Ces travaux s’inscrivent dans le cadre des recherches destinées à réduire ou à éliminer le bruit de crissement émis par les véhicules ferroviaires en courbe ou au freinage. Ces bruits peuvent en effet atteindre des niveaux sonores très élevés, jusqu’à 105 dB(A) à proximité des rames en cas de freinage par exemple, et constituent une gêne importante pour les usagers et les riverains. Afin d’apporter des solutions de réduction de ce bruit de crissement, on se concentre sur la modélisation des vibrations auto-entretenues de structures avec contact frottant ainsi que sur la compréhension des mécanismes à l’origine du crissement résultant, en particulier dans le cas d’un frein à disque ferroviaire. On fait l’hypothèse que les vibrations ont pour origine un couplage de modes de la structure dans les directions tangentielles et normale à l’interface en contact frottant. Ce couplage entraîne une instabilité de l’équilibre quasi-statique glissant du système et l’apparition de vibrations auto-entretenues. On cherche à déterminer ces vibrations par le calcul ce qui s’effectue en deux étapes. Dans un premier temps, l’analyse de stabilité de l’équilibre quasi-statique du système permet de déterminer l’occurrence des vibrations. Dans cette thèse, deux hypothèses de modélisation du frottement – plan ou rectiligne – sont comparées dans le cas d’un modèle académique minimal. Dans le cas non-amorti, on montre que l’hypothèse simplificatrice du frottement rectiligne tend à stabiliser le système. Dans le cas amorti, on constate que les résultats établis dans la littérature pour un frottement rectiligne, en particulier le paradoxe de déstabilisation, ne sont pas facilement généralisables au cas du frottement plan bien que des similitudes existent. Dans un deuxième temps, une analyse non-linéaire est nécessaire pour déterminer les amplitudes et le contenu fréquentiel précis des vibrations auto-entretenues. Cette étape est généralement effectuée à l’aide d’une intégration temporelle numérique à partir de conditions initiales données, proches de l’équilibre glissant. En examinant l’évolution temporelle des vibrations obtenues à l’aide de cette technique, on peut distinguer d’une part le régime transitoire au cours duquel les non-linéarités apparaissent et stabilisent progressivement la solution instable, et d’autre part le régime stationnaire (ou régime de fonctionnement) où les amplitudes vibratoires sont stabilisées. Dans le cas du modèle académique, une analyse rigoureuse des échanges énergétiques au cours de l’évolution temporelle permet de mettre en évidence l’origine de la stabilisation des vibrations, en particulier la baisse du taux de puissance injectée au contact résultant de l’accumulation des événements fortement non-linéaires : décollements, adhérences ou chocs. L’intégration temporelle directe n’est toutefois pas adaptée à des modèles numériques comportant de nombreux degrés de liberté et pour lesquels la détermination du régime stationnaire est généralement suffisante pour proposer des solutions de réduction. Le surcoût de calcul engendré par le régime transitoire est en effet très limitant. C’est pourquoi, une méthode est proposée pour approximer directement le régime stationnaire dans le cas d’un système mono-instable. Cette méthode combine une technique de tir à une initialisation basée sur les observations énergétiques ci-dessus. Elle est d’abord validée sur le modèle minimal puis adaptée au modèle éléments finis de frein ferroviaire moyennant une approximation originale de la technique de tir : la réduction de l’espace des phases des conditions initiales. Les approximations des régimes stationnaires sont comparées avec ceux obtenus par l’intégration temporelle directe. Les avantages et les limitations de la méthode sont discutés. / This work is part of research intended to mitigate or eliminate the squeal noise produced by railway vehicles in curves or during braking. For instance, brake noise can reach very high sound levels up to 105 dB(A) close to the trains and constitutes an important nuisance for passengers and residents in the station. In order to provide some mitigation measures, the study focuses on the modelling of self-sustained structural vibrations in presence of frictional contact and the understanding of the squeal generation mechanism, especially for of a railway disc brake. It is assumed that vibration is due to structural mode coupling in the normal and tangential directions at the frictional interface. This coupling leads to instability of the sliding quasistatic equilibrium of the system and the occurrence of self-sustained vibrations. Two steps are necessary to calculate these vibrations. Firstly, the occurrence of the vibrations is determined through the stability analysis of the quasi-static equilibrium. In this thesis, two modelling assumptions for the friction law – planar or rectilinear – are compared in the case of an academic model. Without damping, the simplified rectilinear friction law tends to stabilize the system. With damping, the results established in the literature in case of rectilinear friction, especially the destabilization paradox, cannot be applied generally in case of planar friction even if similarities may be observed. Secondly, a nonlinear analysis is necessary and performed to calculate the amplitudes and the detailed spectral content of the self-sustained vibrations. This step is generally performed by using numerical time integration from given initial conditions, close to the equilibrium. Taking a look at the vibrations time histories obtained by this