Les frottements secs et visqueux et leurs utilisations de Lacheze Vladimir Das Noël.

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1 Les frottements secs et visqueux et leurs utilisations de Lacheze Vladimir Das Noël

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3 Dans quelles situations et comment s’appliquent les frottements secs et visqueux? I)Théorie II) Causes et effets du frottement III) Illustrations

4 Force de frottement sec Force F exercée par une surface sur un solide - composante normale à la surface N = réaction - composante tangentielle à la surface F frot = force de frottement sec Il faut distinguer deux cas:  s = coefficient de frottement statique  c = coefficient de frottement cinétique (ou dynamique).

5 Représentation microscopique du contact entre deux surfaces Vue microscopique de l’interface de contact lorsque les deux surfaces sont en mouvement l’une par rapport à l’autre

6 D’après le principe fondamental de la statique on obtient: Mesure des coefficients de frottements statique Solide à la « limite de l’équilibre » Avec f : coefficient de frottement

7 Quelques exemples de coefficients de frottement statique et cinétique

8 Frottement Visqueux Solide en mouvement dans un fluide : -On distingue plusieurs régimes en fonction de la vitesse v par rapport au fluide A très basse vitesse ( < 5 m/s dans l’air) en régime laminaire: - K = coefficient caractéristique de la géométrie du solide -  = coefficient de viscosité du fluide

9 Utilisation de la loi de stokes Forces s’appliquant sur la sphère : - Son poids, dirigé vers le bas et de formule  Vg - La poussée d’Archimède, dirigée vers le haut et de formule  0 Vg -la force de frottement, dirigée dans la direction inverse du déplacement et de formule 6  Rv avec V le volume de la bille, ρ la masse volumique de la bille,  0 la masse volumique du fluide, g l’accélération de la pesanteur et v la vitesse constante de déplacement de la bille. équation de mouvement : ρ V dv/ dt = ( ρ − ρ 0 )gV − 6π η Rv exprssion de la vitesse limite (v L ) : 6π η Rv L = ( ρ − ρ 0 )gV avec V= (4  R^3)/3 => v L =(2R²/9  )(    g nombre de Reynolds : Re = ρ v L D/  - D = 2R étant le diamètre de la sphère

10 A plus grande vitesse ( 5< V < 20 m/s dans l’air), en régime turbulent: -  = masse volumique du fluide - S = aire du solide selon la direction perpendiculaire à la vitesse - C x = coefficient de trainée caractérisant la géométrie du solide A très grande vitesse ( mais < vitesse du son ):

11 Rugosité

12 La rugosité de surface comprend deux types de défauts : -Les stries ou sillions (défaut d’ordre 3) Les causes de ces défauts sont: - Les phénomènes vibratoires haute fréquence - Les stries ou sillions dus au passage de l’outil

13 - Arrachement de matière ( défaut d’ordre 4 ) Les causes de ces défauts sont : - Le mauvais affûtage de l’outil - Chocs de l’outil sur la pièce (au montage par exemple) - Empreinte du système de serrage

14 L’aire sous la ligne moyenne arithmétique équivaut a celle située au dessus Enveloppe supérieure Enveloppe inférieure Lignes de référence Ce sont les lignes à partir desquelles les paramètres du profil sont déterminés - Les lignes moyennes : Moyenne arithmétique Moyenne des moindres carrés - Les lignes enveloppes : Enveloppe supérieure Enveloppe inférieure

15 Les différents paramètre liés à la ligne moyenne Rpj : distance entre la ligne des saillies et la ligne moyenne Raj : écart moyen arithmétique du profil Ry : distance entre la ligne des saillies et la ligne des creux

16 Variation de la vitesse d’un fluide contenu entre deux plans parallèles infinis dont l’un est mobile, l’autre fixe Viscosité - Le coefficient de proportionnalité µ est appelé coefficient de viscosité dynamique. L’unité dans le système international est le pascal-seconde (Pa · s). On utilise également le poiseuille [Pl] ( 1 Pl= 1 Pa.s ). [µ] = [M] [L] –1 [T] –1

17 la viscosité apparaît comme étant la traduction de l’échange de quantité de mouvement entre les « couches » de particules s’écoulant à des vitesses différentes la force de frottement F étant ramenée à une contrainte de cisaillement τ. Le coefficient de viscosité cinématique est défini à partir du coefficient de viscosité dynamique µ par la relation : où ρ est la masse volumique du fluide. [ ν ] = [L] 2 [T] –1 L’unité est le Stokes (St, 1 St = 1 cm²/s )

18 Déformation d’un élément de volume de fluide en écoulement M se déplace à la vitesse v = v 1 x 1 et M 1 à v + dv = (v 1 + dv 1 )x 1. Au bout du temps dt, le point M se sera déplacé de la quantité v 1 dt x 1, alors que le point M 1 se sera déplacé de la longueur (v 1 + dv 1 )dt x 1. Comme la vitesse de déformation angulaire est par définition, on voit que la contrainte de cisaillement s’écrit : La déformation angulaire d γ 12 vaut :

19 Évolution de la viscosité dynamique de l’eau liquide avec la température θ (en o C)0102050100150200 µ (en mPa · s)1,831,331,030,560,280,180,14 Variation de la viscosité cinématique de l'eau avec la température

20 Manifestation du frottement Les manifestations du frottement sont : -l’usure - l’échauffement - le bruit Effet de l’usure sur un pneu

21 -L’aquaplaning Illustration de frottement - Le frein à disque

22 Le lubrifiant Il existe deux régimes de lubrifications : - Le régime onctueux - le régime hydrodynamique

23 Les traitements anti-usure Il y a différents types de traitement anti-usure: -Traitement mécanique ( ex: le moletage qui améliore le poli, la dureté et la résistance ) -Les procédé électrochimique ( L’électropolissage qui permet une résistance plus marquée à l'usure, une augmentation de la résistance à la corrosion et une rugosité divisée par 2 ) -Traitement des métaux ferreux (augmente la dureté superficielle et la résistance à l’oxydation et à la corrosion ) Exemple de moletage

24 Conclusion Le Transrapid de Shanghai