Academic literature on the topic 'Régime de lubrification mixte'

Le frottement joue un rôle essentiel pour la réussite de l'opération de laminage. Il ne doit ni être trop faible pour éviter le patinage et la dégradation de l'état de surface par croissance des rugosités (régime hydrodynamique), ni être trop élevé pour limiter les défauts de la planéité, l'usure des cylindres, ainsi que l'augmentation de la force et du couple de laminage (régime limité). Le régime de lubrification mixte présente un bon compromis pour la conduite de l'opération en milieu industriel. Un modèle de frottement basé sur des variables externes comme la pression d'interface, mais aussi sur des variables internes comme l'épaisseur du film lubrifiant locale ou encore l'aire réelle de contact, a été introduit dans un modèle de laminage 2D par la modélisation de l'interface bande-cylindre en régime mixte. Dans les vallées, c'est l'équation de Reynolds moyenne avec les facteurs d'écoulements, afin de tenir compte de l'effet des rugosités sur l'écoulement du lubrifiant, qui relie de la pression du lubrifiant et de l'épaisseur de film dans l'emprise. Sur les plateaux, un modèle d'écrasement d'aspérités modèles longitudinales, qui tient compte de la plasticité du substrat, permet le calcul de l'aire réelle de contact et de la pression aux niveaux des aspérités. Le modèle distingue deux types de régimes mixtes. Aux basses vitesse, le régime est dit mixte à tendance limite et c'est l'équation d'écrasement d'aspérités qui contrôle le frottement. Aux vitesses élevées, le régime est dit mixte à tendance hydrodynamique et c'est l'équation de Reynolds qui contrôle le frottement. L'évolution du frottement moyen dans l'emprise en fonction de la vitesse de laminage (courbe de Stribeck) a été calculée à partir du modèle.

Lors de certaines phases de fonctionnement de composants mécaniques tels que les organes de guidage (paliers) ou de transmissions d'énergie (engrenages), l'épaisseur du film d'huile peut être insuffisante pour séparer totalement les surfaces. Les sommets des aspérités peuvent entrer en contact augmentant ainsi l'usure et le frottement. Ce régime de lubrification par film discontinu est classiquement défini comme mixte ou limite. Les forces sont alors supportées partiellement par les solides et par le film de lubrifiant. De telles situations peuvent se produire en particulier lors des phases de démarrage et d'arrêt, de surcharges accidentelles et surtout pendant le rodage. Ces situations sont déterminantes pour les composants mécaniques notamment au niveau de leur durée de vie et de leurs performances en service. Le problème du contact entre surfaces solides a été étudié dans ce mémoire d'une manière évolutive afin de clarifier le problème, assez complexe du rodage dans un contact rugueux fonctionnant en lubrification mixte. Nous avons commencé par une étude du contact sec en absence de glissement et analysé la variation géométrique ainsi que les transformations physiques occasionnées par une sollicitation normale du contact rugueux. L'incidence du lubrifiant et du glissement sur le frottement et l'usure en régime de lubrification mixte et limite a été étudiée. Les essais ont été réalisés à l'aide d'un tribomètre pion-disque. Ensuite, nous avons analysé l'influence de l'addition d'un agent tensioactif au lubrifiant de base, en particulier sur le frottement, l'usure, et les transformations superficielles des surfaces au cours du rodage<br>During certain working stages of mechanical components such as guiding parts or gear-wheels, the thickness of the oil film can not be sufficient to separate totally the surfaces. The summits of the asperities can be in contact, increasing wear and friction. This situation with a discontinuous film is classically defined as mixed or limited lubrication. In that case, the forces are supported partially by the solids and by the lubricant film. Such situations can occur during the starting and stopping stages, accidental overloads and especially during the running-in. These situations are critical for the mechanical components in particular for their working life and performance in service. The contact problem between solid surfaces has been studied in this work in order to clarify the complexity of the running-in in contact working in mixed lubrication. Firstly, a study of dry contact without sliding has been carried out analysing the geometrical variation of the rough surface and the physical alterations caused by a normal load. Secondly, the influence of the lubricant and the sliding motion on the friction and wear are introduced to study the mixed and boundary lubrication. The tests have been conducted using a pin-on-disc tribometre. The influence of a friction modifier added in to the base oil has been analysed depending on the friction, the wear and the superficial alterations