technique, two different states may be distinguished. In the transient state, nonlinear forces appear and gradually stabilize the unstable solution whereas in the steady (stationary) state, vibrations are stabilized. In the case of the academic model, the cause of the stabilization is highlighted thanks to a rigorous analysis of energy exchanges, especially the decrease of the power rate injected via the contact interface resulting from the accumulation of strongly nonlinear events like loss of contact, stick or impacts. However, direct time integration is not very appropriate in the case of large numerical models with many degrees of freedom. Indeed, the additional computational cost due to the transient state is very high although the determination of the steady state is generally sufficient from a practical point of view. Consequently, a method is proposed in order to directly approximate the steady state in case of mono-instability. This method combines a shooting technique with an initialization based on the above energy considerations. It is first validated on the minimal model and then transposed to the finite element model of a railway disc brake through an original approximation of the shooting technique : the reduction of the initial conditions phase space. The estimations of the steady states are compared with those obtained by direct time integration. The advantages and the limitations of the method are discussed.

A presente dissertação descreve o desenvolvimento e análise de um experimento concebido para avaliar a contribuição de materiais de fricção sobre vibrações induzidas na superfície de um disco de freio. O aparato proposto é equipado com um excitador modal (shaker), utilizado para promover e controlar o sinal de excitação que foi aplicado sobre os materiais de fricção avaliados. A resposta dessa excitação na superfície do disco de freio foi mensurada através de acelerômetros. Além da aplicação sobre o experimento proposto, foram avaliados o coeficiente de atrito e a distribuição de asperezas da superfície das oito amostras utilizadas. A característica modal do disco utilizado foi descrita através das suas frequências naturais, amortecimento e formas modais, parâmetros identificados através da aplicação de análise modal experimental. O experimento proposto foi utilizado para identificar as principais características de resposta do disco quando a excitação é realizada através do material de fricção. Essa condição também foi comparada com aquela em que a excitação foi aplicada diretamente no disco A métrica mais adequada para avaliação desse experimento foi identificada como o valor médio da magnitude da Função Resposta em Frequência (FRF), calculado através do estimador H3. O aparato proposto se mostrou capaz de identificar diferenças nas amostras avaliadas quanto à propensão dessas à produção de vibrações na superfície do disco. As amostras foram avaliadas no experimento proposto nas condições sem e com filme tribológico sobre a sua superfície, as quais correspondem ao estado das amostras antes e depois, respectivamente, do processo de caracterização do coeficiente de atrito destas, utilizando o tribômetro do LATRIB/UFRGS. Foi observado que as amostras com filme produziram maior vibração do que as amostras sem filme. Os resultados obtidos demonstraram uma forte correlação entre a propensão das amostras à produção de vibrações e a distribuição de asperezas da superfície das amostras. Esses resultados indicam que materiais de fricção com superfícies planas são capazes de transmitir mais vibração à superfície do disco do que aqueles com superfícies mais rugosas. / The present work describes the development and analysis of an experimental apparatus designed to evaluate the contribution of friction materials in vibrations induced on the surface of a brake disc. The proposed apparatus is equipped with a modal exciter (shaker), which was used to promote and control the excitation signal applied in the evaluated friction material. The response of this excitation in the disc surface was measured with accelerometers. The eight samples evaluated in this study was also characterized in terms of its friction coefficient and the asperity distribution of its surface. The modal characteristic of the disc was described in terms of its natural frequencies, damping and modal shapes, whose parameters were obtained by application of experimental modal analysis. The proposed apparatus was used to identify the main characteristics of the disc response when the excitation is applied throw the friction material. This case was also compared to the condition in which the disc was excited directly by the shaker. The most adequate metric to evaluate this experiment was selected as the mean value of the Frequency Response Function (FRF) spectrum, calculated by the H3 estimator The proposed apparatus showed being capable of identifying differences between the evaluated samples, regarding its propensity to produce vibrations on the disc surface. The samples were evaluated in with and without tribological film deposited on its surface. It was shown that the analyzed samples had the vibration increased with tribological film compared to the condition without the film. The obtained results demonstrated a strong correlation between the samples propensity to the production of vibration and the asperity distribution of the samples surfaces. These results indicate that friction materials with flat surfaces are capable to transmit more vibrations to the disc surface than those samples with rough asperity distribution.

