Procédure de simulation de l’usure

Modèle d’usure utilisé par les codes de calcul

Des expériences telles que celles montrent que l’usure est linéaire, proportionnelle à la distance de glissement, au moins après une période de rodage, une période qui peut être difficile à mesurer pour diverses raisons. La plupart des modèles d’usures supposent la linéarité, et souvent aussi supposer que l’usure est directement proportionnelle à la pression de contact locale de modèle d’usure le plus commun est appelé loi d’usure d’Archard, bien que Holm formulé le même modèle beaucoup plus tôt que Archard. Le modèle d’Archard modifié est de la forme général suivante: V = V u H F s k . (І-3.1) où V est le volume d’usure, K est le coefficient d’usure sans dimension F, est la charge normale, H est la dureté de la surface de contact plus douce et S est la distance de glissement. Le model (І-3.1) est souvent reformulé en divisant les deux côtés par la surface de contact apparente A et en remplaçant Ku / HV par k [104-110].

Processus de la simulation d’un modèle d’usure

Définition de l’usure sévère et légère considérée dans les codes

L’usure peut être définie comme l’élimination du matériau des surfaces solides par une action mécanique. L’usure peut apparaître de plusieurs façons, en fonction du matériau des surfaces de contacts et les conditions de fonctionnements. En termes d’ingénierie, l’usure est souvent classé comme douce ou sévère. Les ingénieurs visent une usure légère, qui peut être obtenu par création de surfaces de contacts, de formes et de topographies appropriées. Cependant, pour obtenir une usure légère, nous devons souvent durcir et lubrifier les contacts d’une manière ou d’une autre. La lubrification a pour objectif souvent de réduire l’usure, et donner un faible frottement. L’usure légère entraîne des surfaces lisses qui peut parfois produire des surfaces rugueuses ou entaillées. L’usure sévère plutôt plus vaste, entraîne des surfaces de contact entre les aspérités, cette usure apparait aux conditions thermomécaniques. Chapitre I 62 L’usure par fatigue superficielle, que l’on peut rencontrer dans les contacts roulants, apparaît sous forme de piqûres ou de flocons sur les surfaces de contact; dans une telle usure, les surfaces se fatiguent en raison des contraintes de contact élevées répétées.

Modèle de contact de simulation l’usure

Les simulations d’usure excluent normalement la fatigue de surface et ne traitent que de l’usure par glissement, même s’il semble improbable que le composant coulissant soit le seul mécanisme actif. Pourtant, les contacts roulants et glissants sont courants dans les machines à hautes performances. On considère un modèle de contact (sphère/plan) de simulation de l’usure maillé, les surfaces sont pas séparer par un film d’huile (contact sec) Fig.(І-3.1). Un glissement relatif entre les deux surfaces, durant un cycle, le phénomène d’usure se produit dans la surface moins dure. Figure.(І-3.1): Modèle de contact de simulation de l’usure. Lors des interactions de glissement entre les surfaces de contact, ces dislocations forment des fissures qui se propagent parallèlement aux surfaces. Le volume d’usure total est supposé égal à la somme du volume d’usure de chaque surface de contact. Pour une simulation du volume d’usure V, en considère Ni le nombre de couches d’usure de la surface i, Ai est le surface moyenne de chaque couche, hi est l’épaisseur de la couche délaminée, si est la distance de glissement nécessaire pour générer des couches et s est la distance de glissement réelle. Il est à noter que le volume d’usure de chaque surface de contact (représenté par le nombres de noueux i en contacts déplacés) c’est le volume d’usure total. Les observations expérimentales indiquent que l’usure est presque directement proportionnelle à la distance de glissement dans des conditions douces stables. La méthode d’observation en un seul point peut être illustrée par le type de pin-on-disc expérience illustrée  sur la Fig.(ІІ-2.2). Un point sur la surface de contact de la broche est en contact tout le temps, mais un point de contact sur le disque est seulement en contact avec le pion lorsque le pion passe ce point. Même si les deux surfaces de contact ont la même résistance à l’usure, la goupille usera beaucoup plus que le disque[111]. Les surfaces de contact se déplacent avec des vitesses périphériques de v1 et v2, avec v1> v2 Fig.(І-3.2). La contrainte de cisaillement par frottement dans le contact dépend du processus, ce qui signifie qu’au début, il dépendra principalement des déformations élastiques. Pour des couples plus élevés ou à un glissement plus élevé, la contrainte de cisaillement dépendra principalement du glissement entre les surfaces. Puisque ces phénomènes sont toujours actifs dans les contacts roulants et glissants, il est intéressant d’analyser dans quelle mesure la zone de collage, représentée par la déformation élastique, influence le frottement et l’usure dans un contact. Les résultats montrent que dans de nombreux cas, l’effet de la déformation élastique sur le frottement et l’usure peut être négligé.