Advanced numerical method for generation of three-dimensional particles and its application in microstructure-based simulation of fatigue behavior

International audienceThe topology of representative elementary volumes (REV) generated to model materials microstructure is getting more and more complex. This paper presents advanced mesh generation methods used to improve the description of 3D microstructural particles. The goal is to adapt easily the shape of the elements at the interface between the isotropic matrix and embedded inclusions. Two methods are described in this work to generate inclusions: an analytical method based on statistical experimental data and a reconstruction approach, based on tomographic imaging. Sensitivity analyses on meshing parameters are performed to obtain efficient data in order to reconstruct the most representative volume and to perform subsequent accurate numerical computations. As an example of calculations, fatigue tests are chosen to validate the proposed approach

Approche tribologique du soudage du bois par frottement

Depuis peu, la mise en évidence de la possible réalisation d'assemblages en bois soudés par frottement sans aucun apport de matière extérieur présente d'intéressantes perspectives tant d'un point de vue économique qu'environnemental. Dans ce cadre, notre étude vise à étudier l'influence des paramètres décrivant le procédé sur la qualité de l'assemblage via un couplage entre des essais instrumentés sur tribomètre et une caractérisation du cordon de soudure par microscopie électronique, rugosimétrie 3D, tomographie aux rayons X et essais mécaniques

Prediction of the vibroacoustic response of an electric window-lift gear motor

Nuisance coming from the vehicle motorized accessories have a significant impact on the noise perceived inside the automotive interior. This work focuses on the vibroacoustic behavior of an electric gear motor which equips each door of automotive vehicles in order to allow driver to go up and down the window. The window-lift gear motor consists of a DC motor and a worm gear. The DC motor includes steel and plastic housings (stator) and a rotational part (rotor). The stator supports diametrically opposed ferrites inducing a permanent magnetic field, journal bearings guiding the rotor and a cage containing two brushes which supply electrical power to the rotor. It is attached to the door of the automotive vehicle at three fixation points. The rotor consists of a shaft on which coils are wound (number of coils: N=10) and connected to the N blades of a rotating commutator. The current flowing in the coils positioned within the magnetic field, generates tangential electromagnetic forces, input torque and consequently rotating motion of the rotor. A worm gear is machined in the steel rotor and meshes with a helical gear wheel in order to reduce the rotation speed and increase the motor output torque. The worm gear is designed such as the mesh frequency fm is equal to the rotor frequency fr. Finally, the gear wheel goes up and down the window via a mechanical clutch and a drum and cables mechanism. Under operating conditions, the window-lift gear motor is submitted to various excitation sources. The following are considered: - The fluctuation of the input electrical current at the contact between commutator and brushes and the periodic motion of the rotating coils through the permanent magnetic field generate periodic fluctuation of the input torque. The corresponding excitation is periodic at every blade or coil passage frequency (10 fr). - Asymmetry of the rotor and assembly errors are responsible of shaft misalignment and mechanical imbalance. The corresponding excitation is periodic at the rotor frequency (fr). - The meshing between the worm and the gear wheel is the source of a static transmission error (STE) fluctuation and a gear mesh stiffness fluctuation which generates a parametric excitation of the mechanical system. The corresponding excitation is periodic at the mesh frequency (fm=fr). This work is focused on the multiphysics coupling between the gearmesh excitation and the excitation sources associated with the upstream electric motor. They mix high and low frequency phenomena. A spectral iterative methodology is used and allows a fast resolution of the parametric equations of motion in the spectral domain. The numerical simulations performed allow the prioritization of the different excitation sources. Moreover, the multiphysics coupling between excitations and the gearmesh stiffness fluctuation generates a frequency enrichment of the dynamic response reflected by the emergence of numerous lateral components on the spectrograms describing the dynamic response. These last have a significant impact on the nature of noise radiated directly by the gearmotor itself and indirectly by the vehicle door supporting the gearmotor

Caractérisation tribologique de monocouches auto-assemblées

L'auto-assemblage de monocouches ou SAMs (Self-Assembled Monolayers) permet la génération d'une surface fonctionnalisée basée sur le greffage, par réaction chimique, d'un film de molécules organiques en surface. Dans ce cadre, nous avons exploré les aptitudes tribologiques de diverses SAM's en sollicitation de contact « sec » et « lubrifié » après avoir optimisé leur « qualité » : adsorption, organisation, densité et stabilité