The goal in this thesis was to reduce a multilayer shim model, which was modeled from steel and polymer (isotropic materials), into an equivalent single layer shim model. The procedure was to use mathematical formulations to convert a multilayer shim into an ESL (equivalent single layer) shim. Here, a transverse isotropic model is used to prepare for future orthotropic layers. The results show that the ESL model behaves isotropically. In the 2 layer model there was no squeal noise whereas in the ESL models there is.

Sistemas de freio automotivos são frequentemente suscetíveis a gerarem ruídos de alta frequência como resultado de uma vibração autoexcitada. Este fenômeno é genericamente nominado squeal noise e constitui o tema de diversos estudos publicados com o intuito de identificar e descrever seu mecanismo de excitação e de propor alternativas para evitar sua ocorrência. Um ponto fundamental que ainda não foi completamente explorado sobre a geração de tal fenômeno constitui-se da relação entre as propriedades do material de fricção e a propensão à ocorrência de squeal noise. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um número adimensional obtido através de análise dimensional (teorema de Buckingham) capaz de relacionar a ocorrência de squeal noise as quatro principais propriedades dos compósitos de fricção: dureza, tamanho de partícula e concentração do abrasivo utilizado na formulação, além de sua compressibilidade. Resultados experimentais foram obtidos a partir de ensaios desenvolvidos com seis diferentes materiais de fricção nos quais a concentração ou dureza ou tamanho de partícula foi alterada de modo a oportunizar a identificação do impacto destas variáveis sobre a ocorrência de squeal noise. A ocorrência de ruídos foi verificada através da aplicação de um método de ensaio em dinamômetro inercial especialmente desenvolvido a um conjunto de amostras dos materiais de fricção moldados a pastilhas de freio e aplicados a um sistema de freio a disco convencional. Os resultados obtidos validaram o número adimensional proposto (índice de excitação 2) na medida em que foi possível estabelecer sua relação com a ocorrência de ruídos verificada experimentalmente através de uma equação logarítmica (R²=0,9). Foi estabelecida também uma relação entre o aumento do coeficiente de atrito, em função da redução da velocidade de escorregamento, e o aumento da ocorrência de squeals. Uma breve investigação a respeito da relevância da rigidez de contato sobre o comportamento vibroacústico do sistema de freio também é conduzida, tendo sido demonstrado que o aumento da magnitude desta propriedade reduz a ocorrência de ruídos do tipo squeal. / Automotive brake systems are very often susceptible to generate high frequency noise as a result of a self excited vibration. This phenomenon is generically nominated brake squeal noise and is the subject of many studies which intend to identify and describe its exciting mechanism and to propose counter measures to avoid its occurrence. One key subject yet to be explored about squeal noise generation is the relation between friction material properties and its occurrence propensity. This work presents the development of an adimentional number obtained by dimensional analysis (Buckingham theorem) capable to relate the squeal noise occurrence with four main properties from the friction composite: abrasive hardness, particle size and concentration and also its compressibility. Experimental results were obtained by testing six different friction material formulations, in which the concentration of abrasive or its hardness or its particle size was altered in order to explore the impact of these variables on the squeal noise occurrence. The noise generation was accessed by testing the friction materials molded to brake pads using a standard disc brake system in an inertial dynamometer under a specially developed test procedure. The obtained results validated the proposed adimentional number (excitation index 2) since was possible to establish a logarithmic equation (R²=0,9) relating it to the squeal noise occurrence verified on the conduced tests. It was also established a relation between the friction coefficient increase, as a function of the sliding speed reduction, with the increase on squeal noise occurrence. A brief investigation about the relevance of the contact stiffness to the vibroacustic behavior of the brake systems was developed, showing that higher values of this property can reduce the squeal noise generation.

