Disertační práce se zabývá chováním a odezvou elastohydrodynamického (EHD) mazacího filmu za neustálených provozních podmínek. V úvodní části práce jsou shrnuty poznatky z oblasti EHD mazání; od jeho historie, přes základní mechanismy mazání a používané experimentální metody, až po nedávno publikované studie zaměřené na transientní podmínky. Hlavním cílem práce bylo experimentálně objasnit vliv provozních parametrů a reologických vlastností maziv na chování mazacího filmu v bodovém kontaktu při jeho nárazovém zatěžování a vystavení příčným vibracím. Za tímto účelem byla vyvinuta laboratorní zařízení umožňující měření rozložení mazacího filmu a tření za kontrolovaných nestacionárních podmínek. Experimenty odhalili zásadní roli přibližovacích a zatěžovacích rychlostí na formování stlačených mazacích filmů při nárazovém zatěžování. Výsledky byly srovnávány s nedávným teoretickým řešením. Bylo ukázáno na jeho nedostatky, jež byly následně odstraněny implementací empirických vztahů zohledňujících reologii maziv. V případě příčných vibrací byly nalezeny hranice selhání mazacího filmu a určeny vztahy popisující vliv příčných vibrací na centrální tloušťku filmu a její fluktuace jednotně pro všechny maziva. Závěrečná část práce poskytuje nový pohled na reologii maziv pomocí inovativního přístupu měření třecích reakcí maziva současně ve dvou směrech kontaktu za podmínek příčných vibrací. Tyto původní výsledky rozšiřují pochopení mechanizmů EHD mazání a mohou být použity k dokonalejším návrhům strojů, a vylepšit tak jejich účinnost, spolehlivost a životnost.

This thesis deals with an experimental study regarding the effects of the thermal conductivity of contact bodies on the friction, lubricant film thickness and temperature distribution in EHL contact. The thesis focuses on the configuration of the ball on disc contact. The contact body materials are characterized by a wide range of thermal properties. New contact pairs are proposed and used in the study in order to make the contact bodies’ thermal properties dependent on the behaviour of EHL contact. The colorimetric interferometry method is used to measure the lubricant film thickness and the infrared thermography method is used to observe the temperature distribution in EHL contact. The author presents the assumed mechanism of heat transfer within EHL contact on the basis of different heat transfer mechanisms. The same conditions – such as the Hertz pressure, mean entrainment speed, sliding speed and ambient temperature – are induced for all the contact pair combinations. That is why the differences in the results are attributed to the different thermal phenomena in the contact, caused by the thermal properties of the contact bodies. In the case of contact bodies with a reduced heat dissipation capability, a reduction of the friction coefficient of up to 50 % is observed, which is attributed to an increase in the lubricant temperature, resulting in a decrease in its viscosity. This is confirmed by the infrared thermography method, whereby a significantly higher lubricant temperature is observed in the case of a combination of contact materials with a lower heat dissipation capability.

This dissertation thesis deals with elastohydrodynamic lubrication (EHL) of surfaces with real roughness. Systematic study of surface harmonic components behaviour, during their passage of the EHL contact, by other authors led to retrieval of a uniform principle according which individual harmonic components deform inside the contact. Although the amplitude attenuation model can provide rapid tool for more accurate surface assessment in design process it has not been validated on real surfaces till now. The thesis represents pioneering work on quantitative analysis of real surfaces EHD measurements. It contains original and new results with real and model roughness features that in many cases confirm theoretical expectations. Deeper understanding of surface roughness behaviour inside EHL contact, which is typical for machine parts like bearings, gears, cams etc., can help to improve design process of the components and ultimately enable machines and equipment to work with lower energy requirements and higher durability.

This PhD thesis deals with elastohydrodynamic lubrication (EHL) under the conditions that occur between mated hypoid gear teeth. The aim is to describe experimentally the behaviour of lubricating film and mechanisms of its formation. The focus is mainly placed on clarifying the influence of direction and magnitude of sliding velocity in circular and elliptical contacts. Generally, it is still assumed that the direction of sliding velocity has no effect on the resulting lubricant film. In this study optical interferometry is used to determine distribution of lubricant film thickness. This work includes new and original results which clarify the studied problem. It was found that the direction of sliding velocity affects shape of the film at high speeds. This relates to the effect on heat flow through the contact. The results have an impact on the development of general EHL theory and provide knowledge applicable in film thickness prediction in the design of real tribological nodes.

