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: 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: Toufik Bouache
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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: Marina Carrión Solla
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages :
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Book Description
Author: Philippe Dufrénoy
Publisher:
ISBN:
Category :
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: Béatrice Tico
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 214
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Book Description
LA CONCEPTION OPTIMISEE DE DISQUE DE FREIN A HAUTE ENERGIE EST L'OBJECTIF RECHERCHE. POUR ATTEINDRE CET OBJECTIF, DEUX APPROCHES ONT ETE DEVELOPPEES EN THERMOELASTICITE: UNE PREMIERE APPROCHE UTILISANT LES CONCEPTS DE LA MECANIQUE DES STRUCTURES (EN H.P.P.) OU SEUL LE DISQUE EST MODELISE, ET UNE SECONDE APPROCHE EULERIENNE OU LES SOLIDES (DISQUE, GARNITURE, ROUE, ESSIEU,) ET LE FLUIDE (AIR ENVIRONNANT) SONT MODELISES DANS LES CONDITIONS DES ESSAIS AU BANC. DANS L'APPROCHE STRUCTURE, LES MODELES THERMIQUE ET THERMOMECANIQUE SONT VALIDES EXPERIMENTALEMENT SUR UN DISQUE DE FREIN CONNU EN FREINAGE D'ARRET. PAR CONTRE, LES MODELES ONT ETE RECALES EN FREINAGE DE MAINTIEN. L'ANALYSE THERMIQUE EST EFFECTUEE EN TRANSITOIRE, DES MODELES SEMI-EMPIRIQUES PERMETTENT D'INTRODUIRE LES CONDITIONS AUX LIMITES EN CONVECTION ET EN CONDUCTION. L'ANALYSE MECANIQUE EST REALISEE EN STATIQUE EN RECUPERANT UN CHAMP DE TEMPERATURE A UN INSTANT DONNE. LA CONCEPTION D'UN DISQUE DE FREIN A HAUTE ENERGIE EST REALISEE EN UTILISANT CETTE METHODOLOGIE. L'OPTIMISATION DE FORME FAIT APPEL A UN ALGORITHME INTEGRANT LA METHODE DU GRADIENT. LA CONCEPTION OPTIMALE EST ETUDIEE POUR UN FREINAGE D'ARRET D'URGENCE DE 22 MJ EN MINIMISANT LE VOLUME DE LA STRUCTURE ET EN MINIMISANT LES CONTRAINTES EQUIVALENTES DE VON MISES INDUITES PAR LES SOLLICITATIONS THERMOMECANIQUES. DANS UNE SECONDE APPROCHE, LE FREINAGE D'ARRET D'URGENCE EST SIMULE DANS UN MODELE FLUIDE-STRUCTURE OU LES TRANSFERTS DE CHALEUR SONT COUPLES ENTRE LE FLUIDE ET LA STRUCTURE. LES CHAMPS DE TEMPERATURE SONT ENSUITE RECUPERES ET INJECTES DANS UN MODELE STRUCTURE DE DISQUE AFIN DE CALCULER LE CHAMP DE DEPLACEMENTS ET DE CONTRAINTES
Author: Karl Laden
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 348
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Book Description
Le recours aux composants légers est de plus en plus fréquent dans le domaine des transports ferroviaires et le système de freinage est concerné au premier degré vu l'intérêt à réduire les masses non suspendues. Les recherches visant à l'optimisation d'un couple disque/garniture se sont essentiellement appuyées sur des caractérisations tribologiques et notamment sur l'étude des transferts de matière, des mécanismes d'usure et d'endommagement. Deux conceptions de disques réduits sont étudiées : les disques multi matériaux à revêtement ou flasque en molybdène et les disques monoblocs en matériaux composites a matrice aluminium. Différents matériaux de friction ont été testés en configuration de freinage de maintien de courte durée (120s) et d'endurance (1200s). Les matériaux composites sont élaborés par la méthode du vortex. Les particules de SiC sont incorporées par brassage mécanique dans le bain d'aluminium qui est à l'état semi-liquide ; la manipulation a lieu sous gaz neutre, l'argon, pour éviter l'oxydation du matériau. Les paramètres d'élaboration du composite et la conception du moule ont été optimisés de manière à obtenir une bonne répartition du renfort et à maitriser la porosité ainsi que les retassures. Il est apparu que la déposition de molybdène sur un substrat en alliage d'aluminium n'est pas envisageable puisque des décohésions sont survenues. La solution du disque AG3 avec flasque molybdène est plus réaliste. Ce disque semble être particulièrement adapté aux freinages d'urgence. Les disques en alliage de cuivre-béryllium ont présenté au contact du plot céramique des résultats intéressants mais l'utilisation de ce type de matériau nous est apparue très problématique, le béryllium étant cancérigène. Concernant les matériaux composites, l'incidence de la matrice (AG3 et AS18UNG), des caractéristiques du SiC (taille, forme) et de sa fraction volumique a été étudiée. Les disques en composite à matrice AS18UNG renforcée a 10% de SiC globulaire, couplés à une garniture organique se sont avérés particulièrement intéressants : bonne tenue à l'usure, stabilité et niveau du facteur de frottement. Comparée à la configuration classique « garniture organique/disque acier », cette conception conduit à un allègement notable du disque sans pénaliser les performances tribologiques, notamment sous aspersion.
Author: Louis Augustins
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Cette thèse vise à développer une démarche de dimensionnement à la fatigue thermomécanique de disques de freins automobiles en fonte à graphite lamellaire. La première étape est la proposition d'une loi de comportement cyclique permettant de représenter les phénomènes non-linéaires ainsi que la forte dissymétrie de comportement entre traction et compression observés sur la fonte GL. Le modèle s'appuie sur l'introduction d'un tenseur d'endommagement d'ordre 2 induit par le chargement. A partir de l'analyse des mécanismes d'endommagement, on propose ensuite un critère de fatigue fondé sur la densité d'énergie dissipée par cycle, permettant de prédire l'amorçage de fissures dans les zones critiques. On s'intéresse enfin à l'étude de la formation d'un réseau de faïençage observé sur les pistes des disques de frein.
Author: Mathilde Collignon
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
L’objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles solutions matériaux moins sensibles à la fissuration par fatigue thermique induite en frottement, première cause de remplacement des disques de frein de véhicule « poids lourd ». Les performances en freinage doivent être équivalentes à celles obtenues avec le couple de matériaux actuels : disque de frein en fonte à graphite lamellaire- garniture en matériau de friction composite à matrice semi-métallique. L’étude repose sur une approche multidisciplinaire des phénomènes et des couplages induits en freinage. Elle comporte quatre parties : la première partie expose les principaux enjeux industriels et scientifiques du freinage des véhicules « poids lourds » ; la seconde développe une approche modèle-expérience originale pour caractériser les sollicitations de freinage conduisant à la dégradation de disques de frein échelle 1 en fonte à graphite lamellaire ; enfin les nouvelles solutions matériaux considérées sont évaluées suivant une étude tribologique (troisième partie) et en cyclage thermique (quatrième partie), développée en laboratoire