A presente dissertação descreve o desenvolvimento e análise de um experimento concebido para avaliar a contribuição de materiais de fricção sobre vibrações induzidas na superfície de um disco de freio. O aparato proposto é equipado com um excitador modal (shaker), utilizado para promover e controlar o sinal de excitação que foi aplicado sobre os materiais de fricção avaliados. A resposta dessa excitação na superfície do disco de freio foi mensurada através de acelerômetros. Além da aplicação sobre o experimento proposto, foram avaliados o coeficiente de atrito e a distribuição de asperezas da superfície das oito amostras utilizadas. A característica modal do disco utilizado foi descrita através das suas frequências naturais, amortecimento e formas modais, parâmetros identificados através da aplicação de análise modal experimental. O experimento proposto foi utilizado para identificar as principais características de resposta do disco quando a excitação é realizada através do material de fricção. Essa condição também foi comparada com aquela em que a excitação foi aplicada diretamente no disco A métrica mais adequada para avaliação desse experimento foi identificada como o valor médio da magnitude da Função Resposta em Frequência (FRF), calculado através do estimador H3. O aparato proposto se mostrou capaz de identificar diferenças nas amostras avaliadas quanto à propensão dessas à produção de vibrações na superfície do disco. As amostras foram avaliadas no experimento proposto nas condições sem e com filme tribológico sobre a sua superfície, as quais correspondem ao estado das amostras antes e depois, respectivamente, do processo de caracterização do coeficiente de atrito destas, utilizando o tribômetro do LATRIB/UFRGS. Foi observado que as amostras com filme produziram maior vibração do que as amostras sem filme. Os resultados obtidos demonstraram uma forte correlação entre a propensão das amostras à produção de vibrações e a distribuição de asperezas da superfície das amostras. Esses resultados indicam que materiais de fricção com superfícies planas são capazes de transmitir mais vibração à superfície do disco do que aqueles com superfícies mais rugosas. / The present work describes the development and analysis of an experimental apparatus designed to evaluate the contribution of friction materials in vibrations induced on the surface of a brake disc. The proposed apparatus is equipped with a modal exciter (shaker), which was used to promote and control the excitation signal applied in the evaluated friction material. The response of this excitation in the disc surface was measured with accelerometers. The eight samples evaluated in this study was also characterized in terms of its friction coefficient and the asperity distribution of its surface. The modal characteristic of the disc was described in terms of its natural frequencies, damping and modal shapes, whose parameters were obtained by application of experimental modal analysis. The proposed apparatus was used to identify the main characteristics of the disc response when the excitation is applied throw the friction material. This case was also compared to the condition in which the disc was excited directly by the shaker. The most adequate metric to evaluate this experiment was selected as the mean value of the Frequency Response Function (FRF) spectrum, calculated by the H3 estimator The proposed apparatus showed being capable of identifying differences between the evaluated samples, regarding its propensity to produce vibrations on the disc surface. The samples were evaluated in with and without tribological film deposited on its surface. It was shown that the analyzed samples had the vibration increased with tribological film compared to the condition without the film. The obtained results demonstrated a strong correlation between the samples propensity to the production of vibration and the asperity distribution of the samples surfaces. These results indicate that friction materials with flat surfaces are capable to transmit more vibrations to the disc surface than those samples with rough asperity distribution.

Sistemas de freio automotivos são frequentemente suscetíveis a gerarem ruídos de alta frequência como resultado de uma vibração autoexcitada. Este fenômeno é genericamente nominado squeal noise e constitui o tema de diversos estudos publicados com o intuito de identificar e descrever seu mecanismo de excitação e de propor alternativas para evitar sua ocorrência. Um ponto fundamental que ainda não foi completamente explorado sobre a geração de tal fenômeno constitui-se da relação entre as propriedades do material de fricção e a propensão à ocorrência de squeal noise. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um número adimensional obtido através de análise dimensional (teorema de Buckingham) capaz de relacionar a ocorrência de squeal noise as quatro principais propriedades dos compósitos de fricção: dureza, tamanho de partícula e concentração do abrasivo utilizado na formulação, além de sua compressibilidade. Resultados experimentais foram obtidos a partir de ensaios desenvolvidos com seis diferentes materiais de fricção nos quais a concentração ou dureza ou tamanho de partícula foi alterada de modo a oportunizar a identificação do impacto destas variáveis sobre a ocorrência de squeal noise. A ocorrência de ruídos foi verificada através da aplicação de um método de ensaio em dinamômetro inercial especialmente desenvolvido a um conjunto de amostras dos materiais de fricção moldados a pastilhas de freio e aplicados a um sistema de freio a disco convencional. Os resultados obtidos validaram o número adimensional proposto (índice de excitação 2) na medida em que foi possível estabelecer sua relação com a ocorrência de ruídos verificada experimentalmente através de uma equação logarítmica (R²=0,9). Foi estabelecida também uma relação entre o aumento do coeficiente de atrito, em função da redução da velocidade de escorregamento, e o aumento da ocorrência de squeals. Uma breve investigação a respeito da relevância da rigidez de contato sobre o comportamento vibroacústico