Les phénomènes de contact (rugosité, frottement, usure, etc.) sont importants dans le fonctionnement des freins à friction. Ils peuvent influencer leurs performances en modifiant l'état de surface et des matériaux. Afin de cerner ce problème, les industriels se basent sur des méthodes de type essai/erreur qui sont coûteuses et peu efficaces face aux exigences actuelles.L'objectif de cette thèse est de proposer une alternative consistant à modéliser numériquement les systèmes, tels qu'un frein à friction, avec des hypothèses réalistes au niveau du contact contrairement aux approches classiques considérant le contact parfait. Ce challenge a été surmonté en développant une stratégie numérique associant un modèle macroscopique du système et plusieurs modèles micro traitant les phénomènes de contact. La modélisation microscopique du contact est faite grâce à des modèles thermique et mécanique considérant la rugosité. Le problème est résolu avec des techniques d'optimisation. Le cas d'un matériau à gradient de propriétés normal à la surface et l'usure sont aussi considérés. A partir de ces calculs, les paramètres de contact (pression, température, etc.) sont analysés en fonction des propriétés de surface et du matériau. Ensuite, le modèle macroscopique est enrichi avec ces paramètres tout en conservant la planéité des surfaces en contact. Avec cette technique, le temps de calcul est réduit en comparaison à des calculs Éléments Finis complets. Cette stratégie multi-échelle a été adoptée pour l'analyse dynamique et thermo-mécanique des freins. Les résultats des simulations numériques montrent l'impact de l'interface et de son évolution sur les performances du frein et vice-versa. / Contact phenomena (roughness, friction, wear, etc.) are central to friction brake functioning as they lead to the modification of surface and material properties which may affect the braking performances. To address these issues, the manufacturers use an experimental approach based on feedback tests which is expensive and inefficient against the current requirements.The objective of this work is to propose an alternative based on numerical modeling of applications like brakes with realistic assumptions at the contact interface level, unlike the classical approaches that assume a perfect contact. This challenge has been overcome by building a numerical methodology associating a large scale model of the system and several micro scale models of contact phenomena. The micro scale contact modeling has been performed with thermal and mechanical models considering roughness. The problem is solved by means of constrained quadratic programming. A normal gradient of material properties and wear have also been considered. From this analysis, surface parameters (pressure, temperature,etc.) are analyzed depending on roughness and material properties. Thereafter, a Finite Element large scale model is embedded with these parameters while the surface is flat at this scale. With this technique, the CPU time is considerably reduced and the precision is maintained in comparison to classical Finite Element calculations. This multi-scale methodology has been used for dynamic and thermo-mechanical analyses of braking systems. The results of numerical simulations highlight the impact of the contact interface and its evolution on the system behavior, and vice versa.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2017LIL10049 |
| Date | 19 June 2017 |
| Creators | Waddad, Yassine |
| Contributors | Lille 1, Dufrénoy, Philippe, Saxcé, Géry de, Magnier, Vincent |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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