Habilitation à diriger des recherches : Génie mécanique : Villeurbanne, INSA : 1999. / Document rédigé également en version française. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 135-155.

Dans le domaine automobile, les réductions de consommation de carburant et des émissions polluantes constituent des axes de recherches majeurs. Dans ce contexte, de nombreux efforts sont portés sur l'amélioration du rendement des boîtes de vitesses. Parmi l'ensemble des pertes générées dans une boîte de vitesses, les pertes par barbotage peuvent représenter une source de perte importante. Si différents modèles existent pour quantifier les pertes par barbotage, aucun d'entre eux ne prend en compte l'influence de la présence d'air dans le lubrifiant. Grâce à un banc d'essais spécifique, il est montré que l'aération de l'huile peut avoir un impact sur les pertes par barbotage. Un modèle original d'estimation des pertes dues à l'aération est alors développé. Ce dernier révèle que des propriétés du lubrifiant autres que la viscosité ou la masse volumique peuvent avoir une influence sur les pertes par barbotage. L'étude des pertes par barbotage conduit également à s'intéresser à ce mode de lubrification largement employé dans les boîtes de vitesses manuelles. Actuellement, la mise au point de cette méthode de lubrification souffre d'un manque d'informations portant principalement sur les débits mis en jeu lors du phénomène de projection d'huile par les pignons en rotation. L'analyse de ces débits d'huile est conduite au moyen d'un banc d'essais développé spécifiquement. Les nombreux résultats de mesures obtenus permettent de mieux appréhender ce phénomène de projection. Un modèle analytique est finalement proposé permettant d'estimer les débits d'huile projetée pouvant être utilisé lors de la mise au point de la lubrification d'une boîte de vitesses.

Les émissions de polluants dans l'atmosphère représentent l'un des objectifs majeurs à l'heure actuelle. Dans le domaine automobile, la réduction des émissions de CO2 repose en partie sur l'amélioration du rendement moteur. Pour ce faire, ces travaux de thèse sur la texturation de surface à micro et nano échelle proposent de diminuer les pertes par frottements dans les moteurs thermiques alternatifs à combustion interne. Le poste moteur retenu dans cette thèse est le segment/piston/chemise car près de 40 % des pertes par frottement y sont générées. On s'intéresse à la texturation par LASER femtoseconde de cavités sur la surface du segment coup de feu. Le comportement tribologique de surfaces texturées est étudié en régime ElastoHydroDynamique (EHD) et Limite. En régime EHD, la capacité de formation d'un film lubrifiant et le contrôle du frottement en surface texturée indique un comportement tribologique dépendant du couplage entre les paramètres expérimentaux - cinématique des surfaces, pression de contact, taux de rétention en huile et temps de résidence des textures dans le contact et les paramètres géométriques - diamètre, profondeur, densité de textures. En régime Limite, l'influence des textures sur le comportement tribologique a permis de confirmer l'hypothèse sur le rôle de piégeage des débris par les cavités et de mettre en évidence des configurations de réseaux réduisant le coefficient de frottement pour des profondeurs faibles.

Les exigences actuelles en terme de lubrification automobile imposent des formulations extrêmement complexes. Parmi tous les additifs présents dans l'huile, on peut noter le dithiocarbamate de molybdène et le dithiophosphate de zinc, additifs à action tribologique, à base de soufre et de phosphore. Pour des raisons environnementales, il est important de diminuer nettement voire d'éliminer la présence de ces deux éléments dans les huiles. Les matériaux à base de carbone présentent des propriétés tribologiques intéressantes mais n'ont jamais été entièrement étudiés. Dans cette étude nous nous sommes intéressés aux propriétés lubrifiantes des nanotubes de carbone (NTCs). Des nanotubes multi-parois ont été dispersés dans l'huile puis les propriétés rhéologiques et tribologiques des " nanolubrifiants " ont été étudiées. Nous nous sommes intéressés à leurs propriétés tribologiques dans deux régimes de lubrification : le régime limite et le régime élastohydrodynamique. Nous nous sommes tout d'abord focalisés sur les propriétés rhéologiques du mélange huile/NTCs.Les nanotubes de carbone possèdent une tendance à s'agréger sous la forme d'un réseau de taille micrométrique ce qui résulte en une nette augmentation de viscosité de l'huile de base. Cet effet épaississant pourrait éventuellement permettre aux NTCs de remplacer une partie de l'Améliorant d'Indice de Viscosité (AVI) habituellement additionné à l'huile de base. Néanmoins, nous avons mis en évidence un effet antagoniste avec les autres additifs de lubrification, tel que le dispersant, qui pourrait être un problème pour une telle utilisation. Nous nous sommes ensuite intéressés aux propriétés des NTCs dans le régime limite de lubrification. Les NTCs présentent des propriétés réductrices de l'usure et du frottement intéressantes sous certaines conditions. Les analyses effectuées laissent supposer un rôle du catalyseur dans le mécanisme de lubrification. Les nanotubes de carbone semblent d'un grand intérêt car, ils possèdent également des propriétés tribologiques en régime élastohydrodynamique (EHD). Le mécanisme de formation des films lubrifiants a été étudié en fonction des paramètres concentrations et vitesses d'entraînement: la propagation des agrégats de NTCs à travers le contact résulte en une augmentation locale de l'épaisseur de film lubrifiant. De plus, une réduction de frottement et un décalage dans l'apparition des premières traces d'usure ont été observés à la suite d'essais tribologiques. Le mécanisme d'action des NTCs en régime de lubrification EHD est proposé dans cette partie. Cependant, les interactions entre les NTCs et les additifs présents dans les lubrifiants entièrement formulés doivent être étudiés pour optimiser la formulation de lubrifiant à base de nanotubes de carbone.