do sistema de freio também é conduzida, tendo sido demonstrado que o aumento da magnitude desta propriedade reduz a ocorrência de ruídos do tipo squeal. / Automotive brake systems are very often susceptible to generate high frequency noise as a result of a self excited vibration. This phenomenon is generically nominated brake squeal noise and is the subject of many studies which intend to identify and describe its exciting mechanism and to propose counter measures to avoid its occurrence. One key subject yet to be explored about squeal noise generation is the relation between friction material properties and its occurrence propensity. This work presents the development of an adimentional number obtained by dimensional analysis (Buckingham theorem) capable to relate the squeal noise occurrence with four main properties from the friction composite: abrasive hardness, particle size and concentration and also its compressibility. Experimental results were obtained by testing six different friction material formulations, in which the concentration of abrasive or its hardness or its particle size was altered in order to explore the impact of these variables on the squeal noise occurrence. The noise generation was accessed by testing the friction materials molded to brake pads using a standard disc brake system in an inertial dynamometer under a specially developed test procedure. The obtained results validated the proposed adimentional number (excitation index 2) since was possible to establish a logarithmic equation (R²=0,9) relating it to the squeal noise occurrence verified on the conduced tests. It was also established a relation between the friction coefficient increase, as a function of the sliding speed reduction, with the increase on squeal noise occurrence. A brief investigation about the relevance of the contact stiffness to the vibroacustic behavior of the brake systems was developed, showing that higher values of this property can reduce the squeal noise generation.

A presente dissertação descreve o desenvolvimento e análise de um experimento concebido para avaliar a contribuição de materiais de fricção sobre vibrações induzidas na superfície de um disco de freio. O aparato proposto é equipado com um excitador modal (shaker), utilizado para promover e controlar o sinal de excitação que foi aplicado sobre os materiais de fricção avaliados. A resposta dessa excitação na superfície do disco de freio foi mensurada através de acelerômetros. Além da aplicação sobre o experimento proposto, foram avaliados o coeficiente de atrito e a distribuição de asperezas da superfície das oito amostras utilizadas. A característica modal do disco utilizado foi descrita através das suas frequências naturais, amortecimento e formas modais, parâmetros identificados através da aplicação de análise modal experimental. O experimento proposto foi utilizado para identificar as principais características de resposta do disco quando a excitação é realizada através do material de fricção. Essa condição também foi comparada com aquela em que a excitação foi aplicada diretamente no disco A métrica mais adequada para avaliação desse experimento foi identificada como o valor médio da magnitude da Função Resposta em Frequência (FRF), calculado através do estimador H3. O aparato proposto se mostrou capaz de identificar diferenças nas amostras avaliadas quanto à propensão dessas à produção de vibrações na superfície do disco. As amostras foram avaliadas no experimento proposto nas condições sem e com filme tribológico sobre a sua superfície, as quais correspondem ao estado das amostras antes e depois, respectivamente, do processo de caracterização do coeficiente de atrito destas, utilizando o tribômetro do LATRIB/UFRGS. Foi observado que as amostras com filme produziram maior vibração do que as amostras sem filme. Os resultados obtidos demonstraram uma forte correlação entre a propensão das amostras à produção de vibrações e a distribuição de asperezas da superfície das amostras. Esses resultados indicam que materiais de fricção com superfícies planas são capazes de transmitir mais vibração à superfície do disco do que aqueles com superfícies mais rugosas. / The present work describes the development and analysis of an experimental apparatus designed to evaluate the contribution of friction materials in vibrations induced on the surface of a brake disc. The proposed apparatus is equipped with a modal exciter (shaker), which was used to promote and control the excitation signal applied in the evaluated friction material. The response of this excitation in the disc surface was measured with accelerometers. The eight samples evaluated in this study was also characterized in terms of its friction coefficient and the asperity distribution of its surface. The modal characteristic of the disc was described in terms of its natural frequencies, damping and modal shapes, whose parameters were obtained by application of experimental modal analysis. The proposed apparatus was used to identify the main characteristics of the disc response when the excitation is applied throw the friction material. This case was also compared to the condition in which the disc was excited directly by the shaker. The most adequate metric to evaluate this experiment was selected as the mean value of the Frequency Response Function (FRF) spectrum, calculated by the H3 estimator The proposed apparatus showed being capable of identifying differences between the evaluated samples, regarding its propensity to produce vibrations on the disc surface. The samples were evaluated in with and without tribological film deposited on its surface. It was shown that the analyzed samples had the vibration increased with tribological film compared to the condition without the film. The obtained results demonstrated a strong correlation between the samples propensity to the production of vibration and the asperity distribution of the samples surfaces. These results indicate that friction materials with flat surfaces are capable to transmit more vibrations to the disc surface than those samples with rough asperity distribution.