Tribological mechanisms involved in Friction Wood Welding

International audienceFriction wood welding (FWW) is an innovative process allowing wooden parts to be joined without any external material addition. Surprisingly, whereas extensive investigations on chemical reactions involved in FWW were carried out, no tribological studies have ever been performed to characterize the underlying frictional mechanisms. This paper addresses this limitation through linear reciprocated friction tests performed on beech wood samples under various contact pressures and moisture contents. Tests results coupled with a characterization of surface modifications highlight the variety of frictional mechanisms. Ultimately, this study also suggests that the friction coefficient is a relevant tool in order to control the process in the goal of optimizing the mechanical strength of the welded assembly

Friction wood welding: a tribological approach

International audienceThe present study aims at providing a tribological approach of Friction Wood Welding (FWW). Friction tests on beechwood samples were performed using a conventional instrumented linear reciprocating tribometer until samples soldering and under various apparent contact pressures. Measurements of friction force and normal load versus sliding distance allowed calculation of the energetic coefficient of friction (μ). Moreover, surfaces and joined samples were characterized using scanning electron microscopy and X-ray tomography. Results mainly show that μ is highly dependent on the apparent contact pressure, and highlights five successive tribological mechanisms which are phenomenologically described. Moreover, the monitoring of μ could ensure a precise control of the FWW process for optimizing the welded assembly mechanical strength

Contribution à l'étude du comportement tribologique de matériaux carbonés pour applications électriques

Une pompe de gavage est un organe auxiliaire d'automobile assurant le transfert du carburant situé dans le réservoir vers les systèmes d'injection du moteur thermique. Ce système est principalement constitué d'un moteur électrique à courant continu dans lequel la circulation du courant entre ses parties fixes et mobiles est assurée par des contacts électromécaniques glissants. Il s'agit de contacts { balai - collecteur } carbonés, qui présentent ici la particularité d'être immergés dans un carburant, et dont l'usure gouverne la durée de vie de la pompe de gavage.Cette étude apporte donc une contribution à la compréhension du comportement tribologique des contacts {balai -collecteur} en milieu carburant en vue d'une amélioration de la durée de vie des pompes. Un tribomètre spécifique a été développé afin de solliciter les contacts carbonés dans des conditions cinématiques, mécaniques, électriques et physico-chimiques très semblables à celles rencontrées sur l'application visée, tout en effectuant des mesures simultanées d'usure, d'efforts de frottement et de résistance de contact. Face à la miniaturisation des pompes ainsi qu'à la recherche de méthodes de mise en oeuvre moins coûteuses, de nouvelles nuances de matériaux carbonés comprenant une phase organique sont développées. Après avoir caractérisé structurellement, mécaniquement et électriquement ces nouvelles nuances en les comparant à des nuances plus classiques, leur comportement tribologique est étudié à l'aide du tribomètre développé. Pour ces matériaux, les expériences menées permettent de conclure quant à la prépondérance d'une usure d'origine électrique, linéaire en fonction de la distance de glissement dans des conditions de contact données, et qui est d'autant plus grande que la pression de contact est faible ou que le courant électrique est intense. Le développement d'un modèle semi-empirique de conduction spécule quant à l'existence d'un grand nombre de spots de contact micrométriques qui se déforment élastiquement, mais cette description de l'interface de contact est en désaccord avec les endommagements observés: cratères, stries profondes, film de graphènes cisaillé. La source principale d'usure est issue d'événements qui ne reflètent pas le régime de conduction électrique et que nous identifions comme étant des micro-arcs, d'autant plus fréquents que l'intensité du courant est grande ou que la pression de contact est faible. Des essais d'arcs en statique aboutissent à des endommagements des matériaux de deux types (cratère ou bien îlot) qui sont largement plus volumineux dans le cas des nouvelles nuances en raison de l'existence de la phase organique. In fine, un modèle quantitatif d'usure induite par les micro-arcs permet de retrouver les usures calculées après essai avec une assez bonne précision, les variations observées entre le modèle et l'expérience pouvant s'expliquer par un phénomène d'adhésion-transfert de certains débris dans le contactA fuel-pump is an automotive part providing fuel transfer from the tank to the engine's injectors. This system is mainly constituted of a DC motor in which current flow between fixed and moving parts is realized by electromechanical sliding contacts. Those wearing contacts are { brush - collector } systems and limit the fuel pump lifetime. Moreover, they are made from carbonaceous materials and have the peculiarity to be totally immersed in a fuel. This study is also a contribution to the tribological behaviour understanding of { brush- collector} contacts in fuel environment in order to enhance fuel pumps lifetime. A specifie tribometer had been designed in order to allow kinematical, mechanical, electrical and physicochemical solicitations which are nearly the same than those encountered in the real application, making in the same time simultaneous measurements of wear, friction forces and electrical contact resistance. Due to fuel pumps miniaturisation and machining process cost reduction, new carbonaceous material grades containing an organic phase are developed. Comparison between classical materials and newly developed material grades is done characterizing their microstructure and their mechanical and electrical properties. Then, tribological behaviour of those materials is achieved using the specifie tribometer developed. Experiments show that the newly material grades wear is proportional to the sliding distance when contact conditions are established, and that the electrical part of the wearing process is significantly dominating. A semi-empirical model of conduction has been realised and tends to assume that the contact interface is composed of a very large number of micrometrie spots which are elastically deformed during friction, but this description is not relevant with the damages observed : craters, striped surfaces and micrometrie graphite films. It means that the principal wear mechanism cornes from physical events which are not reflecting the conduction state. Those events are micro-arcs which are more and more frequent when the current intensity increases or when the apparent applied pressure decreases. Static arcing tests have been done and induce two types of damage (craters or protrusions) which are significantly bigger for newly developed materials because of the organic phase. Finally, a quantitative model of wear induced by micro-arcs has been realized and fits the calculated wear coming from experiments with a good accuracy. Fluctuations between the model and experiments could be explained by the fact that sorne wear debris are re-introduced into the contact..LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Amortissement par vibroimpacts dans une structure composite sandwich

