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Écrit par
Houcine Ben Abdelounis
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Thesee
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N° d’ordre: 2010 - 01 Année 2010
THÈSE
présentée à
L’ÉCOLE CENTRALE DE LYON
pour l’obtention du titre de DOCTEUR
Spécialité: Mécanique
en 2010
par
Houcine BEN ABDELOUNIS
DYNAMIQUE ET VIBROACOUSTIQUE DU CONTACT
RUGUEUX:
EXPERIMENTATION ET MODELISATION
Soutenue le 08 janvier 2010, devant la Commission d’Examen composée de:
Pierre-Olivier MATTEI Chargé de Recherche CNRS, LMA (Marseille) Rapporteur
François ROBBE-VALLOIRE Professeur, LISMMA, SUPMECA (Paris) Rapporteur
Joël PERRET LIAUDET Maître de Conférence, LTDS, ECL (Lyon) Examinateur
Jean-François ROUCHON Professeur, ENSEEIHT (Toulouse) Examinateur
Andres SOOM Professeur, Université de Buffalo (USA) Président
Alain LE BOT Chargé de Recherche CNRS, LTDS Directeur de Thèse
Hassan ZAHOUANI Professeur, LTDS, ENI St Etienne e
A mes parents,
A ma femme,
A mes jumeaux, Hana et Mohamed-Amine
A mes sœurs
A mon frère
REMERCIEMENTS
Les travaux de ma thèse ont été réalisés au sein du Laboratoire de Tribologie et Dynamique
des Systèmes (LTDS) de l’Ecole Centrale de Lyon.
Deux équipes de recherche ont été impliquées: l’équipe Mécanique des milieux hétérogènes,
géomatériaux et procédés de transformation et l’équipe Tribologie, physico-chimie et
dynamique des interfaces. J’adresse mes plus vifs remerciements à tout le personnel du
laboratoire.
Je remercie Philippe KAPSA, Directeur de Recherche CNRS et ex-Directeur du LTDS et
Denis MAZUYER, Professeur d’Universités et présent Directeur du LTDS de m’avoir
accueillis au sein du laboratoire LTDS.
Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance au Professeur Hassan ZAHOUANI, qui m’a fait
confiance, m’a soutenu et m’a permis de réaliser cette thèse. J’ai beaucoup d’estime pour lui.
J’ai aussi apprécié la liberté qui m’a laissée dans la conduite de ma recherche. Sa disponibilité,
son exigence, ses critiques et ses encouragements m’ont permis de mener ce travail à son
terme.
Je suis très reconnaissant également à Alain LE BOT, Chargé de Recherche CNRS, pour sa
disponibilité, sa rigueur, son ouverture scientifique, ses conseils avisés et toutes les
connaissances qui m’a transmises tout au long de ce travail.
Je souhaite remercier vivement Joël Perret Liaudet, Maître des conférences, pour sa
disponibilité de tous les jours, les fructueuses discussions que j’ai pu avoir avec lui, sa rigueur
scientifique et son aide illimitée.
Un grand merci à tous les membres du jury. Je suis particulièrement reconnaissant à François
ROBBE-VALLOIRE, Professeur d’Universités et Pierre-Olivier MATTEI, Chargé de
Recherche CNRS pour avoir accepter d’être rapporteurs de ce travail. Remerciements
Je tiens à exprimer ma sincère reconnaissance au Professeur Andres SOOM, de l’Université
de Buffalo, USA et le Professeur Jean-François ROUCHON pour avoir accepter de juger mon
travail.
Je voudrais remercier toute personne qui a participé de près ou de loin à ce travail, Mohamed
Ben Tkaya pour son aide précieuse dans la partie numérique, Gaëtan Bouvard pour la
conception mécanique et les longues discussions lors des heures de détente, Roberto Vargiolu
pour les mesures interférométriques, Mathieu Guibert pour sa formation Labview, Benoit
Nauleau, Didier Roux, Jean Michel Vernet et Yves Ered pour les longues heures d’usinage,
Mathieu Skrzypczak et Boyko Stoimenov pour la programmation Matlab, Bertrand Houx et
Didier Lacour pour Catia, Khaled Elleuch pour ses précieux conseils et la rédaction des
articles, Gérard Meille pour la formation MEB.
Je suis également reconnaissant à Alexandre Danescu pour m’avoir accueilli au bâtiment G8
en tant que ATER. Je le remercie aussi pour sa disponibilité et sa précieuse aide. Je remercie
également toute l’équipe de G8 avec laquelle j’ai partagé la salle de TP, Francesco Froiio,
Hélène Magoariec, Cecile Nouguier, Nadège Reboul, Eric Vincens et Sylviane Bernat Minana.
Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont partagé mon quotidien. Je pense
particulièrement à Eric Marcoz, mon co-bureau, Maxime Fougère, Gaëtan Boyer, Fabrice
Deleau (Docteur IFP), Cédric Meunier (Docteur Cédos), Cyril Pailler-Mattei (Maître des
Conférences), Jean-Christophe Abry (Ingénieur de Recherche), Emmanuel Rigaud (Maître
des Conférences), Juliette Cayer Barrioz (Chargé de Recherche CNRS), Younes Kadmiri.
Je pense aussi à mes amis Rached Salhi, Walid Dridi, Noamen Guermazi et à tous ceux que
j’ai oublié de citer.
Enfin, je voudrais remercier mes parents pour leurs sacrifices et leurs encouragements, ma
femme pour sa patience, son aide illimitée, sa contribution à ce travail notamment lors de
traitement des résultats numériques et la rédaction, et son courage de traverser ces épreuves à
mes côtés, Merci Kadija, mes jolis jumeaux d’avoir supporter mon absence, mes sœurs et
mon frère pour leur soutien et leurs encouragements.
Houcine BEN ABDELOUNIS
TABLE DES MATIERES
TABLE DES MATIÈRES
Nomenclature ............................................................................................................................1
Introduction générale ...............................................................................................................4
CHAPITRE I
Étude bibliographique
I.1. Frottement sec.......................................................................................................................8
I.1.1. Lois classiques du frottement sec: Lois d’Amontons - Coulomb..................................8
I.1.2. Modèle de Bowden et Tabor .......................................................................................12
I.1.2.1. Aire réelle de contact............................................................................................12
I.1.2.2. Mécanismes du frottement sec .............................................................................13
a. Effet de l’adhésion ....................................................................................................13
b. Effet du labourage......................................................
I.1.3. State and rate equation.................................................................................................15
I.1.5. loi de frottement retenue pour la simulation numérique..............................................15
I.2. Mécanique du contact rugueux...........................................................................................16
I.2.1. Approche analytique...................................................................................................16
I.2.1.1. Approche statistique du Greenwood et Williamson.............................................16
I.2.1.2. Raideurs normale et tangentielle de contact .........................................................18
I.2.2. Approche numérique ..................................................................................................19
I.2.2.1. Approche déterministe basée sur une méthode numérique .................................19
I.2.2.2. Modélisation numérique par éléments finis..........................................................20
a. Méthode de résolution des équations du mouvement ...............................................21
b. Choix de la taille de maille .......................................................................................24
c. Gestion du contact.....................................................................................................24
I.2.3. Interface multicontact..