Les lubrifiants contiennent des particules qui sont à la fois initialement présentes dans le lubrifiant et dans le mécanisme (fabrication, stockage ) ; générées durant le rodage, par usure ou corrosion ; ou bien issues de sources externes. Les particules détériorent les surfaces en créant des indents lorsqu'elles sont piégées dans les contacts. Ces indents augmentent le risque de rupture par fatigue en induisant des perturbations de pression et de contraintes. Ce travail est basé sur une étude des contacts indentés secs et lubrifiés (EHD). L'équation de Reynolds en fluide Newtonien est utilisée. Les techniques mutigrilles et multi-intégration sont employées. L'objectif de ce travail est de proposer un modèle de prédiction des perturbations des champs de pression et de contraintes, et finalement un modèle de réduction de durée de vie des contacts indentés en fonction de la géométrie des indents et des conditions de contact.

De nombreuses hypothèses sont classiquement utilisées pour décrire le comportement du fluide dans un contact lubrifié : film continu, viscosité constante dans l’épaisseur, film mince, fluide newtonien… Or, certaines s’avèrent erronées dès lors que l’on s’intéresse aux contacts Elasto- HydroDynamiques fortement glissants ou à la répartition du lubrifiant en sortie de contact. Une approche numérique originale, basée sur un retour aux équations de la mécanique des fluides générale et prenant en compte le couplage fluide/solide et les effets thermiques sont proposés ici dans le but d’apporter des éléments physiques supplémentaires aux modélisations usuelles. Dans un premier temps, l’influence des effets thermiques sur l’évolution du frottement dans les contacts Thermo-EHD est mise en évidence. La présence d’un minimum de frottement pour le cas du glissement pur est expliquée par l’analyse des transferts thermiques entre le lubrifiant et les solides. L’origine des modifications locales d’épaisseur de film observées et l’existence même d’une épaisseur de film lubrifiant pour les cas de vitesse d’entraînement nulle sont alors reliées à la présence d’un fort gradient de viscosité dans l’épaisseur de film. Une comparaison qualitative avec des éléments expérimentaux de la littérature est réalisée, validant les tendances obtenues. Dans un second temps, l’écoulement à surface libre du lubrifiant en périphérie du contact est étudié expérimentalement puis numériquement par une méthode à interface diffuse. Le rôle des effets capillaires est analysé et les résultats numériques confrontés à des résultats issus de la littérature. Un bon accord est obtenu tant qualitativement que quantitativement. Validé par l’étude numérique diphasique (air/lubrifiant) réalisée, un modèle analytique simplifié est alors développé, prédisant une loi de répartition du lubrifiant en sortie de contact. La zone de sortie des contacts EHD est ensuite traitée par un modèle de cavitation vaporeuse et la prise en compte nécessaire de l’air environnant est discutée. Enfin, une première modélisation tridimensionnelle de l’écoulement à surface libre du lubrifiant autour d’un contact ponctuel est réalisée mettant en avant l’influence des effets capillaires et la faisabilité d’une telle approche. / Classically, many assumptions are used to model the fluid behaviour in a lubricated contact : continuous film, constant viscosity across the film thickness, film thickness is very thin compared to other contact dimensions, Newtonian lubricant... However, some of them are not well-founded for the study of Elasto-HydroDynamic contacts with high sliding or to estimate the liquid distribution at the exit of the contact. An original numerical approach, based on the general fluid mechanics equations and taking into account the fluid/solid coupling and thermal effects, is developed here in order to give more physical insights to the usual modelling. First of all, the thermal effects are shown on the friction coefficient evolution for Thermo- EHD contacts. A minimum value is found concerning the friction value for the pure sliding case. It is explained by analyzing the heat transfer between the solids and the lubricant. The origin of the resulting local modifications of the film thickness and the existence of a film thickness for zero entrainment velocity cases are related to the presence of a high viscosity gradient through the film. A qualitative comparison is performed with experimental data from literature, validating the results. Second, the free surface flow of the lubricant around the contact is experimentally and numerically studied with a diffuse interface method. The capillary effects on the air/lubricant meniscus position are analyzed and quantitatively compared with experimental data from literature. Good agreements are found. An analytical approach is then developed, based on the numerical study of the two-phase flow. An analytical law predicting the liquid distribution is obtained. The exit area of EHD contacts is then investigated with a vaporous cavitation model highlighting the necessity of taking into account the effects of surrounding air and surface wettabillity. Finally, a first approach of the tri-dimensional two-phase flow is performed, showing the capillary effects on the interface location.