International audienceLes panneaux composites sandwich sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels, et notamment dans le transport. Ils sont classiquement constitués de peaux rigides placées autour d'une âme plus légère. Cette architecture leur confère des propriétés de résistance et de rigidité massique très élevées. En revanche leurs propriétés vibroacoustiques sont souvent assez mauvaises. Pour améliorer le confort acoustique des passagers et la durabilité des structures, plusieurs stratégies existent, passives avec l'intégration à coeur de matériaux viscoélastiques aux propriétés dissipatives, ou actives avec l'utilisation de circuits électroniques pour réaliser du contrôle actif. Malheureusement ces stratégies sont souvent assez pénalisantes en termes de masse ajoutée et assez sensibles à la température d'utilisation des structures. L'approche proposée dans ces travaux est une stratégie passive basée sur l'introduction de zones de vibroimpacts afin d'absorber les vibrations de la structure principale. Les interactions locales se produisant lors des phénomènes d'impact permettent de dissiper l'énergie vibratoire : il s'agit de phénomènes non-linéaires qui prrésentent l'avantage d'être efficaces sur une large bande fréquentielle, et de ne pas être sensibles aux conditions environnementales telles que la température. Un prototype de structure sandwich a été réalisé dans le cadre de l'étude et de petites billes en céramique ont été intégrées au coeur de la structure pour générer des micro-impacts. Cette preuve de concept montre des résultats d'atténuation particulièrement encourageants. Afin d'optimiser le comportement, un modèle numérique a été construit pour quantifier les performances en amortissement d'un dispositif à vibroimpacts distribués. Ces résultats sont confrontés aux résultats expérimentaux et des analyses paramétriques sont conduites pour optimiser le dispositif ou pour quantifier l'impact des non-linéarités sur l'efficacité. [pas de pdf

Interprétation tribologique de la perception tactile de surfaces texturées

International audienc

Effect of the countermaterial on the tribological behavior of Cu45Zr46Al7Nb2 bulk metallic glass

International audienceBulk Metallic glasses (BMGs) are produced through an extremely fastcooling process of a liquid metallic alloy (with a specificcomposition), so that the final solid state material is deprived ofcrystalline structure. The resulting mechanical properties of BMGsare of great interest for number of applications, includingtribological applications. Recent studies highlighted a probabledependence of the friction and wear of BMGs on the counterfacematerial. The present study investigates the relationship betweenthe tribological behavior of Cu45Zr46Al7Nb2<br /&gtBMG plates and six different countermaterials under linearreciprocating sliding. The selected countermaterials are: AISI52100 and AISI 440C steels, brass and bronze, Cu45Zr46Al7Nb2 andZr60Cu28Al12 BMGs. Results confirm that friction and wear arestrongly correlated with the creation of a third body in thecontact, whose nature (composition and morphology) depends on thecountermaterial. Material transfer occurs either from thecounterpart to the BMG or vice-versa, and the phenomenon is ratherdriven by the chemical affinities between the oxides formed than bythe hardness and class of countermaterials (i.e. steels, Cu-basedalloys, and BMGs). BMG/Brass contact indeed exhibits the lowestfriction and the lowest wear while friction of BMG/bronze istwo-fold higher and wear is among the highest of all the contactconfigurations tested