Sistemas de freio automotivos são frequentemente suscetíveis a gerarem ruídos de alta frequência como resultado de uma vibração autoexcitada. Este fenômeno é genericamente nominado squeal noise e constitui o tema de diversos estudos publicados com o intuito de identificar e descrever seu mecanismo de excitação e de propor alternativas para evitar sua ocorrência. Um ponto fundamental que ainda não foi completamente explorado sobre a geração de tal fenômeno constitui-se da relação entre as propriedades do material de fricção e a propensão à ocorrência de squeal noise. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um número adimensional obtido através de análise dimensional (teorema de Buckingham) capaz de relacionar a ocorrência de squeal noise as quatro principais propriedades dos compósitos de fricção: dureza, tamanho de partícula e concentração do abrasivo utilizado na formulação, além de sua compressibilidade. Resultados experimentais foram obtidos a partir de ensaios desenvolvidos com seis diferentes materiais de fricção nos quais a concentração ou dureza ou tamanho de partícula foi alterada de modo a oportunizar a identificação do impacto destas variáveis sobre a ocorrência de squeal noise. A ocorrência de ruídos foi verificada através da aplicação de um método de ensaio em dinamômetro inercial especialmente desenvolvido a um conjunto de amostras dos materiais de fricção moldados a pastilhas de freio e aplicados a um sistema de freio a disco convencional. Os resultados obtidos validaram o número adimensional proposto (índice de excitação 2) na medida em que foi possível estabelecer sua relação com a ocorrência de ruídos verificada experimentalmente através de uma equação logarítmica (R²=0,9). Foi estabelecida também uma relação entre o aumento do coeficiente de atrito, em função da redução da velocidade de escorregamento, e o aumento da ocorrência de squeals. Uma breve investigação a respeito da relevância da rigidez de contato sobre o comportamento vibroacústico do sistema de freio também é conduzida, tendo sido demonstrado que o aumento da magnitude desta propriedade reduz a ocorrência de ruídos do tipo squeal. / Automotive brake systems are very often susceptible to generate high frequency noise as a result of a self excited vibration. This phenomenon is generically nominated brake squeal noise and is the subject of many studies which intend to identify and describe its exciting mechanism and to propose counter measures to avoid its occurrence. One key subject yet to be explored about squeal noise generation is the relation between friction material properties and its occurrence propensity. This work presents the development of an adimentional number obtained by dimensional analysis (Buckingham theorem) capable to relate the squeal noise occurrence with four main properties from the friction composite: abrasive hardness, particle size and concentration and also its compressibility. Experimental results were obtained by testing six different friction material formulations, in which the concentration of abrasive or its hardness or its particle size was altered in order to explore the impact of these variables on the squeal noise occurrence. The noise generation was accessed by testing the friction materials molded to brake pads using a standard disc brake system in an inertial dynamometer under a specially developed test procedure. The obtained results validated the proposed adimentional number (excitation index 2) since was possible to establish a logarithmic equation (R²=0,9) relating it to the squeal noise occurrence verified on the conduced tests. It was also established a relation between the friction coefficient increase, as a function of the sliding speed reduction, with the increase on squeal noise occurrence. A brief investigation about the relevance of the contact stiffness to the vibroacustic behavior of the brake systems was developed, showing that higher values of this property can reduce the squeal noise generation.

