Analyses multi-échelles et usure des structures minces en contact

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HAL Id: hal-01504173

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Submitted on 8 Apr 2017

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Analyses multi-échelles et usure des structures minces en contact

Mohamed Torkhani, Hachmi Ben Dhia

To cite this version:

Mohamed Torkhani, Hachmi Ben Dhia. Analyses multi-échelles et usure des structures minces en contact. 8e Colloque national en calcul des structures, CSMA, May 2007, Giens, France. �hal-01504173�

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5HYXH9ROXPH;±Q[SDJHVj

VUXFWXUHVPLQFHVHQFRQWDFW

0RKDPHG7RUNKDQL²+DFKPL%HQ'KLD

*Ecole Centrale de Paris – LMSS-Mat UMR ECP/CNRS 8579 Grande Voie des Vignes

F-92290 Châtenay-Malabry cedex bendhia@mssmat.ecp.fr

**Electricité de France R&D – LaMSID UMR EDF/CNRS 2832 1 Avenue du Général de Gaulles

F-92140 Clamart cedex Mohamed.torkhani@edf.fr

RÉSUMÉ. La maîtrise des phénomènes d’usure est un enjeu essentiel pour la prévision des durées de vie des structures industrielles, biologiques, etc. Elle est particulièrement critique dans l’industrie nucléaire. Ces phénomènes sont dus à des interactions de contact entre structures.

Dans ce papier, on propose une formulation mixte pour les problèmes de contact avec usure qu’on étend aux structures minces dans le cadre Arlequin. Ce cadre procède par superposition de modèles locaux ou patchs. On étend également notre démarche à la modélisation de phénomènes de rayure en utilisant une notion de patch Arlequin mobile.

ABSTRACT. The control of wear phenomena is of great importance to predict the remaining lifetime of engineering or biological structures. This control is particularly critical in nuclear industry. These phenomena are caused by interactions between contacting structures.

In this paper, a hybrid formulation for contact problems involving wear phenomena is suggested. An extension of the formulation to model wear of thin structures in the Arlequin framework is also presented. Moreover, we will focus on evolution-type contact problems by using a new concept of moving Arlequin patch.

MOTS-CLÉS : usure par frettage, profondeur d’usure, contact unilatéral, structures minces, méthode Arlequin, multi-échelles/mutli-modèles.

KEYWORDS: fretting wear, wear depth, unilateral contact, thin structures, Arlequin method, multiscale/multimodel.

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$UOHTXLQPRELOHRXYUDQWXQHYRLHGHVLPXODWLRQVPXOWLpFKHOOHVGHO¶DEUDVLRQGHV VWUXFWXUHV

./RLVGHFRQWDFWDYHFSULVHHQFRPSWHG¶XVXUH

2Q V¶LQWpUHVVH DX SUREOqPH GH FRQWDFW IURWWDQW HQ SHWLWHV RX JUDQGHV WUDQVIRUPDWLRQV HQWUH GHX[ VROLGHV 6 HW 6/HV PRGqOHV GH 6LJQRULQL >@ HW GH

&RXORPE>@VRQWpFULWVGHIDoRQpTXLYDOHQWHVRXVIRUPHG¶pTXDWLRQV%HQ'KLDet al.,VLΓ_c HVWODVXUIDFH©HVFODYHªGHFRQWDFWDORUVVXUΓ_c^QRXVDYRQV

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u n n u n n

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'DQV XQ WUDYDLO SLRQQLHU $UFKDUG $UFKDUG., D VXJJpUp XQ PRGqOH PpFDQLTXH SRXUOHFDOFXOGHVYROXPHVGHPDWLqUHXVpH&HPRGqOHUHOLHODYLWHVVH G¶XVXUHh_n

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&H PRGqOH FRQVLVWH j LQFOXUH QXPpULTXHPHQW XQH YDULDEOH LQWHUQH TXDQWLILDQW O¶XVXUHGpYHORSSpHjO¶LQWHUIDFHGHFRQWDFWFRPPHXQFKDPSMHXVXSSOpPHQWDLUHh_n FRUUHFWLIGHODGLVWDQFHVLJQpH3RXUWHQLUFRPSWHGHFHWWHSURIRQGHXUG¶XVXUHGDQV OHVORLVGHFRQWDFWIURWWHPHQW>@HW>@LOVXIILWGHFKDQJHUd_nHQd_n^wGRQQpSDU