L'objectif du travail présenté est d'une part, de mieux comprendre le phénomène d'indentation des surfaces et d'autre part, d'évaluer la fatigue de surface liée à ce type de défaut. L'indentation des surfaces est le sujet de la première partie principalement expérimentale. Un dispositif original, associé à une machine à galets, permettant d'imposer un niveau contrôlé de pollution a été construit et validé. Nous avons tout d'abord étudié la probabilité de passage d'une particule solide dans un contact EHD et décrit les mécanismes d'indentation. L'influence de la nature du polluant et des conditions de fonctionnement (charge, vitesse de roulement et taux de glissement) a fait l'objet d'une attention particulière sur le nombre, la taille et la forme des indents observés. Dans une seconde partie, les conséquences de l'indentation sur la durée de vie du contact sont analysées à la fois d'un point de vue théorique et expérimental. Il s'agissait (i) d'identifier les mécanismes d'endommagement dont les indents sont à l'origine, (ii) de prédire les sites d'amorçage et (iii) d'évaluer l'importance de la géométrie de l'indent et des conditions de fonctionnement dans le processus d'endommagement. Ce travail s'est appuyé sur des codes de calcul existants. Les résultats de ces simulations numériques ont été confrontés aux résultats expérimentaux. Une bonne corrélation est notée pour ce qui concerne les sites d'amorçage. Ce travail constitue une première étape pour la prédiction des effets des polluants solides contenus dans les lubrifiants sur la durée de vie des surfaces des mécanismes.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-01-21Bitstream added on 2014-06-13T19:11:29Z : No. of bitstreams: 1 fusse_ry_me_bauru.pdf: 1253289 bytes, checksum: 13ba46e6c0ba064145f2121824fa4865 (MD5) / A utilização dos fluidos de corte exige certos cuidados, pois os convencionais atualmente empregados, apresentam em sua composição química produtos que podem gerar doenças aos operadores e trazer prejuízos ao meio ambiente. A manutenção e o descarte dos fluidos apresentam custos elevados. O presente trabalho utilizou um tipo de fluido de corte de origem vegetal isento de substâncias tóxicas, e visa utilizar uma nova técnica de aplicação de fluido de corte, a Mínima Quantidade de Lubrificação (MQL) na retificação cilíndrica externa de mergulho de um aço ABNT 4340 temperado e revenido, utilizado comercialmente na fabricação de eixos, virabrequins e engrenagens cujas solicitações mecânicas são elevadas. A MQL é um método que utiliza uma quantidade menor de fluido de corte com relação aos métodos convencionais e já vem sendo pesquisada em outras operações de usinagem como o fresamento e torneamento. A otimização da aplicação do fluido de corte exigiu a confecção de um bocal especial que permitiu a mistura de fluido com ar comprimido, formando assim uma névoa. Utilizou-se dois tipos de aplicação de fluido de corte (MQL e convencional) e dois rebolos (CBN e Al2O3), obtendo-se como parâmetros de saída a força tangencial de corte, energia específica e a integridade superficial do material retificado. Com relação à integridade superficial analisou-se a rugosidade, a circularidade, a microdureza, a tensão residual e a microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados alcançados com a MQL mostraram-se promissores na retificação com os parâmetros utilizados. / The use of cutting fluids demands certain cares, because some of then can contain in their chemical composition products that cause illnesses to the operators and bring damages to the environment. The maintenance and the discarding of this kind of fluids generates high costs. The present work used a type of vegetal cutting fluid free from toxic substances, and aims at to apply a new technique of cutting fluid application, the Minimum Quantity of Lubrification (MQL) in the external cylindrical plunge grinding of a tempered and annealed ABNT 4340 steel, used commercially in the manufacturing of shafts, crankshafts and gears with high mechanical loads. The MQL is a method that uses a lesser amount of cutting fluid than the conventional methods. A special nozzle was made to allow the mixture of the cutting fluid with the compressed air forming a misty. This work used a CBN and Al2O3 wheel and two types of fluid application (MQL and conventional). It was observed the influence of the MQL and conventional methods in the tangential cutting force, specific energy and superficial integrity of the ground material (roughness, roundness, residual stress and SEM). The results demonstrated the effectiveness of the MQL method for the input parameters used in this study.

