Rupture par séparation due à l’introduction de l’air

Pendant la montée de la plaque oscillante, l’air ambiant s’introduit à l’intérieur du film via les frontières du contact. En phase de descente, une partie de l’air ingéré est expulsée vers l’extérieur, tandis que l’autre partie est emprisonnée à l’intérieur du contact. L’expulsion de l’air provoque la projection d’une quantité d’huile en dehors du bain. Ce phénomène diminue l’épaisseur de la couche d’huile, facilitant ainsi l’introduction de nouvelles quantités d’air et la formation de nouvelles zones de rupture. Lors de l’opération de « succion » d’air ambiant, un bruit audible similaire au bruit d’éclatement lors d’une opération de soudure à l’arc électrique est émis. Selon la géométrie du contact, cette rupture peut prendre plusieurs formes.

a) Contact plan /plan

Dans ce contact, la rupture se manifeste par la formation d’un « doigt » d’alimentation en air ambiant sur un côté de la plaque écrasante. L’air introduit constitue une zone (poche) qui peut prendre plusieurs formes comme le montre la figure IV.14. Nous avons remarqué aussi un

Chapitre IV. Comparaison des résultats numériques et expérimentaux - analyse des visualisations

écoulement occasionnel du lubrifiant en direction de ce « doigt ». Cet écoulement semble combler le manque en lubrifiant pour amorcer la reformation du film dans cette zone.

(a) _(b)

Figure IV.14 : Formes de la zone de rupture de film dans un contact plan/plan Canaux d’alimentation en air

Zones de rupture de film

(a) contact disque/plan (b) contact plan/plan.

Au fur et à mesure que le nombre de cycle augmente, la quantité d’air emprisonné augmente progressivement. Dans le cas d’un contact plan/plan, l’air emprisonné peut occuper jusqu’à 75% du contact. La figure IV.15 donne un exemple d’évolution de la zone de rupture due à l’introduction de l’air ambiant dans un contact plan/plan. En effet, cette figure montre que la zone prend une forme initiale en (a), se développe en (b) et atteint une taille maximale en (c).

(a) (b) (c) Figure IV.15 : Evolution de la zone de rupture par séparation due à l’introduction de l’air ambiant dans un contact plan /plan. (a)taille initiale (b) taille intermédiaire (c) taille finale.

Par ailleurs, les zones de rupture obtenues dans le cas d’un contact disque/plan sont séparées par des filets d’huile et occupent toute la superficie du contact (voir figure IV.16).

Chapitre IV. Comparaison des résultats numériques et expérimentaux - analyse des visualisations

Figure IV.16 : Zone de rupture par séparation due à l’introduction de l’air ambiant dans un contact disque /plan.

Comme nous l’avons déjà évoqué, l’huile projetée sous forme de gouttelettes en dehors du bain favorise l’ingérence de l’air à travers de nouveau canaux d’alimentation. Cet air alimente les zones de rupture déjà existantes et/ou contribue à l’apparition de nouvelles zones de rupture. La figure IV.17 montre, à titre d’exemple, une zone de rupture de film d’huile alimentée en air ambiant à travers deux canaux dans un contact plan/plan.

Figure IV.17 : Les canaux d’alimentation de la zone de rupture de film en air ambiant

Dans le cas du contact disque/plan, les zones de ruptures prennent plusieurs formes, comme le montre la figure IV.18.

Chapitre IV. Comparaison des résultats numériques et expérimentaux - analyse des visualisations

Figure IV.18 : Evolution de la zone de rupture par séparation due à l’introduction de l’air ambiant dans un contact disque /plan

Sur cette figure, les zones de rupture de film présentées sont extraites de diverses visualisations. Elles sont similaires mais présentent des formes de poches d'air variées.

b) Contact cylindre/plan

Au début, le film lubrifiant est complet (figure IV.19a). Ensuite, nous pouvons compter jusqu'à six zones de rupture de film (figure IV.19b) disposées symétriquement par rapport au centre du contact. Au fur et à mesure que le nombre de cycle augmente, la taille de ces zones augmente progressivement, sans jamais atteindre le milieu du contact (figure IV.19 c et d).

(a) (b) (c) (d) 3 4 1 2 6 5 Plan de symétrie du cylindre

Film complet Film complet Film complet Film complet

Figure IV.19 : Evolution au cours de plusieurs cycles de la zone de rupture par séparation due à l’air ambiant dans un contact cylindre/plan

Chapitre IV. Comparaison des résultats numériques et expérimentaux - analyse des visualisations

Cette forme de rupture par séparation dans le contact cylindre/plan est obtenue expérimentalement à 30 Hz. Les calculs et les visualisations numériques ne prévoient pas l'apparition de cette forme de rupture à la même fréquence. En effet, cette rupture est obtenue numériquement à des fréquences supérieures ou égales à 170 Hz. De plus, elle est localisée le long de la génératrice inférieure du cylindre.

c) Contact sphère /plan

Dans ce type de contact, une première rupture de film par séparation due à l’air ambiant est observée à 21 Hz. En effet, l’air ambiant s’introduit par les bords du contact et forme une bande (un anneau) circulaire symétrique par rapport au centre de contact, comme illustré par la figure IV.20.

Figure IV.20 : Visualisation de la zone de rupture par séparation obtenue à 21 Hz dans un contact sphère/plan.

Lorsque la fréquence atteint 30 Hz, des bulles d’air en forme de « doigt » s’introduisent à l’intérieur du film lubrifiant. Le film d’huile reste continu (complet) au centre du contact et prend la forme de filets dans l’espace situé entre les doigts d’air. Dans ce contact, un jet d’huile presque continu du bain accentue la rupture et contribue à la multiplication du nombre de doigts. La figure IV.21 montre l’évolution de la zone de rupture de film obtenue au cours de plusieurs cycles d’écrasement à 30 Hz.

Chapitre IV. Comparaison des résultats numériques et expérimentaux - analyse des visualisations

(a) (b) (c)

Figure IV.21 : Evolution de la zone de rupture par séparation obtenue à 30 Hz dans un contact sphère/plan

Les trois visualisations proposées montrent, l'état de repos du contact (a), un état (c) du contact au bout d'un nombre de cycle supérieur à celui du cas (b). Cette figure montre également l’augmentation du nombre de doigts d’air qui, contrairement au contact plan/plan, n’atteignent jamais le centre du contact. Dans le paragraphe suivant, nous allons examiner les différentes formes de rupture de film par séparation des gaz saturés obtenues dans les différents types de contacts.