Laboratoire de Mécanique des Solides - UMR 6610

Etude de la Fatigue de Contact de Roulement.
Approche Expérimentale dans un Matériau Fragile et Modélisation Numérique.

Résumé :

Ce travail a consisté à étudier le phénomène de la fatigue de contact de roulement (RCF). Les avaries qui apparaissent par RCF se caractérisent, à la surface des pièces roulantes, par des fissures, des piqûres et des écaillages.
Les fissures de RCF sont mal décrites, dans leur forme géométrique, dans les travaux précédents. Ceci a conduit à une approche expérimentale utilisant un dispositif bi-disques dans lequel le disque éprouvette est réalisé dans un matériau transparent. La conception du dispositif permet d’imposer une force tangentielle et de créer des conditions de roulement avec glissement partiel. On résume les résultats expérimentaux par :–faire apparaître une famille de fissures débouchantes–suivre avec précision l’évolution des fissures, dans la matière en 3D–proposer des équations paramétriques pour décrire la forme géométrique du front de fissure–constater que l’endommagement de RCF, à sec, s’est établi pour la position ‘menant’ de l’éprouvette–et l’existence d’un pas quasi régulier entre les fissures.
On a proposé un modèle numérique pour comprendre les deux derniers points. Le calcul a été réalisé avec le logiciel MSC.MARC. On a réalisé quatre plans d’expériences. On a décrit l’action d’un contact roulant sur un massif fissuré de façon incrémentale. Ceci permet d’obtenir les répartitions de pression et de cisaillement dans ce contact conformes à la loi de frottement et à la cinématique expérimentale. Ce modèle a montré que la contrainte de ‘peau’ xx atteint des niveaux plus élevés pour la position ‘menant’. C’est en accord avec les résultats expérimentaux. En s’appuyant sur la valeur de xx max, on a expliqué le pas quasi régulier de fissures.

Mots clés : Tribologie, Frottement, Mécanique du contact, Modélisation numérique, Expérimentation, Plan d’expérience, Fissure, Fatigue de surface

JURY :

M. C. BAIETTO : Directeur de Recherche, CNRS - INSA de Lyon (Rapporteur)
M. PASCOVICI : Professeur, Université Polytehnica, Bucarest (Rapporteur)
D. NELIAS : Professeur, INSA de Lyon
J. ABSI : Professeur, Université de Limoges
J. FRENE : Professeur Emérite, Université de Poitiers
T. ZEGHLOUL  : Maître de Conférences, Université de Poitiers
B. VILLECHAISE : Professeur, Université de Poitiers
A. FRANCISCO : Maître de Conférences, Université de Poitiers