Les frottements secs et visqueux et leurs utilisations

Présentation au sujet: "Les frottements secs et visqueux et leurs utilisations"— Transcription de la présentation:

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

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3 Causes et effets du frottement Illustrations
Dans quelles situations et comment s’appliquent les frottements secs et visqueux? Théorie Causes et effets du frottement 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 Ffrot = force de frottement sec Il faut distinguer deux cas: ms = coefficient de frottement statique mc = 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 Mesure des coefficients de frottements statique
Solide à la « limite de l’équilibre » D’après le principe fondamental de la statique on obtient: 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 h = 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 rVg - La poussée d’Archimède, dirigée vers le haut et de formule r0Vg la force de frottement, dirigée dans la direction inverse du déplacement et de formule 6phRv avec V le volume de la bille, ρ la masse volumique de la bille, r0 la masse volumique du fluide, g l’accélération de la pesanteur et v la vitesse constante de déplacement de la bille équation de mouvement : ρV dv/ dt = (ρ − ρ0)gV − 6πηRv exprssion de la vitesse limite (vL) : 6πηRvL = (ρ − ρ0 )gV avec V= (4pR^3)/3 => vL =(2R²/9h)(r-r0)g nombre de Reynolds : Re = ρvL D/h D = 2R étant le diamètre de la sphère

10 A plus grande vitesse ( 5< V < 20 m/s dans l’air), en régime turbulent:
- r = masse volumique du fluide S = aire du solide selon la direction perpendiculaire à la vitesse - Cx = 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 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 L’aire sous la ligne moyenne arithmétique équivaut a celle située au dessus 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 Viscosité [µ] = [M] [L]–1 [T]–1
Variation de la vitesse d’un fluide contenu entre deux plans parallèles infinis dont l’un est mobile, l’autre fixe [µ] = [M] [L]–1 [T]–1 - 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 ).

17 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 ) 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.

18 La déformation angulaire d γ 12 vaut :
Déformation d’un élément de volume de fluide en écoulement M se déplace à la vitesse v = v1x1 et M1 à v + dv = (v1 + dv1)x 1 . Au bout du temps dt, le point M se sera déplacé de la quantité v1 dt x1 , alors que le point M1 se sera déplacé de la longueur (v1 + dv1)dt x1 . La déformation angulaire d γ 12 vaut : Comme la vitesse de déformation angulaire est par définition, on voit que la contrainte de cisaillement s’écrit :

19 Évolution de la viscosité dynamique de l’eau liquide avec la température
θ (en oC) 10 20 50 100 150 200 µ (en mPa · s) 1,83 1,33 1,03 0,56 0,28 0,18 0,14 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 Illustration de frottement
- Le frein à disque -L’aquaplaning

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