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λ μ λ ρ

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8VXUHGHVVWUXFWXUHVGDQVOHFDGUH$UOHTXLQ

/HV PRGqOHV GH VWUXFWXUHV PLQFHV Q¶LQWqJUHQW SDV OHV HIIHWV WULGLPHQVLRQQHOV ORFDX[ TX¶HQJHQGUHQW OHV SUREOqPHV GH FRQWDFW DYHF XVXUH 3DU DLOOHXUV XQH PRGpOLVDWLRQ ' FRPSOqWH RFFDVLRQQHUDLW GHV FRWV GH FDOFXOV SURKLELWLIV 1RXV SURSRVRQVXQFRPSURPLVGDQVOHFDGUH$UOHTXLQHQVXSHUSRVDQWXQPRGqOH'DX YRLVLQDJH GH OD ]RQH GH FRQWDFW XVDQW DX PRGqOH JOREDO GH VWUXFWXUH /HV SKpQRPqQHVGHFRQWDFWHWG¶XVXUHVRQWGDQVFHWWHPRGpOLVDWLRQELPRGqOHSULVHQ FRPSWHSDUOHPRGqOHORFDOFIILJXUH

)LJXUHExemple de couplage Structure/patchs 3D dans le cadre Arlequin

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5pVXOWDWVQXPpULTXHV

$ILQG¶pFODLUHUO¶HIILFDFLWpHWODSHUWLQHQFHGHQRWUHDSSURFKHQRXVGRQQRQVLFL GHX[UpVXOWDWVQXPpULTXHVSRXUOHSUREOqPHDFDGpPLTXHFRQVLGpUpGDQV6WU|PEHUJ, GXFRQWDFWDYHFXVXUHHQWUHXQEORFpODVWLTXHHWXQVXSSRUWULJLGH/HSUHPLHU FRQFHUQH OHV IDLEOHV XVXUHV /H VHFRQG DFWXDOLVH OD JpRPpWULH GX SDWFK $UOHTXLQ LQWpJUDQWO¶XVXUHORFDOH

Usure d’un bloc élastique en 2D

)LJXUHCas-test de validation pour la simulation de l’usure par frettage

/HV SUHPLHUV FDOFXOV QXPpULTXHV GDQVCode_Aster ORJLFLHO WKHUPRPpFDQLTXH GH (G) 5 ' GRQQHQW GHV SURILOV G¶XVXUH VWDQGDUGV 6WU|PEHUJ, DYHF GHV SURIRQGHXUV G¶XVXUH TXL V¶DFFHQWXHQW DYHF OH QRPEUH GH F\FOHV GH IUHWWDJH 2Q FRQVWDWH DXVVL TXH GH IRUWHV YDOHXUV GH SUHVVLRQV GH FRQWDFW DLQVL TXH GH IRUWV JUDGLHQWVVHGpYHORSSHQWDXQLYHDXGHVDUrWHVGHFRQWDFW

)LJXUHCarte d’usure et pressions de contact en fonction des cycles le long de [AB] (cf. figure 2)

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Usure d’un bloc élastique en 2D avec actualisation de la géométrie d’usure 8QHDSSOLFDWLRQLQWpUHVVDQWHGHODPpWKRGH$UOHTXLQSRXUODVLPXODWLRQGHIRUWHV XVXUHV HVW OD SULVH HQ FRPSWH G¶HQOqYHPHQW GH PDWLqUH SDU O¶DFWXDOLVDWLRQ GH OD JpRPpWULHGXSDWFK

2QGRQQHFLGHVVRXVXQH[HPSOHGHFDOFXOSUREOqPHGH%RXVVLQHVTPHWWDQWHQ

°XYUH O¶DFWXDOLVDWLRQ GH OD JpRPpWULH OLpH j O¶XVXUH GXQ PDVVLI SDU XQ RXWLO 2Q UpDOLVHXQSUHPLHUFDOFXOG¶XVXUHVXUOHPDLOODJHLQLWLDO3XLVHQJDUGDQWOHPRGqOH JOREDODYHFXQHJpRPpWULHLQLWLDOHLQFKDQJpHHWGRQFXQPDLOODJHJOREDOIL[HRQ LQVqUHORFDOHPHQWGDQVOHFDGUH$UOHTXLQGHVSDWFKVJpRPpWULTXHPHQWDGDSWpVLH GHV SDWFKV GRQW OD JpRPpWULH HVW DFWXDOLVpH SDU OHV SURILOV G¶XVXUH /H FRQWDFW HVW WUDLWpVXUOHVSDWFKVORFDX[

)LJXUHPremier calcul sur le maillage initial pour les premiers cycles de frettage et 2^ème calcul sur les patchs Arlequin après actualisation de géométrie

2QGRQQHFLDSUqVOHVFDUWHVG¶XVXUHHWOHVGLVWULEXWLRQVGHSUHVVLRQVGHFRQWDFW LVVXHVGHVFDOFXOVDYHFHWVDQVDFWXDOLVDWLRQORFDOHGHODJpRPpWULHG¶XVXUH

)LJXUHDistributions de pressions de contact et cartes d’usure avec et sans

raffinement local par la méthode Arlequin

/H WUDLWHPHQW GH FRQWDFW VXU OHV JpRPpWULHV DFWXDOLVpHV GRQQH GHV SURIRQGHXUV G¶XVXUH VLJQLILFDWLYHPHQW SOXV DFFHQWXpHV HW GH IRUWV JUDGLHQWV GH SUHVVLRQV GH FRQWDFWDXQLYHDXGHVDUrWHVGHFRQWDFW'¶RXQULVTXHG¶HQGRPPDJHPHQWORFDOSDU IUHWWDJH F\FOLTXH SKpQRPqQH GRQW QRXV WLHQGURQV FRPSWH GDQV GHV WUDYDX[

XOWpULHXUV HQ XWLOLVDQW OH FDGUH $UOHTXLQ 5DSSHORQV LFL TXH GDQV FH FDGUH GHX[

PRGqOHV () GLIIpUHQWV ©YLYHQWª GDQV XQH PrPH ]RQH GLWH GH VXSHUSRVLWLRQ /H WUDLWHPHQW GHV ]RQHV VLQJXOLqUHV SHXW DORUV rWUH UpDOLVp SDU GHV SDWFKV ORFDX[ K UDIILQpVSDUH[HPSOH/HVJUDGLHQWVIRUWVGHSUHVVLRQVVRQWUDWWDFKpVjODVLQJXODULWp GHFHVSUHVVLRQVDXQLYHDXGHODUrWHGHFRQWDFWGHORXWLO&HWWHVLQJXODULWpHVWPXOWL

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IDFWHXUV/XQGHFHVIDFWHXUVHVWGHFRQVLGpUHUTXHORXWLOHVWLQXVDEOHK\SRWKqVHGH ODTXHOOHQRXVQRXVDIIUDQFKLURQVGDQVGHVWUDYDX[IXWXUV

&RQFOXVLRQVHWSHUVSHFWLYHV

'DQV FH SDSLHU QRXV DYRQV SURSRVp XQH IRUPXODWLRQ K\EULGH SRXU OH FRQWDFW DYHFXVXUH1RXVDYRQVpJDOHPHQWSUpVHQWpXQHPpWKRGRORJLHSRXUpWHQGUHFHWRXWLO DX[ SUREOpPDWLTXHV PXOWLPRGqOHV G¶XVXUH DYHF SULVH HQ FRPSWH G¶HQOqYHPHQW GH PDWLqUH SDU GHV SDWFKV $UOHTXLQ JpRPpWULTXHPHQW DGDSWpV 3RXU OHV SUREOqPHV GH FRQWDFWpYROXWLIXQHQRWLRQGHSDWFKV$UOHTXLQ©VXLYHXUVªGHV]RQHVFULWLTXHVFI ILJXUHDpWpWHVWpH/HVUpVXOWDWVGHVLPXODWLRQGHODUD\XUHGHVVWUXFWXUHVPLQFHV VHURQWSUpVHQWpVORUVGHODFRQIpUHQFH

)LJXUHRayure avec Patch Arlequin mobile suiveur du contact évolutif

%LEOLRJUDSKLH

ParisYROS

6KLOORU 0 6RIRQHD 0 7RX]DQL 5 ©4XDVLVWDWLF IULFWLRQDO FRQWDFW DQG ZHDU RI D EHDPª Dyn.Continu. Discrete. Impuls. Systems (DCDIS)YROQS

Analyses multi-échelles et usure des structures minces en contact

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