Resumo: A operação de retificação cilíndrica externa de mergulho têm sido bastante empregada no processo de fabricação de componentes que necessitem de excelente qualidade superficial obtida dentro de baixos níveis de tolerância dimensional. O tempo de centelhamento spark-out) é um parâmetro que permite que se alcance as dimensões desejadas, por meio da eliminação das deformações elásticas oriundas das intensas forças que agem na interface de contato peçaferramenta. O tempo de spark-out é definido como um período de inexistência de avanços do rebolo, todavia com remoção de material da peça que busca o posicionamento real. A experimentação envolvendo o tempo de centelhamento será aplicada na operação de retificação utilizando três métodos de lubri-refrigeração, sendo eles convencional, otimizado e MQL (Mínima Quantidade de Lubrificação) para que, desta forma, seja possível fazer uma otimização global do processo. Optou-se por trabalhar com a técnica de MQL pelo fato desta se apresentar como uma nova tendência capaz de proporcionar redução de custos e ainda evitar uma intensa degradação do meio-ambiente, ocasionada por fluidos convencionais. O desempenho do processo foi verificado por meio dos seguintes parâmetros de saída: força tangencial de corte, emissão acústica, rugosidade, desvios de circularidade e desgaste diametral da ferramenta abrasiva. Analisando-se os resultados constatou-se quais os tempos de spark-out mais adequados para o processo de retificação e também em quais condições de trabalho a técnica de MQL pode ser eficazmente empregada. / Abstract: The cylindrical plunge grinding operation has been used in the process of manufacture of components that need excellent gotten superficial quality of low levels of dimensional accuracy. Spark-out time is a parameter that has been sufficiently used exactly for contributing for the attainment of good surfaces with satisfactory geometric precision. This time is defined as a period of inexistence of advances of abrasive tool, and has as purpose to allow that the elastic deformations appeared at the moment of the advance of abrasive tool are eliminated. The experimentation involving spark-out was applied in the grinding operation using three types of coolant application, conventional and optimized and the Minimum Quantity of Lubrification (MQL), witch has been seen as environmentally correctly way, joining a little quantity of lubrificant oil with an intensive flow of compressed air. The performance of the process was verified by the following parameters: tangential cutting force, acoustic emission, roughness, roundness and wear of abrasive tool. The results shows what the most efficient spark-out applied in the grinding process and either conditions MQL can be well applied. / Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Coorientador: Paulo Roberto de Aguiar / Banca: Olívio Novaski / Banca: Luiz Eduardo de Angelo Sanchez / Mestre

Orientador: Kátia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T15:01:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_TiagoHenrique_M.pdf: 6488903 bytes, checksum: f0285c2b84eaaa9effae0b3cce163537 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo:Mancais hidrodinâmicos são amplamente utilizados em máquinas rotativas, sendo o elemento responsável pela interação entre o rotor e a estrutura de fundação. Portanto, a fim de descrever o comportamento dinâmico dos eixos em rotação, é necessário conhecer as características desses mancais. Por esta razão, a proposta deste trabalho é analisar as características dinâmicas e operacionais de diferentes configurações de mancais radiais hidrodinâmicos. O objetivo deste projeto é desenvolver e implementar uma representação consistente para o modelo matemático que descreve o comportamento do mancal hidrodinâmico, através da equação de Reynolds e, assim, obter a distribuição da pressão no mancal, bem como os coeficientes dinâmicos, a fim de avaliar o desempenho de diferentes geometrias em condições severas, altas velocidades de rotação e alta carga aplicada. Um modelo numérico para a solução da equação de Reynolds, com a ajuda da equação de Bernoulli, obtém o campo de pressão gerado dentro do filme de óleo. Os coeficientes dinâmicos são obtidos a partir de um conceito semelhante ao de um sistema mola-amortecedor, a fim de representar a flexibilidade e o amortecimento inerentes ao filme de óleo. A abordagem numérica utilizada neste estudo é feita através do método dos volumes finitos. A escolha deste método foi feita devido à sua ampla utilização na simulação numérica dos fenômenos da dinâmica dos fluidos e transferência de calor. O trabalho apresenta uma análise para três diferentes geometrias de mancais: um cilíndrico, um elíptico e um trilobular. Além das diferentes geometrias, o projeto também propõe um estudo sobre o efeito de algumas descontinuidades geométricas no comportamento dos mancais. As descontinuidades foram introduzidas na forma de ranhuras axiais, e seu efeito é então comparado com o desempenho dos mancais sem a introdução