Influence des indentations sur la durée de vie des roulements

All lubricants contain particles. These particles are both initially present in the lubricant and mechanisms (manufacturing process, storage ); generated during running-in, through wear and corrosion; or come from external sources. These particles damage the surfaces, creating indents when they are squashed in the contact. These indents increase the fatigue failure risk inducing pressure and stress perturbations. This work is based on a dry and lubricated (EHL) contact study. The Reynolds equation for Newtonian fluids is used. Multigrid and multi-integration techniques are used to limit computing time. The aim is to predict pressure and stress distribution perturbations, and finally to predict the life reduction of indented contacts as a function of the indent geometry and the operating conditions.Les lubrifiants contiennent des particules qui sont \a la fois initialement présentes dans le lubrifiant et dans le mécanisme (fabrication, stockage ); générées durant le rodage, par usure ou corrosion; ou bien issues de sources externes. Les particules détériorent les surfaces en créant des indents lorsqu'elles sont piégées dans les contacts. Ces indents augmentent le risque de rupture par fatigue en induisant des perturbations de pression et de contraintes. Ce travail est basé sur une étude des contacts indentés secs et lubrifiés (EHD). L'équation de Reynolds en fluide Newtonien est utilisée. Les techniques mutigrilles et multi-intégration sont employées. L'objectif de ce travail est de proposer un modèle de prédiction des perturbations des champs de pression et de contraintes, et finalement un modèle de réduction de durée de vie des contacts indentés en fonction de la géométrie des indents et des conditions de contact.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Rhéologie double-newtonnienne dans le contact segments-piston-chemise

Le système segments-piston-chemise est le contact central du moteur. Sa lubrification doit être maîtrisée pour pouvoir contrôler les consommations de carburant et d huile. La physique de ce contact est complexe puisqu elle met en jeu des grandes variations de température, une quantité de lubrifiant limitée, et d importantes variations de vitesse. Les additifs polymères permettent de stabiliser les épaisseurs de film de lubrifiant sur une large plage de température. Cependant, il est nécessaire de prendre en compte la nature non-newtonienne des huiles contenant ces additifs. Leur comportement en fonction des contraintes de cisaillement doit être modélisé pour ne pas surestimer les épaisseurs de film dans le contact. Cette étude modélise le contact segment-cylindre d une manière simple et se focalise sur le comportement "double newtonien" des lubrifiants à additifs polymères. Un travail unidimensionnel est réalisé à partir d une équation de la littérature. Ensuite un nouveau modèle analytique bidimensionnel est proposé pour décrire cette rhéologie particulière. Enfin des résultats numériques sont présentés montrant l influence de la rhéologie double-newtonienne sur la pression, la charge, le frottement et l épaisseur de film. Le couplage entre la texturation du contact et ce modèle est étudié.The piston-ring-cylinder-wall system is a vital contact of the ic engine. Its lubrication must be controlled to ensure low oil and petrol consumptions. This contact is complex by its large temperature variations, by the limited oil quantity and by important speed changes. Polymer additives stabilize oil film thicknesses over a large temperature range. However, it is necessary to account for the non-Newtonian behaviour of the lubricants with these additives. The behaviour as a function of shear stress must be modeled in order to correctly estimate the oil film thickness in the contact. In this study the ring-cylinder contact is simply modeled and the focus is on the "double-Newtonian" behaviour of the polymer added lubricants. A one-dimensional numerical study is performed based on an equation from the literature. A new two-dimensional model is proposed to describe the specific rheology. The modified Reynolds equation is solved numerically and is used to study the textured contact performance.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Influence of indentations on rolling bearing life

