainsi qu'une avancée irrégulière du front de fissure résultant de la non-uniformité des conditions de contact. Cette étude a permis d'identifier l'enchaînement, supposé jusqu'alors, des phénomènes conduisant à la fissuration, et montre l'importance de la non-uniformité des conditions de contact.
Author: Philippe Dufrénoy
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Languages : fr
Pages : 208
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Book Description
L'augmentation continue des énergies et des puissances de freinage des systèmes ferroviaires a conduit peu à peu les disques de freins vers leurs limites d'utilisation, mises en évidence par des échauffements thermiques considérables (supérieurs à 1000°C) et par l'apparition de fissures en surface des pistes de frottement. Les travaux présentés ont consiste à développer des modèles numériques du comportement thermomécanique des disques de freins, afin de mieux comprendre les phénomènes engendrés et de prédire les niveaux de performance et d'endurance face à une sollicitation donnée. Pour appréhender les gradients thermiques effectifs de surface, la dynamique de contact de la garniture est introduite, régie par les variations de l'usure, des dilatations thermiques, des champs de pression de contact, des caractéristiques des matériaux ou encore des déformations plastiques. L'utilisation de techniques expérimentales récentes par thermographie infrarouge sur objets tournants, s'est avérée cruciale pour la mise en évidence des phénomènes tels que les cercles de feu et pour la validation des modèles numériques correspondants. Il a pu être montré expérimentalement et numériquement que le développement de points chauds stabilisés sur la surface du disque pouvait provenir du flambement du disque dû à l'état de compression circonférentielle, et qui serait initié lors de la transition élasto-plastique. La présence de ces points chauds correspond à la sollicitation thermomécanique la plus endommageante pour le disque, pour laquelle il a pu être démontré le risque d'une sollicitation caractéristique de la fatigue thermique oligocyclique, dont les premiers calculs montrent qu'elle peut être à l'origine de la fissuration des disques. La compréhension de ces phénomènes et les modèles développés doivent permettre de définir et de repousser les limites des systèmes actuels, afin d'augmenter les capacités de charge et les vitesses de service des véhicules ferroviaires.
Author: CYRILLE.. LE TALLEC
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 200
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Book Description
L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL CONCERNE LA DETERMINATION DES TEMPERATURES ET DENSITES DE FLUX SURFACIQUES MOYENS D'UN DISQUE ET D'UNE PLAQUETTE DE FREIN AU MOYEN D'UNE METHODE INVERSE DE TYPE DIFFERENCES FINIES SEQUENTIELLE. LES DONNEES PROVIENNENT D'UNE SERIE D'ESSAIS SPECIFIQUES REALISES DANS UN CENTRE D'ESSAI, SUR UN VEHICULE INSTRUMENTE. L'ORIGINALITE DE CE PROBLEME INVERSE DE CONDUCTION DE LA CHALEUR (P.I.C.C) RESIDE DANS LE TRAITEMENT DES TERMES DE TRANSPORT DE L'EQUATION DE DIFFUSION DE LA CHALEUR (CAS DU DISQUE) ET L'INTRODUCTION D'UNE LOI D'USURE AVEC FRONTIERE MOBILE (CAS DES PLAQUETTES). LE PROBLEME EST MONODIMENSIONNEL, NON LINEAIRE. APRES UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE PORTANT SUR LES PROBLEMES THERMIQUES LIES AU FREINAGE ET SUR LEUR MODELISATION, NOUS PRESENTONS UNE SIMULATION NUMERIQUE D'UN SCENARIO-TYPE DE FREINAGE. UNE DESCRIPTION DE LA METHODE INVERSE UTILISEE, AINSI QU'UNE ETUDE DE SON COMPORTEMENT ET DE SA SENSIBILITE AUX ERREURS LIEES A LA METROLOGIE SONT ENSUITE PROPOSEES. DES CONCLUSIONS RELATIVES AU CHOIX DE L'EMPLACEMENT DES CAPTEURS ET D'UN SCENARIO DE FREINAGE SONT DEGAGEES. ON DECRIT ENSUITE LES CARACTERISTIQUES DES ESSAIS SELECTIONNES (GEOMETRIE DES ELEMENTS INSTRUMENTES, EMPLACEMENT DES THERMOCOUPLES, PROTOCOLES D'ESSAIS) DEUX ESSAIS, COMPORTANT CHACUN 30 CYCLES DE FREINAGE/ACCELERATION, SONT DEPOUILLES ET COMMENTES DANS LE CAS DU DISQUE. NOUS PRESENTONS ET COMMENTONS SOUS FORME GRAPHIQUE LES ESTIMATIONS DE TEMPERATURES ET DENSITES DE FLUX SURFACIQUES, AINSI QU'UNE EVALUATION DES COEFFICIENTS D'ECHANGES CONVECTIFS MOYENS. UNE COMPARAISON AVEC DES CORRELATIONS EST AMORCEE. UNE PRISE EN COMPTE DES PHENOMENES D'USURE S'IMPOSE POUR LES TROIS ESSAIS MENES SUR LES PLAQUETTES. DE MEME, LA MISE EN EVIDENCE DU COMPORTEMENT ATYPIQUE DE CERTAINS CAPTEURS REND NECESSAIRE UNE DEMARCHE ADAPTEE. DE LA MEME FACON, LES TEMPERATURES ET DENSITES DE FLUX SURFACIQUES SONT PRESENTEES ET ANALYSEES
Author: Noureddine Benseddiq
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 312
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Book Description