destas descontinuidades / Abstract: Hydrodynamic bearings are widely used in rotating machines, being the element responsible for the interaction between the rotor and the supporting structure. Therefore, in order to describe the dynamic behavior of the rotating shafts, it is necessary to know the journal bearings characteristics. For this reason, the purpose of this work is to analyze the dynamic and operational characteristics of different configurations of radial hydrodynamic bearings. The objective of this project is to develop and implement a consistent mathematical representation for the model of the hydrodynamic bearing through the Reynolds equation and thereby obtain the pressure distribution in the bearing, as well as the dynamic coefficients, in order to evaluate the performance of different geometries in severe conditions, high speeds and high-applied load. A numerical model for the solution of Reynolds equation, with help from the Bernoulli equation, obtains the pressure field generated inside the oil film. For the dynamic coefficients, they are obtained from a similar concept to the spring-damper, in order to represent the inherent flexibility and damping of the oil film. The numerical approach used in this study is done using the finite volume method. The choice of this method was made due to their widespread use in the numerical simulation of phenomena of fluid dynamics and heat transfer. The work presents an analysis for three different geometries of bearings: a cylindrical, an elliptical and a three-lobe. In addition to the different geometries, the project also proposes a study on the effect of some geometric discontinuities in the behavior of the bearings. The discontinuities were introduced in the form of axial grooves, and its effect is then compared with the performance of bearings without these grooves / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Jose Roberto Guimarães, Carlos Gomes da Nave Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-11T13:54:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreno_FranciscoNavarro_M.pdf: 4932660 bytes, checksum: fcd2b44ce7307660ce7b34dec37ecae0 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A proposta deste trabalho foi avaliar o desempenho individual do processo de lodos ativados por batelada (LAB) e da flotação por ar dissolvido (FAD) para tratar águas residuárias de uma indústria de reciclagem de embalagens plásticas com resíduo de óleo lubrificante, compostas pela água de lavagem dos frascos plásticos misturadas com esgoto sanitário. Para a realização da fase experimental do sistema LAB foram montados quatro reatores aerados operando em mistura completa, nos quais foi testada a influência da idade do lodo, assim como da biomassa de partida. Os sistemas operados com aeração prolongada foram os que apresentaram melhor eficiência para reduzir a DQO, a DBO5 e a turbidez, atingindo uns valores máximos de remoção iguais ao 92,9, 97,1, 98,8 %, respectivamente. Os resultados obtidos demonstraram que a utilização de uma biomassa de partida adaptada a tratar efluentes oleosos permitiu uma melhor eficiência de remoção dos óleos, variando entre 88,3 e 91,3 %. Para avaliar o segundo método em estudo, o FAD, foram realizados testes em escala de bancada utilizando aparelho floteste. Dois coagulantes químicos foram testados inicialmente, variando os valores de pH e dosagem. Com aquele que apresentou melhores resultados foi construído o diagrama de coagulação a fim de averiguar as regiões mais eficientes de trabalho. O ponto ótimo resultou em reduções nos valores de DQO, DBO5, O&G e turbidez de 90,2, 80,1, 99,0 e 99,6 %, respectivamente. Os dois sistemas de tratamento estudados demonstraram uma grande potencialidade de uso para tratar o tipo de efluente em estudo, porém, o sistema FAD revelou-se como a tecnologia mais adequada para tratar o efluente líquido gerado numa indústria de reciclagem de embalagens plásticas pós-uso de óleos lubrificantes / Abstract: In the present work, the treatment of the wastewater originated in a plastic container (containing originally lubricant oil) recycling industry was investigated. The purpose of this work was to study the individual efficiency to treat the industrial effluent, mixture of the plastic container washing process wastewater and sanitary wastewater, by activated sludge process operating in sequencing batch reactors (SBR) and dissolved air flotation (DAF). The experiments for the SBR processes were performed in four completely mixed aerated reactors, which were used to test the influence of the sludge age and the original biomass. The extended aeration system showed the best efficiency in the reduction of the main pollutants, with a removal of DQO, DBO5 and turbidity equal to 92.9, 97.1 and 98.8 % respectively. Oil reduction using a original biomass adapted to treat oil effluents was more effective (oil reduction of 88.3 and 99.1 %). To evaluate the second process, DAF, it was used a batch type lab-scale dissolved air flotation installation (floteste). Initially, two different coagulants were tested, in different pH values of effluent and coagulant doses. With the most efficient coagulant it was built the coagulation diagram. Under the optimal conditions, DAF system obtained a removal efficiency of DQO, DBO5, O&G and turbidity of 90.2, 80.1, 99.0 and 99.6 % respectively. It is concluded that the activated sludge process and DAF are technologies with a high potential to treat the liquid effluent originated in a plastic bottles containing originally lubricant oil recycling industry, notwithstanding DAF system was the most adequate methods / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T01:22:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nonato_Fabio_D.pdf: 15501749 bytes, checksum: e33de59a100f07bcab576880e3654db0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A representação dinâmica dos contatos mecânicos em modelos computacionais de mancais de elementos rolantes baseia-se comumente no clássico modelo de Hertz para o contato seco, mesmo sendo a presença de um meio lubrificante imperativa para evitar o desgaste prematuro destes componentes. Desta maneira, os efeitos dinâmicos da presença de um filme fluídico nas interfaces de contato são desconsiderados, quando tais mancais são lubrificados por óleo. Com o intuito de introduzir tais efeitos em um modelo de mancal de elementos rolantes de esferas, este trabalho propõe um método baseado na aproximação dinâmica das características de cada contato lubrificado por vínculos de rigidez não linear e amortecimento viscoso. Estes vínculos dinâmicos são caracterizados a partir da resposta dinâmica da simulação completa do contato elastohidrodinâmico (EHD) elíptico, através da implementação de um integrador temporal que utiliza o método de diferenças finitas em múltiplos níveis para solução da parcela hidrodinâmica do problema. Posteriormente, aplica-se a aproximação do contato EHD por vínculos não lineares a um modelo do mancal radial de esferas, de dois graus de liberdade, com o intuito de analisar vibrações transversais no mancal, em modelos computacionais de máquinas rotativas. A comparação entre os resultados obtidos pelo modelo proposto e os valores obtidos pelo equacionamento completo por diferenças finitas mostrou ser adequada à representação do comportamento estacionário e dinâmico do contato. Observa-se a presença do enrijecimento do mancal devido à presença do filme EHD, quando analisando a resposta do mancal linearizado, efeito observável anteriormente apenas em investigações experimentais. Por fim, a integração temporal de um modelo de elementos finitos de um rotor apoiado por mancais lubrificados representou adequadamente o comportamento em frequência de uma montagem experimental de rotor. Conclui-se, portanto, que o modelo não linear proposto para o mancal de elementos rolantes radiais de esfera, sob influência da lubrificação EHD, é promissor para descrever o comportamento destes componentes quando em aplicação / Abstract: The dynamic representation of mechanical contacts in computational models of rolling element bearings is commonly based on the classic Hertz's model for the dry contact, even though the presence of a lubricant medium being essential to avoid premature wear of such components. Thus, the dynamic effects of the fluid film on the contacting interfaces are overlooked when such bearings are under oil lubrication. With the intent of introducing such effects in a radial deep groove ball bearing model, this work proposes a method based on the dynamic approximation of each lubricated contact by dynamic links of non-linear stiffness and viscous damping. Such dynamic links are characterized from the response of a complete dynamic simulation of the elastohydrodynamic (EHD) elliptic contact, through an implementation of a numerical integrator, which uses the multi-level finite difference method for the solution of the hydrodynamic portion of the problem. Afterwards, the approximation of each contact by dynamic links is applied to a complete rolling element bearing model, with two degrees of freedom, with the intent of analyzing transverse vibrations on the bearings applied to rotating machinery computational models. The comparison between the results attained through the proposed model and the values simulated using the complete finite difference model showed an adequate representation of the stationary and dynamic behaviors of the contact. When evaluating the linearized bearing model, the presence of fluid stiffening is observed, which was previously only observed through experimental investigations. Lastly, the time integration of a finite element model of a rotor supported by lubricated bearings portrayed the frequency content of an experimental set-up of the rotor adequately. It is concluded that the proposed nonlinear model for the deep grove ball bearing, under the influence of the EHD lubrication, is promising to describe the behavior of such components when on application / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica