Modélisation du contact avec microglissement dans les cannelures désalignées

Résumé

Les liaisons cannelées constituent un moyen largement répandu de transmission du couple dans les systèmes mécaniques industriels et présentent l’avantage d’autoriser un coulissement axial relatif entre l’arbre et le moyeu. En service, un désalignement angulaire ou radial entre les axes est quasiment inévitable et concentre la charge à l’extrémité des dents, ce qui accélère les mécanismes de dégradation de surface tels que le fretting et l’usure. La géométrie conforme des cannelures rend la théorie de Hertz inadaptée à la prédiction de la pression de contact, et la simulation par éléments finis, bien qu’elle constitue la méthode de référence, reste trop coûteuse en temps de calcul pour une démarche paramétrique sur un grand nombre de configurations. L’objectif de ce mémoire est de développer un outil numérique rapide et précis pour la prédiction des pressions de contact et la localisation des zones exposées au fretting dans les cannelures désalignées. L’approche retenue repose sur un algorithme semi-analytique de contact basé sur la théorie de Boussinesq. Celle-ci est adaptée au contact conforme par l’introduction d’une correction des effets de bord liés à l’hypothèse de demi-espace, et complétée par la formulation de Cerruti afin de prendre en compte les efforts tangentiels de frottement. Les trois sources de déformation qui contribuent au contact sont modélisées en parallèle. Un ensemble de réseaux de neurones artificiels, entraîné sur une base de données issue de simulations éléments finis, est utilisé en substitution aux calculs directs de flexion, de torsion, de cisaillement et de compression des dents et permet de réduire ainsi significativement le temps de calcul. La torsion globale de l’arbre et du moyeu est traitée par une approche de résistance des matériaux. La prédiction du fretting est obtenue par l’application locale d’une approximation de la loi d’Archard, ce qui fournit une cartographie comparative des zones de la dent les plus exposées sous un chargement donné. La validation de l’algorithme est réalisée par comparaison avec deux cas distincts issus de la littérature. Pour chacune de ces configurations, l’algorithme retrouve les caractéristiques essentielles de la littérature, ceci permettant de justifier sa validité. L’outil développé constitue ainsi une alternative semi-analytique plus rapide que la simulation par éléments finis pour la prédiction du champ de pression de contact, de champ de déplacement et pour la cartographie de fretting dans les cannelures désalignées. Sa rapidité lui permet d’être exploitable dans une démarche paramétrique de dimensionnement et d’évaluation de configurations.

Date	21 juil. 2026
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Raynald Guilbault (Directeur(-trice)) & Luc Amar (Codirecteur(-trice))