La protection de l'environnement requiert l'emploi de lubrifiants acceptables pour le milieu, c'est à dire à écotoxicologie nulle à faible et à biodégradabilité élevée. Cette spécification devient impérative dans les industries agro-alimentaires ou les lubrifiants peuvent contaminer l'environnement (forêt, champs) et les aliments (grains, produits transformes). Afin de répondre à ce cahier des charges, de nouvelles molécules de type peresters de sorbitol ont été synthétisées. Outre une excellente biodégradabilité et une bonne tenue à l'oxydation, ces molécules appelées à lubrifier des éléments de machines, présentent un comportement tribologique intéressant. Leur aptitude lubrifiante a été évaluée avec un tribomètre pion-disque et comparée à celles de leurs concurrentes industrielles. Nous avons pu mettre en évidence le rôle de la structure du polyol et de la longueur des chaines d'acides gras dans la réduction du frottement limite et de l'usure. Un nombre croissant de fonctions esters, un polyol linéaire et des acides gras de longueur croissante permettent de diminuer le frottement limite, de réduire l'usure et d'améliorer le rodage. Le tribomètre pion-disque permet d'obtenir des courbes de STRIBECK présentant les 3 régimes de lubrification : régime limite, régime mixte et régime hydrodynamique. Un modèle de frottement mixte et hydrodynamique a été élaboré pour décrire les courbes de frottement obtenues avec la machine pion-disque. Le modèle utilise une définition statistique du contact entre deux surfaces rugueuses et suppose que le pion se comporte comme un patin incline en régime iso et piézovisqueux. Ce modèle présente une bonne corrélation avec les courbes expérimentales et permet de décrire le phénomène de dispersion du frottement en régime mixte.

Les garnitures mécaniques sont des composants d'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées de deux surfaces planes annulaires dont le contact est lubrifié par le fluide à étancher.L'opération de recherche « Jointlub » du département D3 de l'institut P' a développé des outils de simulation du comportement des garnitures par des méthodes analytiques, semi analytiques et numériques. En s'appuyant sur ces acquis, l'objectif de cette thèse vise à définir une méthodologie d'analyse préalable permettant l'optimisation de la modélisation du fonctionnement d'une garniture mécanique en fonction de la solution technologique choisie. Ceci consiste à proposer un procédé de choix d'outils de modélisation parmi les principaux types existants.Un ensemble d'indicateurs et de critères est développé afin de déterminer les phénomènes physiques prépondérants lors du fonctionnement d'une garniture dans des conditions données. Le modèle retenu pour la simulation devra prendre en compte les phénomènes identifiés.Des validations expérimentales ont été réalisées pour une garniture mécanique opérant dans différents régimes de fonctionnement. Une étude de l'évolution de la topographie des faces de frottement, du couple de frottement, du débit de fuite et du comportement thermique ont été effectués. Les expériences ont montré que le comportement des garnitures dépend fortement du régime de lubrification : mixte, hydrodynamique ou thermo-élasto-hydrodynamique.Les modèles théoriques ont été comparés aux résultats expérimentaux. Une bonne corrélation est obtenue dans leur domaine de validité, défini à partir des indicateurs. Des écarts plus importants sont observés lorsque les modèles sont utilisés dans des zones où ils ne prennent pas en compte l'ensemble des phénomènes physiques. Cette comparaison a montré que les indicateurs et critères de la méthode de choix proposée sont pertinents et permettent une bonne identification des phénomènes physiques à prendre en compte<br>Mechanical face seals are sealing components for rotating shafts. It basically consists of two annular flat surfaces lubricated with a very thin film of sealed fluid.The "Seals lubrication" group of the Pprime institute has developed different modeling tools of mechanical face seals behavior by analytical, semi analytical and numerical methods. The objective of this thesis is to define a preliminary methodology to optimize the modeling of the mechanical seal taking into account the seal design. This analysis provides a suggestion of modeling tools among the existing types. A set of indicators and criteria are developed to determine the dominating physical phenomena during the operation of the seal under given conditions. The selected modeling tools should take into account the identified phenomena. Experimental validations were performed for a mechanical seal working in different operating conditions. Studies of the evolution of the friction faces topography, the friction torque, the leakage rate and the thermal effect were carried out. Experiments have shown that the behavior of the mechanical seal strongly depends on the lubrication regime: mixed, hydrodynamic and thermo-elasto-hydrodynamic.Theoretical models were compared with experimental results. A good correlation is obtained into their range of validity defined with preliminary analysis. Larger differences are observed when the models are used in conditions where unconsidered physical phenomena occur. This comparison showed that the indicators and criteria of the proposed method of choice are relevant and allows a good identification of the physical phenomena that should be taken into account

