ETUDE THERMOMECANIQUE DES DISQUES DE FREIN Application du Code de Calcul ANSYS v11.0

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• Publié par: belhocinek
• Publié le: 15 avril 2013
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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 8 Mo

Extrait

UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE D’ORAN
Mohamed Boudiaf
FACULTE DE GENIE MECANIQUE
DEPARTEMENT de GENIE MECANIQUE
________________________________

THÈSE
Présentée par
BELHOCINE ALI
Pour l’obtention du Diplôme de
DOCTORAT EN SCIENCES
Spécialité : GENIE MECANIQUE
______________________________________
Thème

ETUDE THERMOMECANIQUE DES DISQUES DE FREIN
Application du Code de Calcul ANSYS v11.0

Membres du jury :

Président : YOUCEFI Abdelkader Pr USTOMB
Directeur de thèse : BOUCHETARA Mostefa Pr. USTOMB
Examinateurs :
BENGUEDIAB Mohamed Pr. U.de Sidi Belabbes
BENAMAR Ali Pr. ENSET Oran
TAMINE Tewfik MCA USTOMB
OULD CHIKH Bahri MCA U. de Mascara




Année universitaire 2011/2012


Dédicace

Je dédie ce modeste travail à mes chers
parents (ma mère et mon père)
Mes chers frères et chères sœurs
A tous mes amis Remerciements



REMERCIEMENTS


J'aimerais remercier vivement mon directeur de recherche, Monsieur
BOUCHETARA Mostefa, Professeur à l’Université de Sciences et de la
Technologie –Mohamed Boudiaf d’Oran qui a assuré la direction, le suivi et le
bon déroulement de ce travail de recherche. Je tiens à le remercier encore une
fois pour son encouragement et ses précieux conseils et critiques.
Je remercie messieurs les membres de jury d’avoir accepté de juger ce
travail.
Mes remerciements les plus chaleureux vont à tous mes amis.
Enfin, je voudrais exprimer mes profonds remerciements à mes parents et
à toute ma famille par leur soutien permanent durant les trois années que j’ai
investi dans la recherche.

i


Résumé
L’objet de cette thèse est de présenter une étude du comportement thermomécanique
des disques de frein automobiles pour la prédiction de leur tenue en fatigue. La stratégie de
calcul numérique est repose sur le code de calcul Ansys v.11. Ce dernier qui est basé sur la
méthode des éléments finis et qui possède des algorithmes de gestion du contact avec
frottement est utilisé pour simuler dans l’application du freinage le comportement du
mécanisme malgré son complexité.
Dans un premier temps, est présentée une analyse des phénomènes thermiques opérant
dans un disque de frein en service (flux de chaleur généré par frottement, gradients
thermiques élevés, élévation de température). Cette modélisation est effectuée en tenant
compte l’influence d’un certains nombre de paramètre tel que le type de freinage, le mode de
refroidissement, les matériaux de conceptions.
Ensuite, une étude purement mécanique du contact sec entre le disque et plaquettes est
développée avec une bonne prédiction devient un enjeu majeur pour les industriels tout en
modélisant le chargement et les conditions aux limites autours du disque. Nous avons utilisé
le même code de calcul pour visualiser les déplacements, les déformations globales dans le
disque, les contraintes de cisaillement, les contraintes de Von Mises et les outils de contact
des plaquettes tout en effectuant une étude paramétrique telle que ( le module de Young des
plaquettes, le coefficient de frottement , le type de chargement , la vitesse de rotation du
disque ,..) pour voir sa sensibilité sur les résultats de calcul.
Ainsi, les analyses faites sur le comportement thermique et mécanique que de ces
prototypes montrent que ces types de solutions technologiques représentent de réelles pistes
d’amélioration qui répond au besoin de l’ingénieur en charge de la conception des disques de
frein.

Mots clés :
Ansys 11.0- Contact sec-Méthode des éléments finis (MEF)-disque de frein ventilé –Disque
de frein plein- Fonte Grise- Plaquettes –Etrier- Analyse transitoire-Coefficient de transfert
thermique-CFX-Etude paramétrique-Contraintes thermiques-Flux de chaleur—Température-
Maillage-Frottement-Chargement mécanique-Conditions aux limites-Déformée totale-
Contraintes équivalentes de Von Mises-Contraintes de cisaillement -Déformations-
Distribution de pression de contact-Fissure-Usure.

ii


Abstract
The object of this thesis is to present a study of thermomechanical behavior of the
automobile discs brake for the prediction of their resistance to fatigue. The numerical strategy
of calculation is rests on computer code Ansys v. 11. This last which is based on the finite
element method and which has management algorithms frictional contact is used to simulate
in the braking application, the behavior of mechanism in spite of its complexity.
At first, presented an analysis of thermal phenomena operating in a disk brake on (heat
flux generated by friction, high thermal gradients, temperature rise).This modeling is carried
out by holding account the influence of certain number parameters such as the type of
braking, cooling mode, materials designs.
Then, a study of purely mechanical dry contact between the disc and pads is developed
with a good prediction becomes a major stake for the industrialists while modeling the
loading and the boundary conditions around the disc .We used the same computer code to
visualize displacements, total deformations in the disc, shear stresses, Von Mises stresses
and, the tools of contact pads while carrying out a parametric study such as (Young’s modulus
pads, coefficient of friction, loading type, rotational speed of the disc..) to see its sensitivity
on the calculation results.
Thus, the analyzes done on the thermal and mechanical behavior of these prototypes
that show that these types of technological solutions represent real areas for improvement that
meets the need of the engineer in charge of the design of the brake discs.

Keywords :
Ansys 11.0- Drying contact –Finite element method (FEM)-Ventilated disc brake-Plain disc
brake- Gray cast iron - Pads –Caliper -Transient analysis –Heat transfer coefficient-CFX-
Parametric study- Thermal stress-Heat flux -Temperature-Mesh-Friction- Mechanical loading
–Boundary conditions –Total distortion-Stress equivalent of Von Mises-Shear stress-
Deformation- Contact pressure distribution -Crack-Wear.
iii
Table des matières
TABLE DES MATIERES
Dédicace
Remerciements i
Résumé ii
Abstract iii
Table des matières iv
Liste des figures et des tableaux viii
Nomenclature xiv
Introduction générale…………………………………………………………….…………..1
Chapitre I : Etude Bibliographique…………...…………………………………………….3
I.1. Introduction……………………………………………………….……………….……….3
I.2. Structure générale d’un système de freinage………………………………………………3
I.3. Frein travaillant par frottement…………………………………………………………….4
I.3.1. Frein à tambou