Characterization of edge-contact influence on tridimensional elastohydrodynamic film shape, pressure, stress and temperature distributions

Résumé

Ce projet de doctorat étudie l'influence du contact de bord sur la pression, l'épaisseur du film de lubrifiant, la température et la distribution des contraintes des contacts en ligne de dimension finie sous le régime de lubrification élastohydrodynamique (LEH). Ce type de contact représente une source fréquente de problèmes dans les structures d'ingénierie telles que les engrenages, les cames et les roulements, puisque les surfaces de contact non conformes dans ces structures subissent une pression intense pendant le transfert de charge par des zones de contact relativement petites. De plus, ils provoquent des zones de concentration de contraintes aux extrémités. En conséquence, une modification de profil devient nécessaire. La présente étude analyse l’influence des frontières libres sur les caractéristiques du régime LEH pour des contacts en ligne de dimension finie. La première phase de la recherche développe un modèle numérique général 3D du régime LEH incluant les effets thermiques et non-newtonien du problème. Une méthode semi-analytique (SAM) basée sur la théorie de Boussinesq pour des espaces semi-infinis est combinée à un procédé de correction des frontières libres pour fournir une description rapide et précise des conditions de contact de bord. Une expansion modifiée en différences finies du terme de Couette contenu dans l'équation de Reynolds garantit la stabilité du calcul, tandis que l'expression Carreau définit la réponse de fluidification par cisaillement du lubrifiant. L'impact des frontières libres sur la distribution tridimensionnelle des contraintes est également étudié par l'extension de la procédure de correction de frontière libre pour évaluer les niveaux de contraintes de surface et sous la surface en utilisant SAM. Les données sur la répartition des contraintes dérivées de cette procédure sont alors mis en contraste avec les résultats de la méthode des éléments finis (MEF) en utilisant une comparaison factorielle à deux niveaux. Trois facteurs sans dimension à savoir le minceur du contact, rapport de longueur de contact et la charge sont examinés. La comparaison montre que le nouveau modèle développé dans cette thèse fournit un haut niveau de précision dans l'évaluation des distributions de contraintes, tout en calculant plus de 125 fois plus rapide que des simulations MEF. Ce modèle puissant est ensuite utilisé pour étudier et établir l'influence de différentes modifications de profils de rouleau sur la forme de film LEH, les distributions de pression et la température. En se basant sur une série d'analyses détaillées des différentes corrections de profil de rouleau, il est constaté qu'un grand rayon couronnant combiné avec des coins arrondis fournit l'ajustement de profil le plus efficace. Dans la dernière étape de cette étude, ce modèle nouvellement développé est combiné avec une optimisation par essaim de particules (PSO) multi-objectif pour arriver aux formules établissant les rayons du couronnement et du coin arrondi, qui peuvent être appliquées à la conception rapide des rouleaux optimaux. Les formules prennent en compte trois facteurs sans dimension - minceur, charge, et la viscosité du lubrifiant - et les coefficients pour les formules sont dérivés à partir des résultats PSO en utilisant une conception factorielle à cinq niveaux. En optimisant simultanément trois fonctions objectives - l'uniformité de la pression de contact, la stabilité de l'épaisseur du film, et la capacité de charge maximale - les prédictions de ces formules garantissent des modifications optimales de profil. Cette étude contribue à la compréhension de l'influence du bord sur les caractéristiques de LEH des contacts en ligne fini, tandis que propose un modèle robuste pour les corrections de profil axiales des problèmes de contact lubrifié.

Date	26 sept. 2014
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Raynald Guilbault (Directeur(-trice))