The current requirements in automotive lubrication impose complex formulation. Among all the additives present in oil, the presence of molybdenum dithiocarbamate and zinc dithiophosphate, both tribological additives containing sulfur and phosphorous is found. For environmental reasons, it is important to reduce or eliminate the presence of these two elements contained in oil. Organic molecules based on carbon, oxygen and hydrogen seems to be good candidate. The lubrication mechanism of fatty acids (e.g. stearic, oleic and linoleic acids) is revisited with a new approach combining experimental and computational chemistry studies. First, the adsorption mechanisms of fatty acids on iron-based surfaces are investigated by Ultra-Accelerated Quantum Chemistry Molecular Dynamics simulations. The adsorption of fatty acids on iron oxide surface occurred through the acid group. Depending on the nature of the substrate, on the density of the film and on the tilt angle between the molecule and the surface, different adsorption mechanisms (physisorption and chemisorption) can occur. Stearic acid molecules form a close-packed and well-arranged monolayer whereas unsaturation acids cannot because of steric effects induced by double carbon-carbon bonds. The friction process favors the formation of carboxylate function. Results are confirmed by surface analysis (XPS and PM-IRRAS). Tribological properties of pure fatty acids, blended in PAO 4 and mixture of saturated/unsaturated acids are studied by MD simulations and tribotests. Low friction coefficient with no visible wear is reported for pure stearic acid and single stearic acid blended in PAO 4 at 1%w at high temperature. This lubricating behavior is inhibited in the presence of unsaturated acids, especially at 150 °C. MD simulation results show a faster diffusion toward the surface for unsaturated fatty acids than for stearic acid at all studied temperature.

Les garnitures mécaniques sont des composants d'étanchéité d'arbres tournants fréquemment rencontrés dans les applications industrielles. Une garniture est constituée de deux surfaces planes annulaires dont le contact est lubrifié par le fluide dont il faut assurer l'étanchéité. Le fonctionnement optimal est obtenu en minimisant à la fois la fuite et l'usure. Cela correspond à une épaisseur de film de l'ordre du micromètre, et à un régime de lubrification mixte. Dans ce cas, le film fluide n'est pas complet et des zones de contact apparaissent. Une analyse bibliographique approfondie a permis de justifier le recours à une approche déterministe pour notre étude. Cela nécessite de caractériser correctement les surfaces rugueuses et de pouvoir les reproduire par simulation numérique. Une étude métrologique a été menée sur des échantillons de garnitures mécaniques à plusieurs stades de fonctionnement. Ainsi, les valeurs des paramètres statistiques de la rugosité de ces surfaces ont pu être déterminées. Un modèle numérique de génération de surface rugueuse non Gaussienne a été développé. Un modèle d'écoulement déterministe de la lubrification mixte des garnitures mécaniques est ensuite présenté. Il inclut la cavitation dans le fluide et le contact normal hertzien des aspérités. La résolution de l'équation de conservation du débit est entreprise au moyen de la méthode des volumes finis. Une étude paramétrique a été réalisée pour quatre surfaces statistiquement équivalentes et représentatives d'un état de surface rodé. Le modèle met en évidence la génération de portance due à la rugosité, bien que les surfaces moyennes soient planes et parallèles. Des courbes de Stribeck ont été tracées pour chaque cas étudié. L'écart-type de la hauteur des rugosités est le paramètre ayant le plus d'influence sur les résultats. De plus, le développement de la microcavitation, qui dépend étroitement de l'agencement de la rugosité, a une grande importance dans la modélisation.

