Aspects mécaniques et thermiques du contact
379
Ces expressions montrent que l’existence d’une composante tangentielle,
même faible, provoque le glissement d’une partie de l’aire de contact exclusivement
du fait des déformations élastiques, sans glissement d’ensemble des 2 pièces. Ce
glissement est dit glissement préliminaire (fig. 23.12). Le glissement d’ensemble
n’intervient que pour F T > µ 0 F N . Le glissement préliminaire commence au bord
extérieur de la zone de contact. Il peut être à l’origine d’endommagements superficiels liés à l’adhésion et à la fatigue des surfaces. Ce risque existe dans les structures
contenant des assemblages avec contact: structures boulonnées, rivetées, frettées,
soumises à des vibrations ou des variations d’effort (fretting-fatigue). En présence
d’un environnement réactif, peuvent s’y ajouter des effets de corrosion et d’abrasion dus aux produits de réaction (fretting-corrosion ou fretting-usure).
Les déformations élastiques entraînent un déplacement relatif δ z et δ x des 2
solides dans les plans normaux et tangentiels:
(23.27)
(23.13)
La connaissance de ces déplacements permet d’évaluer la rigidité du contact
(inverse de la raideur). On aura:
• rigidité normale R z = dF N /dδ z ,
• rigidité tangentielle R x = dF T/ dδ x .
La raideur du contact caractérise la facilité de déformation de ce contact. Elle
intervient dans le calcul des modes vibratoires d’une structure contenant des
liaisons. Cette notion, facilement identifiable dans les contacts concentrés, peut
s’étendre aux contacts surfaciques en tenant compte des états de surface. Dans ce
cas, les aspérités jouent le rôle de ressorts qui se déforment lors des sollicitations de
la surface et peuvent participer aux phénomènes de résonance qui sont à l’origine
des bruits de frottement: crissement ou broutement des freins par exemple.
23.3.6 Contacts avec effort tangentiel suffisant pour déplacer l’un des solides
Soit un contact ponctuel soumis à des efforts normaux et tangentiels.
Si F T > µ 0 F N, il y a glissement global de l’un des solides par rapport à l’autre.
La répartition des contraintes dans les zones superficielles a été étudiée par différents auteurs dans le cas des contacts linéiques et ponctuels.
Bien que les résultats diffèrent numériquement en fonction des hypothèses et
critères de défaillance retenus, ils convergent qualitativement sur les points suivants:
• La contrainte σ xx symétrique et tensile sur la circonférence limitant le cercle de
contact n’est plus principale et devient dissymétrique: compressive à l’avant
du contact et tensile à l’arrière où σ r = 2µp 0 . Cet accroissement de tension peut
δ x
3 2 ν
–
〈
〉
8Ga
-------------------- -µF N 1
1
F T
µ 0 F N
------------–
〈
〉
2/3
–
=
δ z
a 2
R
---- -
=
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Ces expressions montrent que l’existence d’une composante tangentielle,
même faible, provoque le glissement d’une partie de l’aire de contact exclusivement
du fait des déformations élastiques, sans glissement d’ensemble des 2 pièces. Ce
glissement est dit glissement préliminaire (fig. 23.12). Le glissement d’ensemble
n’intervient que pour F T > µ 0 F N . Le glissement préliminaire commence au bord
extérieur de la zone de contact. Il peut être à l’origine d’endommagements superficiels liés à l’adhésion et à la fatigue des surfaces. Ce risque existe dans les structures
contenant des assemblages avec contact: structures boulonnées, rivetées, frettées,
soumises à des vibrations ou des variations d’effort (fretting-fatigue). En présence
d’un environnement réactif, peuvent s’y ajouter des effets de corrosion et d’abrasion dus aux produits de réaction (fretting-corrosion ou fretting-usure).
Les déformations élastiques entraînent un déplacement relatif δ z et δ x des 2
solides dans les plans normaux et tangentiels:
(23.27)
(23.13)
La connaissance de ces déplacements permet d’évaluer la rigidité du contact
(inverse de la raideur). On aura:
• rigidité normale R z = dF N /dδ z ,
• rigidité tangentielle R x = dF T/ dδ x .
La raideur du contact caractérise la facilité de déformation de ce contact. Elle
intervient dans le calcul des modes vibratoires d’une structure contenant des
liaisons. Cette notion, facilement identifiable dans les contacts concentrés, peut
s’étendre aux contacts surfaciques en tenant compte des états de surface. Dans ce
cas, les aspérités jouent le rôle de ressorts qui se déforment lors des sollicitations de
la surface et peuvent participer aux phénomènes de résonance qui sont à l’origine
des bruits de frottement: crissement ou broutement des freins par exemple.
23.3.6 Contacts avec effort tangentiel suffisant pour déplacer l’un des solides
Soit un contact ponctuel soumis à des efforts normaux et tangentiels.
Si F T > µ 0 F N, il y a glissement global de l’un des solides par rapport à l’autre.
La répartition des contraintes dans les zones superficielles a été étudiée par différents auteurs dans le cas des contacts linéiques et ponctuels.
Bien que les résultats diffèrent numériquement en fonction des hypothèses et
critères de défaillance retenus, ils convergent qualitativement sur les points suivants:
• La contrainte σ xx symétrique et tensile sur la circonférence limitant le cercle de
contact n’est plus principale et devient dissymétrique: compressive à l’avant
du contact et tensile à l’arrière où σ r = 2µp 0 . Cet accroissement de tension peut
δ x
3 2 ν
–
〈
〉
8Ga
-------------------- -µF N 1
1
F T
µ 0 F N
------------–
〈
〉
2/3
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=
δ z
a 2
R
---- -
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