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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la réédition actualisée de l’article TRI1520 intitulé « Régime de lubrification mixte » paru en 2010, rédigé par Robert Progri et François Robbe-Valloire.
RÉSUMÉ
Le régime de lubrification mixte est caractérisé par l’existence d’un film liquide lubrifiant ayant une épaisseur pouvant aller, suivant l’endroit considéré du contact, de quelques molécules jusqu’à un grand nombre de molécules d’huile. Ces deux morphologies de film lubrifiant induisent des comportements en cisaillement très différents (frottement fluide pour les fortes épaisseurs et frottement de type coulomb pour les épaisseurs de quelques molécules). Le comportement spécifique induit par la morphologie particulière du film en présence du régime de lubrification mixte est présenté, selon un point de vue phénoménologique, et quantitativement à travers l’influence des principaux paramètres. L’article présente des techniques expérimentales et les approches de modélisation pour la lubrification mixte.
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Lire l’articleAuteur(s)
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François ROBBE-VALLOIRE : Professeur des universités - Responsable de l’axe Dynamique, Matériaux et Structures du laboratoire Quartz - Institut supérieur de mécanique de Paris (SUPMECA)
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Robert PROGRI : Docteur ingénieur - Docteur ès sciences - Ancien professeur d'université de Tirana et de l'institut supérieur de mécanique de Paris (SUPMECA)
INTRODUCTION
La lubrification intervient non seulement dans un grand nombre d’applications industrielles où le fluide lubrifiant est généralement l’huile, mais aussi dans le domaine biomédical avec l’ensemble de nos articulations lubrifiées par le liquide synovial. En général, pour la plupart de ces applications, les faibles niveaux d’usure et de frottement sont obtenus grâce à l’absence totale de contact en raison de la présence d’un film séparant complètement les deux pièces antagonistes. En revanche, dans certains cas particuliers, ce film continu entre les deux pièces ne peut pas être maintenu et les interactions directes entre les deux pièces prennent alors place. La morphologie du film fluide doit être analysée à l’échelle de la microgéométrie.
Même si elle présente une certaine aptitude à la déformation, la microgéométrie des deux pièces ne permet pas d’assurer, dans la zone de contact, l’absence d’interpénétrations. Elle conduit donc à un morcellement du film d’huile au niveau des aspérités de l’une ou l’autre pièce les plus saillantes, les creux restant remplis par le film d’huile. La discontinuité du film d’huile est la caractéristique principale de la lubrification en régime mixte. Le contact est ainsi le siège de deux types de comportement, l’un similaire au film mince continu et l’autre proche d’un contact direct au niveau des aspérités les plus hautes.
Après une première partie destinée à présenter les généralités de la lubrification mixte (son positionnement dans le contexte de la lubrification, puis une description phénoménologique), cet article détaillera les aspects pratiques liés à l’utilisation de la lubrification mixte (influence des paramètres, cas d’utilisation et choix des matériaux). La dernière partie du document présentera les différentes méthodes permettant l’étude de la lubrification mixte. Dans un premier temps, nous détaillerons les techniques expérimentales. Nous terminerons par une revue des différentes méthodes permettant de modéliser le comportement en présence de lubrification mixte.
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MOTS-CLÉS
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- Version archivée 1 de déc. 2010 par Robert PROGRI, François ROBBE-VALLOIRE
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7. Modélisation théorique
La modélisation théorique de l’ensemble des phénomènes intervenant dans le mécanisme de lubrification mixte est difficilement réalisable. En effet, compte-tenu des bases physiques de la lubrification mixte, il est indispensable de disposer d’une description pertinente de la microgéométrie. Ensuite, il faut coupler cette description à une analyse fine de la lubrification, ce qui n’est pas évident en soi car les analyses conventionnelles de la lubrification se font traditionnellement avec l’hypothèse de surfaces lisses. Enfin, il faut prendre en compte des contacts directs au niveau des aspérités les plus proéminentes.
En conséquence, il n’existe à ce jour aucun modèle complet de lubrification mixte, mais seulement une grande variété de modèles partiels qui vont permettre d’associer certains des aspects de la lubrification mixte. Ces différents modèles se distinguent par la nature des éléments qui sont pris en compte (ou ceux qui sont négligés).
Dans ce paragraphe, plutôt que de proposer un inventaire exhaustif des modèles existants, nous nous contenterons de décrire les deux grands principes de modélisation envisageables, en insistant sur leurs avantages et inconvénients respectifs. Naturellement des modèles hybrides, intégrant ces deux techniques ont vu également le jour.
7.1 Modèles déterministes basés sur une discrétisation du contact
Les calculs réalisés dans le cadre de cette modélisation reposent sur une discrétisation du problème en zones de dimensions finies, mais de formes simples (prismatiques en général). Il est important de souligner que cette discrétisation est faite en général à une échelle plus fine que les zones évoquées dans la section 3 (qui correspondent à la partition des deux modes locaux de lubrification). Le comportement fluide est basé sur la résolution de l’équation de Reynolds discrétisée, tandis que les solides sont analysés en utilisant les formulations de la mécanique des solides de type méthode des éléments finis. Les difficultés inhérentes à cette démarche sont les suivantes :
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la complexité de la caractérisation microgéométrique de l’intégralité du contact à étudier. Outre la surface importante que peut présenter le contact, sa forme, en particulier si elle est bombée, peut conduire à des...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LELOUP (L.) - Étude de la lubrification et calculs de paliers, lois théoriques et expérimentales. - DUNOD (1954).
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(2) - FRENE (J.), DEGUEURCE (B.), RIOLLET (G.) - Lubrification hydrodynamique : Paliers et butées. - EYROLLES (1990).
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(3) - Handbook of Lubrication - – Volume II : Theory and design. CRC PRESS (1984).
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(4) - BOWDEN (F.Ph.), TABOR (D.) - The friction and lubrication of solids. - Clarendon Press, OXFORD (1953).
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(5) - PAFFONI (B.), ROBBE-VALLOIRE (F.), PROGRI (R.), GRAS (R.) - An asperity based model for wear rate in mixed lubrication, - Proc. of the 31 Leeds-Lyon Symposium, Tribology and Interface Engineering Series, Vol. 48, Elsevier, p. 555-561 (2005).
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(6) - PATIR (N.), CHENG (H.) - An average...
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Lubrifiants – Propriétés et caractéristiques.
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