Les garnitures mécaniques sont des composants d'étanchéité d'arbres tournants fréquemment rencontrés dans les applications industrielles. Une garniture est constituée de deux surfaces planes annulaires dont le contact est lubrifié par le fluide dont il faut assurer l'étanchéité. Le fonctionnement optimal est obtenu en minimisant à la fois la fuite et l'usure. Cela correspond à une épaisseur de film de l'ordre du micromètre, et à un régime de lubrification mixte. Dans ce cas, le film fluide n'est pas complet et des zones de contact apparaissent. Une analyse bibliographique approfondie a permis de justifier le recours à une approche déterministe pour notre étude. Cela nécessite de caractériser correctement les surfaces rugueuses et de pouvoir les reproduire par simulation numérique. Une étude métrologique a été menée sur des échantillons de garnitures mécaniques à plusieurs stades de fonctionnement. Ainsi, les valeurs des paramètres statistiques de la rugosité de ces surfaces ont pu être déterminées. Un modèle numérique de génération de surface rugueuse non Gaussienne a été développé. Un modèle d'écoulement déterministe de la lubrification mixte des garnitures mécaniques est ensuite présenté. Il inclut la cavitation dans le fluide et le contact normal hertzien des aspérités. La résolution de l'équation de conservation du débit est entreprise au moyen de la méthode des volumes finis. Une étude paramétrique a été réalisée pour quatre surfaces statistiquement équivalentes et représentatives d'un état de surface rodé. Le modèle met en évidence la génération de portance due à la rugosité, bien que les surfaces moyennes soient planes et parallèles. Des courbes de Stribeck ont été tracées pour chaque cas étudié. L'écart-type de la hauteur des rugosités est le paramètre ayant le plus d'influence sur les résultats. De plus, le développement de la microcavitation, qui dépend étroitement de l'agencement de la rugosité, a une grande importance dans la modélisation<br>Mechanical face seals are commonly used in industrial applications. The main purpose of these components is to insure the sealing of rotating shafts. A mechanical seal is basically a set of two rings whose contact is lubricated by the sealed fluid. The optimal point of operation is reached by minimizing both leakage and wear. The average film thickness is then about one micrometer and the seal is operating in mixed lubrication conditions. In this case, the faces are not completely separated by the fluid film and asperity contact occurs. The choice of a deterministic approach was justified from a detailed bibliographical analysis. An accurate description of the surfaces roughness was required, as well as the development of a numerical modelling tool able to simulate it. A metrological study was realised on samples of mechanical seal surfaces at several stages of operation. The statistical parameters obtained from the surfaces roughness could thus be evaluated and used in a numerical model enabling the generation of non Gaussian surfaces. A deterministic flow model for mixed lubrication in mechanical seals is then presented. It takes the cavitation effects and normal hertzian asperity contact into account. The equation of flow rate conservation in the contact was solved using finite volume method. A parametric study was carried out on four statistically equivalent simulated surfaces. The model highlights the increase in load capacity due to the roughness, although the mean surfaces are flat and parallel. Stribeck curves have been obtained for each studied case. The standard deviation of the roughness is the major parameter influencing the coefficient of friction. Furthermore, the development of microcavitation, which mostly depends on the roughness distribution, influences the results to a great extent

En regime de fonctionnement etabli, les caracteristiques statiques (pressions, temperatures, epaisseurs de film) des paliers hydrodynamiques sont constantes. Lorsque ceux-ci sont soumis a une modification de l'une de leurs conditions de fonctionnement (vitesse de rotation, charge), un regime transitoire s'instaure, durant lequel l'ensemble des caracteristiques evoluent d'un etat initial etabli vers un etat final etabli (statique ou periodique). La duree de ce regime transitoire depend des etats initiaux et finaux ainsi que de la duree du processus d'evolution. Une comparaison a ete realisee, dans le cas d'un palier a patins oscillants soumis a une sequence d'acceleration, entre des resultats experimentaux obtenus sur le dispositif d'essai du laboratoire et une modelisation numerique deduite de la resolution des principales equations refletant les phenomenes mecaniques et thermique mis en jeu. L'etude theorique a ete poussee au cas extreme d'une rapide montee en vitesse engendrant le serrage du palier par perte du jeu d'assemblage, consecutive aux deformations thermiques et mecaniques subies par ses elements solides (arbre, patins et bague). Cette etude theorique est completee par celle d'un palier soumis a l'application soudaine d'une charge dynamique de type balourd, pouvant survenir lors de la perte accidentelle d'une ailette de turbine, en vue de montrer l'importance des phenomenes transitoires. Ces exemples illustrent bien la necessite d'une etude locale (thermique et mecanique) en vue de determiner le bon fonctionnement (ou non) du systeme soumis a une modification de ses conditions initiales de fonctionnement.