Dans le cadre de cette thèse, des Décharges à Barrières Diélectrique (DBD) pulsées de volume et de surface ont été étudiées expérimentalement, dans le but de les appliquer respectivement à la précipitation électrostatique de particules submicroniques et à la régénération de surface.La caractérisation des DBD pulsées a consisté à effectuer des mesures électriques (courant, énergie) et optiques (imagerie ICCD), afin d'observer l'influence des paramètres électriques et géométriques, ainsi que des matériaux utilisés, sur les propriétés de la décharge. Il en ressort que pour les deux types de DBD (surface et volume), le courant présente deux pics durant les fronts montant et descendant du pulse de tension, et que les deux décharges ont des aspects différents (filamentaire ou diffus).Concernant la précipitation électrostatique, l'efficacité de collecte des électrofiltres a été déterminée par des mesures granulométriques. Les résultats montrent que celle-ci est influencée par les paramètres électriques et géométriques des électrofiltres. Une caractérisation des phénomènes EHD au sein des électrofiltres par métrologie optique (LDV et PIV) a été effectuée afin de comprendre les mécanismes de charge et de dérive des particules.Ensuite, la régénération de surface a été étudiée en analysant les images de la surface polluée, avant et après le traitement. Les résultats révèlent que les performances de la régénération sont influencées par les paramètres électriques, géométriques et les matériaux des réacteurs DBD. Les mécanismes de la régénération ont été analysés en relevant l'évolution de la taille et la concentration des particules générées lors du processus de régénération. / As part of this thesis, volume and surface pulsed Dielectric Barrier Discharges (DBD) were investigated experimentally for applications in the electrostatic precipitation of submicron particles and surface regeneration, respectively. First, the characterization of pulsed DBDs consisted of performing electrical measurements (current, power) and optical measurements (ICCD imaging) in order to observe the influence of electrical and geometrical parameters as well as materials on the properties of the discharge. It is demonstrated that for both types of DBD (surface and volume), the current has two peaks during the rising and falling times of the voltage pulse, corresponding to distinct streamer and glow discharge regimes, respectively.Next, the collection efficiency of electrostatic precipitation (ESP) was determined by granulometric measurements. The results show that the efficiency is influenced by the electrical and geometrical parameters of the precipitator. A characterization of EFD phenomena was performed inside the precipitator by optical metrology (LDV and PIV) to understand the mechanisms of charge and particle drift. Finally, surface regeneration was investigated by analyzing images of the contaminated surface, before and after treatment. The results reveal that the regeneration process is influenced by electrical and geometrical parameters and DBD reactor materials. The mechanisms of regeneration were analyzed in-situ by measuring changes in the size and concentration of the generated particles during the process of regeneration.

The purpose of this diploma thesis is to describe the influence of input parameters (rolling speed, load, temperature, dynamic viscosity and pressure coefficient of the lubricant) on film thickness in point and elliptical contacts using optical interferometry. Regression based film thickness formula has been obtained using universal form of non-dimensional parameters of entrainment speed U, load W and material G. Equations were also complemented by the function of ellipticity k. New regression formulas for central and minimum film thickness have been compared with existing EHL thickness equations. These film thickness measurement and new regression formulas have applicability to our understanding of the performance and more effective design of lubricated gears from polymeric materials.

The work deals with the process of lubrication of gears from a combination of materials that have significantly different material properties. The experimental measurement is performed on a tribometer in simulated gear contact with a ball-disk configuration. The Chromatic Optical Interferometry method is used to measure the formation of a lubricating film in contact. The purpose of this work is to clarify the process of film thickness formation and compare experimental measurements with predictions, which are valid in Soft EHL regime.

Tato dizertační práce je zaměřena na studium deformace nerovnosti uvnitř elastohydrodynamicky mazaného (EHD) kruhového kontaktu. Práce se zabývá studiem přechodu příčné nerovnosti přes kontaktní oblast, která je modelována pomocí numerických metod. Model dále uvažuje nenewtonské chování maziva. Použitý matematický model se skládá z parciální diferenciální rovnice druhého řádu pro řešení tlaku a integro-diferenciální rovnice pro řešení elastických deformací. Pro řešení tohoto modelu je použitá takzvaná multigrid (vícesíťová) metoda. Práce obsahuje popis matematického modelu EHD kontaktu a aplikované numeriké metody. Výsledky simulací jsou porovnány s experimentálně stanovenýma hodnotama tloušťky mazacího filmu. Deformace nerovnosti uvnitř kontaktní oblasti je studována pro různé provozní podmínky (střední rychlost, poměr proklzu) a různá vlastnosti maziva.