Ce mémoire présente une étude expérimentale et numérique sur le crissement du contact verre/élastomère lubrifié à l’eau, avec pour application le bruit des essuie-glaces. Le crissement provient d’une vibration auto-entretenue de l’échantillon d’élastomère sur l’un de ses modes. Des expériences menées à vitesse stabilisée montrent qu’il existe trois régimes de frottement. À basses vitesses, le frottement est constant et élevé malgré le lubrifiant : c’est le régime limite. À hautes vitesses, la formation d’un film hydrodynamique assure un frottement faible. La transition a lieu à des vitesses intermédiaires où le frottement décroît fortement avec la vitesse de glissement : c’est le régime mixte. On observe que la vibration auto-entretenue n’apparaît que durant le régime mixte. Un modèle masse-ressort-amortisseur à un degré de liberté permet de rendre compte de ces observations : le système est instable lorsque la pente du coefficient de frottement avec la vitesse est négative et supérieure à un seuil relié à l’amortissement interne de l’élastomère. L’instabilité est de type stick-slip et son apparition est bien prédite quantitativement par ce critère de stabilité. Le mécanisme générant l’instabilité est donc d’origine tribologique et sa compréhension requiert un examen approfondi du contact au cours de la transition. Les observations directes du contact par microscopie montrent que le contact élastomère/verre lubrifié est hétérogène et composé d’une multitude de spots. On divise le contact en trois familles : les spots de contact sec (sans aucun film d’eau entre l’élastomère et le verre), le contact intermédiaire caractérisé par un mince film d’eau entre l’élastomère et le verre, et une zone totalement lubrifiée. On propose une loi de frottement de type additive prenant en compte la contribution de ces trois familles. La composante de frottement sec est proportionnelle à l’aire des spots secs. Une composante d’origine capillaire, causée par la présence de ponts capillaires dans le contact, est proportionnelle au périmètre du contact intermédiaire. La composante hydrodynamique est toujours négligeable. / This thesis presents a study about the squeal noise induced by a lubricated elastomer/glass contact. The industrial application of this work, based on experimental and numerical approaches, is the wiper blade squeal noise. The hearing squeal noise is caused by a self-induced vibration of the elastomer sampled on one of its mode. Experiments produced for different sliding speeds reveal three regimes of friction. At low speeds, friction coefficient is constant and high : this is the boundary regime. For high speeds, the forming of an hydrodynamic film between the elastomer and the glass induces a low friction coefficient. The transition occurs for intermediate speeds for which the friction strongly decreases with the sliding speed : this is the mixed regime. One observes that the self-induced vibration is present only during the mixed regime. A model, based on a single degree-of-freedom mass-spring-damper oscillator submitted to a velocity-dependent frictional force, allows to understand these observations : the system is unstable when the variation of the friction coefficient according to the sliding velocity is negative and higher than a threshold depending on the elastomer intrinsic material damping. The instability is stick-slip kind, and its occurrence is well predicted using this stability criterion. Thus the origin of the instability is tribological and its full understanding needs the consideration of the contact evolution during the transition. Direct contact observations by microscope show that the lubricated elastomer/glass contact is heterogenous and composed of a multitude of spots. The contact is divided in three families : dry contact spots (without any lubricated water film between elastomer and glass), the intermediate contact defined by a thin film layer between elastomer and glass, and a totally lubricated zone. Using these three kinds of contact spots, an additive friction law is established. Friction component associated with dry contact depends on dry spots area. Intermediate contact generates capillary force, caused by the presence of capillary bridges in the contact. The associated force depends on the intermediate contact perimeter. The hydrodynamic component is always negligible.

Automotive parts may be the cause of very annoying friction-induced noise and the source of many customer complaints. Indeed, when a wiper operates on a windshield, vibratory phenomena may appear due to flutter instabilities and may generate squeal noise. As squeal noise generated by wiper system is a random and complex phenomenon, there are only few studies dealing with the wiper noise. The complexity of this phenomenon is due to the cinematic of the movement and to the various environmental parameters which have an influence on the appearance of the noise. This master thesis is a research and development project and presents a numerical simulation methodology used in the aim to reduce and eradicate squeal noise of wiper systems.  In the first part, the finite element model representing a wiper system and the numerical simulation methodology will be presented in detail. In the second part, stability analysis will be carried out in nominal studies and in designs of experiments. Parametric studies will also be achieved to understand the behavior and the influence of each considered input parameters. Two wiper blades, with the same geometry but with different material, will be considered for the different studies. These two wiper blades will be examined to figure out when squeal noises appear.