Les garnitures mécaniques sont des composants utilisés pour assurer l'étanchéité d'arbres tournants. Elles sont constituées principalement de deux anneaux plans (le rotor et le stator), dont l'interface, qui constitue la barrière d'étanchéité, est lubrifiée par un film fluide. Le fonctionnement optimal est obtenu en minimisant à la fois la fuite et l'usure. Cela correspond à une épaisseur de film de l'ordre du micromètre, et à un régime de lubrification mixte. L'étude bibliographique présentant l'état de l'art a permis de justifier l'utilisation d'une approche multi-échelles pour traiter le problème de lubrification mixte. Une autre partie de cette bibliographie a permis d'identifier les modèles thermiques à mettre en œuvre. Le modèle multi-échelles développé pour l'étude de la lubrification mixte des garnitures mécaniques est ensuite présenté. Ce dernier utilise les surfaces numériquement générées et consiste à décomposer le domaine d'étude en plusieurs sous-domaines. L'équation de Reynolds prenant en compte la cavitation dans le fluide est résolue par la méthode des volumes finis à l'échelle micrométrique dans les sous-domaines de même que le contact normal hertzien des aspérités. Une échelle macroscopique est introduite pour connecter les conditions aux limites aux bornes des sous-domaines. Un champ de pression macroscopique est ainsi obtenu en assurant la conservation globale du débit. Ce modèle prend également en compte, à l'échelle macroscopique, le comportement Thermo-Elasto-HydroDynamique (TEHD) dans les garnitures mécaniques. La discrétisation des équations de chaleur et de déformation est effectuée grâce à la méthode des éléments finis pour une géométrie axisymétrique. La validation du modèle multi-échelles est faite avec un modèle déterministe de lubrification mixte, d'une part, et d'autre part avec un modèle TEHD pour surfaces lisses précédemment développé au laboratoire. L'influence des paramètres caractérisant le comportement de la garniture est analysée au travers d'une étude paramétrique. Cette étude a permis d'identifier les différents régimes de lubrification dans lesquels l'épaisseur du film lubrifiant est contrôlée par la hauteur des rugosités ou par les déformations thermoélastiques des faces<br>Mechanical seals are sealing components used in rotating shafts. They are basically a set of two rings (the rotor and the stator), separated by a lubricant film that must be impervious. The optimum operation is obtained by minimizing both leakage and wear. This corresponds to a film thickness of approximately one micrometer and to a mixed lubrication regime. The literature review justified the choice of a multiscale approach to model a mixed lubrication process. A part of this literature allowed identifying the thermal models to use. A model of a mixed lubrication in mechanical seals based on a multiscale approach is presented. This uses numerical surface roughness and consists in dividing the studied area into sub-domains. The Reynolds equation, which takes into account the fluid cavitation is solved by mean of finite volumes method, at fine scale of the sub-domains, as the hertzian contact asperities. The macroscale is introduced to connect the boundaries conditions of the sub-domains. Then, the macroscale pressure distribution is obtained insuring the mass conservation law. The model also takes into account, at the macroscale step, the Thermo-Elasto-Hydro-Dynamic (TEHD) behaviour in mechanical seals. The discretization of heat and elasticity equations is performed using the finite element method for axisymmetric geometry. The multiscale model is first validated by comparing in to a deterministic model, and then to the TEHD model previously developed at the Pprime laboratory. The influence of the parameters characterizing the mechanical seal behaviour is analyzed through the parametric study. In this study, the different lubrication regimes are identified. The lubricant film thickness is controlled by the roughness or by the thermoelastic deformation of the faces

La compréhension des écoulements turbulents en aval d'un cylindre circulaire horizontal, soumis à un écoulement d'air transverse et en présence d'importants effets de flottabilité, constitue l'objectif principal de ce présent mémoire. Les approches expérimentale et numérique (DNS) sont utilisées afin de compléter les connaissances des mécanismes d'instabilité tourbillonnaire en régime de convection mixte. En dehors de la perte de symétrie du sillage induit par les effets de pesanteur, l'écoulement étudié ici est caractérisé par le développement de deux instabilités principales. Au niveau de la couche de cisaillement inférieure on assiste au développement d'instabilités intermittentes de Kelvin-Helmholtz. Nous montrons qu'en présence d'effets de gravité importants la transition vers la turbulence est accélérée dans cette région de l'écoulement. A l'arrière du cylindre un écoulement secondaire apparaît sous l'effet des forces de pesanteur. Cet écoulement est le lieu d'importants mouvements tridimensionnels tant sur le plan moyen que fluctuant et donne naissance à des dipôles de vorticité caractéristiques. Ces structures se forment dans la partie supérieure du sillage et évoluent librement au niveau de l'écoulement principal ou s'apparient avec les structures tourbillonnaires du sillage turbulent. Finalement, en présence d'effets de gravité non négligeables, on assiste à un enrichissement du spectre des structures turbulentes et à une augmentation des composantes tridimensionnelles du champ dynamique. Dans ces conditions la température agit comme un scalaire actif capable d'accélérer la transition vers la turbulence.