Les lubrifiants contiennent des particules qui sont \a la fois initialement présentes dans le lubrifiant et dans le mécanisme (fabrication, stockage ); générées durant le rodage, par usure ou corrosion; ou bien issues de sources externes. Les particules détériorent les surfaces en créant des indents lorsqu'elles sont piégées dans les contacts. Ces indents augmentent le risque de rupture par fatigue en induisant des perturbations de pression et de contraintes. Ce travail est basé sur une étude des contacts indentés secs et lubrifiés (EHD). L'équation de Reynolds en fluide Newtonien est utilisée. Les techniques mutigrilles et multi-intégration sont employées. L'objectif de ce travail est de proposer un modèle de prédiction des perturbations des champs de pression et de contraintes, et finalement un modèle de réduction de durée de vie des contacts indentés en fonction de la géométrie des indents et des conditions de contact.All lubricants contain particles. These particles are both initially present in the lubricant and mechanisms (manufacturing process, storage ); generated during running-in, through wear and corrosion; or come from external sources. These particles damage the surfaces, creating indents when they are squashed in the contact. These indents increase the fatigue failure risk inducing pressure and stress perturbations. This work is based on a dry and lubricated (EHL) contact study. The Reynolds equation for Newtonian fluids is used. Multigrid and multi-integration techniques are used to limit computing time. The aim is to predict pressure and stress distribution perturbations, and finally to predict the life reduction of indented contacts as a function of the indent geometry and the operating conditions.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Prédiction de la durée de vie des contacts ponctuels lubrifiés en présence d'indentations

L'objectif de ce travail est de prédire la réduction de la durée de vie et de comprendre les phénomènes physiques mis en jeu dans les processus d'endommagements des contacts ponctuels lubrifiés en présence d'indentations. Une étude numérique et analytique complète de "l'influence d'un indent sur la répartition du champ de pression et de contraintes est effectuée". La surpression est obtenue analytiquement en fonction de deux paramètres géométriques de l'indent : sa pente, rapport de la profondeur sur le diamétre, et le rayon de courbure de ses épaulements. L'analyse des contraintes conduit à un critère local appelé limite d'endurance, basé sur le dépassement d'une contrainte limite du matériau. La prise en compte du volume contraint permet de définir des abaques de prédiction du risque d'endommagement, critère global, en fonction des paramètres cités précédemment [...]VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Optimisation de la microgéométrie des chemises de moteurs à combustion interne

La microgéométrie de la surface de la chemise influence les pertes par frottement et la consommation d'huile d'un moteur. Traditionnellement, cette surface est usinée par pierrage, qui crée une rugosité aléatoire composée de stries continues croisées. Elles sont indispensables pour la fiabilité du moteur. Le gravage laser permet aujourd'hui de choisir et de contrôler la microgéométrie de la surface. La lubrification de l'ensemble segment piston chemise (SPC) est influencée par la dynamique de la segmentation et l'alimentation aléatoire en huile. Le contact est hydrodynamique, avec une forte sous-alimentation et une distribution variable du lubrifiant sur la chemise. Ce dernier phénomène peut être responsable d'un frottement local important et d'usure. Il est limité, entre autres, par l'effet redistributeur de la microgéométrie de la chemise. Les effets de la texturation (stries croisées, traits ou coupelles) sur l'épaisseur d'huile, le frottement et la redistribution du lubrifiant sont étudiés pour un seul segment dans des conditions de fonctionnement stationnaires. L'écoulement est modélisé avec l'équation de Reynolds sous-alimentée. Les simulations transitoires, possibles grâce à l'emploi de techniques multigrilles, permettent d'obtenir l'épaisseur du film, le débit et le frottement lorsque les stries traversent le contact. L'étude comprend la sous-alimentation homogène et variable. Pour la première, les résultats montrent que toute striation réduit l'épaisseur moyenne du film. La réduction dépend de la géométrie des stries. Des courbes de prédiction sont établies pour les stries croisées et les traits. Les résultats en frottement sont fonction de la géométrie, avec notamment une réduction avec l'angle de striation. Pour la sous-alimentation variable une courbe de prédiction de la réalimentation dans le cas lisse et texturé est établie. Elle montre l'effet positif des striations sur la réalimentation des zones sèches.The surface microgeometry of a cylinder liner influences the frictional losses and the oil consumption of an engine. The traditional honing process creates a random surface roughness with grooves forming a specific cross-hatched pattern. These grooves are essential for engine reliability. Nowadays, laser texturing allows a precise choice of the microgeometry. Piston ring pack lubrication depends on piston ring dynamics and the random oil supply. The piston ring cylinder liner contact operates under starved hydrodynamic conditions and with a variable lubricant film thickness on the liner (in both transverse and longitudinal directions). This phenomenon can conduct to local friction increase and local wear. The wear is limited by lubricant reflow induced by the surface microgeometry. Surface texturing influence on lubricant film thickness, friction and lubricant reflow are studied for a single ring under stady-state operating conditions. The lubricant flow is modeled using the starved Reynods equation. Multigrids techniques are used to compute the transient lubricant film thickness, lubricant flow and friction when the grooves are passing through the contact. Homogeneous and variable starvation are studied. For the first one, the results show that the lubricant film thickness is always reduced for a textured surface. The reduction depends on grooves geometry. Prediction curves are established for cross-hatched surface patterns and discontinous grooves. Friction variations is function of the geometry, for instance the friction is reduced with the cross-hatched angle. For variable film configurations, a prediction curve of lubricant reflow is established for the smooth and textured surfaces. It shows the positive effect of surface texturing on lubricant reflows.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Piston ring load carrying capacity: Influence of cross-hatching parameters

