IV.8.4 Déformation du disque
Lors d'une manoeuvre de freinage, le température
maximale atteinte sur les pistes dépend de la capacité de
stockage de l'énergie thermique dans le disque. On constate sur la
figure IV.123 que le déplacement maximum se localise sur les pistes de
frottement, les ailettes et la couronne extérieure. Ce
phénomène s'explique par le fait que la déformation du
disque est due à la chaleur (l'effet parapluie) qui peut engendrer un
endommagement par fissuration. Dans ce cas, le couplage thermomécanique
est assez important. Les gradients thermiques et les dilatations
génèrent des contraintes thermiques qui s'ajoutent aux
contraintes mécaniques.
Fig. IV.123:
Déformée totale maximale en couplage
thermomécanique.
IV.8.5 Effet parapluie
L'échauffement d'un disque de frein provoque un
déplacement des pistes de frottement par rapport à l'état
initial. Cette déformation est appelée effet parapluie,
figure IV.124.
Chapitre IV Résultats et Discussions
118
Fig. IV.124: Effet parapluie d'un
disque.
La déformée totale maximale se trouve au niveau
de la couronne extérieure du disque, elle atteint 284,55 um
à l'instant t =3,5 s. Une élévation de la pression et
donc de la température sur une surface de contact réduite peut
créer ce phénomène (déformation due à la
chaleur), une fatigue locale du matériau et parfois une fissuration du
disque. L'effet parapluie du disque n'est pas souhaité car il a une
influence négative sur l'efficacité des freins.
Le fonctionnement correct d'un frein sous l'influence d'une
charge thermique est limité par certains phénomènes
thermomécaniques tels que :
- la fissuration due au gradient de température sur les
pistes de frottement, pouvant causer la rupture du disque,
- la déformation du disque due à la chaleur
(1'effet parapluie) qui influence la surface de contact, réduisant ainsi
l'efficacité du frein,
- l'usure du disque et des plaquettes de frein,
- l'influence sur l'environnement du disque (les étriers,
l'état de l'huile ...).
119
Conclusion générale et perspectives
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
L'analyse du comportement thermomécanique des disques
de frein est une étape incontournable dans la conception des
systèmes de freinage, car la température et les contraintes
conditionnent le comportement thermomécanique des matériaux du
disque et des plaquettes qui peuvent subir dans des situations critiques de
freinage des dommages sévères. Durant la phase de freinage, les
températures et les gradients thermiques sont très
élevées. Celles-ci génèrent des contraintes et des
déformations qui se manifestent par l'apparition de fissures. Ce
phénomène n'est pas nouveau dans le domaine des transports
ferroviaires, aéronautiques ou automobile. Un nombre important de
travaux de modélisation et expérimentaux a été
mené ces dernières décennies pour essayer de comprendre
les mécanismes de contact sec frottant. La modélisation du
contact sec demeure un sujet d'actualité, surtout lorsqu'il s'agit des
organes de freinage.
En raison de la sécurité des passagers, la
construction optimale des disques de freins est actuellement l'objet de
nombreuses études. Le contact disque - plaquettes implique de nombreux
phénomènes, tels que l'élévation de la
température, l'usure des pièces et les vibrations.
Vu que les essais expérimentaux, bien qu'indispensables
avant toute production en série d'un système de freinage, sont
relativement coûteux et longs à mettre en place, les constructeurs
font appel lors de la phase de conception à la simulation
numérique.
Dans ce travail de recherche, on a présenté une
modélisation numérique du contact disque - plaquettes en
utilisant le code de calcul ANSYS 11.0, basé sur la méthode des
éléments finis, pour analyser le comportement sous l'aspect
purement thermique et mécanique ainsi que sous l'aspect
thermoélastique et pour prédire la tenue en fatigue des
pièces en contact glissant.
Dans la première partie de ce travail, on a
présenté une simulation numérique de l'écoulement
de l'air autour du disque en utilisant le code de calcul CFX ( méthode
des volumes finis ). On a débuté cette étape par le calcul
de la valeurs du transfert de chaleur (h) en régime transitoire . Ce
paramètre a été exploité pour l'analyse du
comportement thermique du disque plein et ventilé pour un freinage
d'arrét du véhicule . On a étudié l'influence de 3
types de fontes ( FG 25 AL , FG 20 , FG 15 ).
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