Le disque de frein et la roue sont dimensionnés en
fonction des performances et des impératifs économiques du
véhicule. Ils doivent supporter des sollicitations mécaniques et
thermiques de plus en plus grandes à des vitesses moyennes de marche en
progression permanente.
Parmi les paramètres ayant une influence sur le
comportement thermique des disques de frein, on a le mode de freinage qui
dépend du conducteur et des conditions de circulation. Certains modes de
freinage peuvent entrainer la destruction du disque et par conséquent
causer des accidents graves de circulation. Un mode de freinage est
représenté sous forme de cycles de freinage, lesquels
décrivent la variation de la vitesse du véhicule en fonction du
temps (v= f(t)). Ces cycles peuvent être constitués d'une
série de freinages d'urgence ou de cycles comportant des phases de
freinage suivies d'un temps d'arrêt.
Lors de l'exploitation des véhicules automobiles, le
système de freinage est soumis à des actions
répétées du conducteur. On a envisagé deux types de
freinage dont la durée totale de simulation est égale à
135 [s]. La figure IV.52 montre un cycle de freinage de quatorze freinages
successifs, sous forme de dents de scie.
Chapitre IV Résultats et Discussions
-1
Vitesse [m s ]
3 0
2 5
2 0
1 5
1 0
5
0
81
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0
Temps [ s ]
Fig. IV.52 : Cycle avec quatorze
freinages
successifs (mode 1).
La figure IV.53 montre un autre mode de freinage où
après chaque phase de freinage on dispose d'un temps d'arrêt ou de
ralenti.
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0
Temps [ s ]
-1
Vitesse [m s ]
3 0
2 5
2 0
1 5
1 0
5
0
Fig. IV.53 : Cycle de freinage
avec phase de ralenti
après chaque freinage (mode 2).
Les figures IV.54 et 55 montrent la distribution
tridimensionnelle de la température maximale atteinte dans le disque
pour les deux modes de freinage, On observe une augmentation normale de
température dans les pistes de frottement et la couronne
extérieure. Les ailettes s'échauffent très violement et
tendent à se dilater et se déformer jusqu'à la
solidification complète du disque. Cette déformation provoquera
la mise en parapluie du disque.
La figure IV.56 montre l'évolution de la
température du disque pour un freinage cyclique respectivement selon le
premier mode et le deuxième mode. Pour les deux modes de freinage, on
constate que les températures dans le disque s'élèvent
fortement après chaque freinage, puis elles commencent à
décroitre d'une manière exponentielle. Plus le nombre de
répétitions de freinage augmente, plus les températures
maximales augmentent. L'état initial du disque change après
chaque cycle, les temps d'arrêt ne permettent qu'un refroidissement
partiel. Après chaque phase de refroidissement, le disque commence de
nouveau à
Chapitre IV Résultats et Discussions
s'échauffer. Lors des freinages successifs la
capacité de refroidissement du disque est insuffisante pour abaisser la
température de surface à une valeur proche de la
température initiale ; ceci entraîne un cumul d'énergie et
donc une température de surface plus élevée. Ces
résultats montrent que le comportement thermique transitoire d'un disque
de frein dépend du cycle de freinage imposé, lequel est
prépondérant car il dicte la durée de refroidissement du
disque. Selon la figure IV.56, on remarque que dans le cas du cycle de freinage
du mode 2, une réduction de la température d'environ 535°C,
soit 45,19% par rapport au premier cycle. On conclût que le mode de
freinage avec une phase de refroidissement influe très positivement sur
les échanges de la chaleur dans le disque. Il en résulte une
diminution de la température maximale d'interface. Cette chute de
température permet d'éviter le phénomène de
fissuration et de l'usure mécanique. Par ailleurs, cette tendance
permettra d'assurer une sécurité et une durée de vie plus
grande de l'organe de freinage. Enfin, il serait intéressant de
réaliser ces modes de freinage sur un banc d'essais de frein pour
pouvoir valider les résultats de cette simulation numérique.
Fig. IV.54 : Carte thermique du
disque en mode de freinage 1 à l'instant t=131,72 [s].
Fig. IV.55 : Carte thermique du
disque en mode de freinage 2 à l'instant t=130,45 [s].
Température [°C]
1 2 0 0
1 1 0 0
1 0 0 0
9 0 0
8 0 0
5 0 0
4 0 0
3 0 0
2 0 0
6 0 0
1 0 0
7 0 0
0
Mode d e freinage 2 Mode d e freinage 1
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0
Temps [s]
82
Fig.IV.56 : Evolution de la
température des deux modes de freinage en fonction du temps.