International audienceThis work studies the influence of the cross-hatching groove parameters on a model piston ring load carrying capacity. Over 2000 transient calculations were performed varying all parameters (groove depth, groove width, groove angle, and the distance between cross-overs) to obtain the average load carrying capacity.It is shown that the load carrying capacity results fall close to a single master curve when using the Delta parameter that is a combination of the groove parameters. Finally, the influence of the starvation level on load carrying capacity was analyzed

The transition between fully flooded and starved regimes in EHL

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Double-newtonian rheology in a model piston-ring cylinder-wall contact

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2D thermo-mechanical contact simulations in a functionally graded material: a multigrid-based approach

International audienceThe development and selection of coatings or coating combinations is a complex and costly task. Numerical simulations provide a great help to analyze the behavior of coatings and layer interfaces under mechanical and thermal loading through the computation of stress and strain fields. They are also used to fine tune the geometrical configuration and define optimal thermo-mechanical properties related to the applied stress to enhance wear and crack resistance. Coating design has been based mainly on discrete layer models with abruptly changing properties at interface perfectly bonded to a substrate. These assumptions result in discontinuities in stress and temperature fields at the interface between successive layers. These models are based either on integral transform (classically Fourier transform) or finite element (FE) methods. The former cannot handle 3D thermo-mechanical problems. The latter demands huge calculation times, especially when considering thin layers with very small elements. The aim of this paper is to account for materials with continuously changing properties and to obtain an improved prediction of the resistance of such graded materials. This gradation may be linked to surface treatments like nitruration, thermal treatment, or to the deposition of coatings inducing diffuse boundaries between those dissimilar materials. The proposed model aims at providing valuable description and understanding of the behavior and resistance of such graded material. It is based on a second order finite difference (FD) formulation of the continuous thermal and elasticity equations. It can handle any kind of depth dependence of the material properties. Multigrid techniques are implemented to accelerate the convergence, reduce CPU time and thus permit the use of fine grids to accurately describe the variation in the material properties. The first step of this project consists in implementing the above-cited numerical techniques in a 2D plane strain model

Behavior of lubricant fluid film in gears under dynamic conditions

This paper presents a new method for modeling the fluid film lubrication in gears, considering the actual meshing conditions and gear dynamics. The model takes into account both the elastohydrodynamic lubrication (EHL) and the dynamic load between the mating tooth pair. The EHL film is described as a fully flooded elliptical contact. The present approach is validated by means of comparison with other methods found in the literature, in which dynamic effects were neglected. The effect of the gear dynamics on the fluid film is investigated. It is shown that pressure and film thickness are strongly modified by the dynamics of the gear pair. The dependence of the dynamic gear lubrication on dimensionless parameters is investigated: a new dimensionless inertia parameter is added to the standard Moes' parameters. These parameters are useful to describe the lubrication conditions in gear pairs