Les limites actuelles des freins à disques ferroviaires sont principalement issues des échauffements considérables en surface des matériaux de friction. Ce travail a pour objet de présenter une optimisation de la structure et de la forme d'une garniture de frein, dans le but d'améliorer le contact frottant et par conséquence de réduire les températures et les gradients thermiques correspondants. Cette démarche fait suite à la mise au point d'un algorithme de simulation du comportement thermomécanique des freins a disques, base sur l'enchaînement d'une résolution thermique et thermomécanique avec la résolution du problème de contact et la prise en compte du phénomène d'usure. L'incidence de l'optimisation sur les échauffements est quantifiée ainsi que sur les propriétés tribologies : l'usure globale du disque et de la garniture ainsi que le coefficient de frottement. La mesure de température par thermographie infrarouge sur l'objet tournant, a permis de valider les modèles élaborés.
Author: Jonathan Wong
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 163
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Book Description
Le contexte industriel de la thèse est de comprendre et modéliser la sollicitation thermique des disques de frein de TGV afin d’en déduire l’endommagement en surface. Pour les quatre types de garnitures commerciales utilisées, l’endommagement se traduit par l’apparition rapide d’un réseau de faïençage superficiel, qui peut conduire, dans certains cas, au développement d’une fissure macroscopique. L’étude procède en trois étapes : i) connaître les chargements thermiques subis par le disque, en fonction des caractéristiques de la garniture utilisée ; ii) déterminer les champs de contrainte et déformation au cours de freinages types ; iii) analyser leur criticité eu égard aux risques de faïençage et fissuration. Pour cela, une nouvelle campagne sur banc d’essai à l’échelle 1 a été menée en portant une attention particulière sur les mesures thermiques. D’un point de vue modélisation numérique, des modèles 2D et 3D du disque sont utilisés pour la simulation de cercles chauds ou de points chauds. La sollicitation thermomécanique est analysée pour les différents types de garniture, soit à partir de champs thermiques simplifiés, soit à partir des films thermographiques issus des essais. Enfin, un modèle complet du système de freinage complet est utilisé pour mettre en évidence les paramètres de la garniture influant sur la localisation du flux thermique et la répartition de pression de contact. Des études paramétriques sont alors menées pour dégager l’influence des paramètres physiques et mécaniques des garnitures, et proposer dans une démarche prédictive des voies d’amélioration dans la conception de nouvelles garnitures moins préjudiciables vis-à-vis des risques de fissuration.
Author:
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Category :
Languages : fr
Pages : 217
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Book Description
Un modèle de loi de comportement élastoviscoplastique à température variable à été développé pour la prévision du comportement d'un acier utilisé dans la fabrication des disques de frein pour matériel ferroviaire sous chargements thermomécaniques variables. Ce modèle tridimensionnel permet la description de plusieurs phénomènes tels que la thermoélasticité, l'ecrouissage isotrope, l'ecrouissage cinématique non linéaire, le fluage, la relaxation, les effets de vitesse de charge, et l'effet de mémoire de la déformation plastique rarement pris en compte. L'identification de ce modèle a été effectuée grace à une première campagne expérimentale basée sur des essais de fatigue uniaxiaux isothermes entre 20 et 600°C. Le logiciel AGICE (developpé à l'ONERA) a été utilisé pour cette identification. Des analyses metallurgiques ont été effectuées, d'une part sur les éprouvettes d'essais cylindriques et d'autre part sur un morceau d'un disque usagé, Dans le but d'une part d'une meilleure compréhension du comportement de ce matériau sous chargement isotherme, et d'autre part de mettre en évidence les phénomènes mis en jeu lors du freinage. Ces phénomènes physiques intervenant lors du freinage (recristallisation secondaire,) doivent être pris en compte ultérieurement lors de l'extention du modèle pour des températures supérieures à 600°C. Une deuxième campagne d'essais uniaxiaux de traction-compression à température variable a été réalisée dans le but d'accéder à une connaissance approfondie du comportement mécanique anisotherme et de vérifier la précision de la formulation proposée. Une simulation par éléments finis utilisant le logiciel CASTEM 2000 a permis de vérifier que les résultats numériques obtenus sont en bon accord avec les résultats expérimentaux isothermes et anisothermes.
