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AVERTISSEMENT Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale. Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm ( " nss a-1'166) THESE PRESENTEE A L'UNIVBRSITE DE METT' POUR OBTENIR LE GRADE DE DOCTEUR DE L'UNIVERSITE DE N IETZ SCIENCES DE L'INGENIEUR . MECANIQUE PAR JENS.WOLF JAISLE soutenance prévue le vendredi 4 décembre 1992 à 14 h 30 à l'AmPhi Droit No 1. JURY : MM. DEMOULIN GUEURY HOGGE POTIER.FERRY Z,EGHLOUL COMPORTBMENT THERMIQUE DES DISQUES DE FRETN Laboratoire de PhYsique U.R.A. - et Mécanique des Matériaux CNRS no 1215 I.S.G.M.P., Université de Metz - Ile du Saulcv 57045 MEIZ Igdex Préface Je remercie beaucoup Ia Sociét.é Renault du support, financier qu'e1Ie a bien voulu m'apporter pour la réa1isaE.ion de ce t.ravail. cet.te thèse a été rédigée selon la demande de Renault eL par conséquence son caract,ère est plutôt industriel qu'universitaire. Dans ce contexte, les procédés et, les méthodes de résolution utilisés ont, dû êcre adaptés aux contraintes soumises par Ie budget disponible et tes délais imposés pour résoudre le problème. un mot encore en ce qui concerne Ia numérotation des équaLions: Le lecteur s'apercevra que la numérot.at,ion dans le chapicre 4 est disconLinue. Ceci doit êEre vu dans Ie contexte de l'annexe, à f intérieure de laquelle Ia numérotaL,ion devient, cohérente. 2 Table des matières 1-. La définicion des variables 2. L'Introduction 3. Les essais 3.a L'essai d'un cycle sur banc "voiEure" avec une vitesse de rotation constante et un venE incident. 3.b L,eSSai CyClique Sur banC "voiture" aveg une vitesSe de rotation variable eE un vent incident 3.C L'essai CyCligue Sur banC "Camign" aveq une viEeSSe de rotation variable et sans vent incident 4. La rnodélisation 4.L. Les hypothèses pour f idéalisation du disgue de frein 4.2. Les conditions aux limites 4.2.L. Le rayonnement 4.2 .2. La convection 4.2.2.a Les surfaces du tYPe A 4.2.2.b Les surfaces du tYPe B 4.2.2.c Les surfaces du tYPe C 4.2.2.d Les surfaces du cYPe o 4.2.2.e Les surfaces du tYPe E 4.2.2.f La viEesse d'écoulement' dans les canaux radiaux 3 4.2.3. Le flux de chaleur causé par Ia friccion des plaquettes de frein sur les pistes de frot,tement, 4.2.3.a L'essai sur banc "voitureo avec une vitesse de roLation const.ant,e 4.2 .3 .b L'essai sur banc "voitureo avec 'une vit,esse de rotation variable 4.2.3.c L'essai sur banc "camiono avec une vit,esse de rotation variable 4.2 .4. La t,empérat,ure imposée à 1'encastrement 4.2.4.a Le banc d'essai "voiture" 4 .2 .4 .b Le banc d' essai 'camion" 4.2 .5 . L'ent,halpie latente 5. Le calcul 5. l-. L'aspecL mathématigue 5.2. L'aspect géomécrique 5.3. L'aspect physique 6. La validation du modèIe 6.1-. Le disgue non-ventilé inLerne 6.1-.a L'essai d'un cycle sur banc "voitureo avec une vitesse de rotation constante 5.1.b L'essai cyclique sur banc "voitureo avec une viE,esse de rotation variable 6.2. Le disque ventilé interne, 1'essai cyclique sur banc "camion" avec une vitesse de rotation variable 6.3. Des résulcats d'auEres auEeurs 4 7. Les améliorations envisagées 7 .L.a L' effet ParaPluie ?.1-.b La temPérature 7.2. La façon de Procéder 7 .3 . La réduct,ion de I'ef f et parapluie 7.3.L. Le disque non-ventilé interne 7.3.1-.a La sélect,ion des fact,eurs à étudier 7.3.1.b l,'idenE,ification des facteurs et des int.eractions inf luenLs 7.3.I.c La contrôIe de la "fenêtre de linéarité" 7 .3 . 1-. d Les résult.at,s 7 .3.2. Le disque vencilé interne (canaux radiales) 7.3.2.a La sélection des facteurs à écudier 7 .3.2.b L'ident,ificacion des facteurs et des interact,ions inf luents 7.3.2.c La contrôle de la "fenêtre de linéarit,é" 7 .3 .2.d Les résultats 7.4. La réduction de la t,empérature 7 .4.t. Le disque non-ventilé int,erne 7 .4.L.a La séIection des facteurs à étudrer 7.4.I.b L'idencification des facteurs et des i-nteract,ions inf luents 7.A.t.c La contrôIe de la "fenêtre de linéaricé' 7 .4.t.d Les résu1t,ats 5 7.4.2. Le disque venEilé interne (canaux radiaux) 7 .4.2.a l,a sélection des facEeurs à étudier 7 .4.2.b L'identif ication des facteurs et des interactions inf luents 7 .4.2.c La conErôle de Ia "fenêtre de linéarité" 7 .4.2.d L'optimisat,ion hors de 1a "fenêLre de 1inéarité" 7 .4.2.e Les résultats 8. Les canaux courbés 8.1. L'Int,roduction 8.2. La modélisation de l'écoulement du fluide dans Ie canal courbé 8.2.a Les hypothèses pour I'idéalisation de l'écoulement 8.2.b Les équations principales de l'écoulement 8.3 . Les crit,ères de dimensionnement en concept.ion de la nervure 8.4. Le dessin de la nerwure 9.4.a L'angle d'entrée 8.4.b La forme de La nervure 8.5. Les résultats 9. La conclusion 6 1-0. Ir'annexe L0.L. Le rayonnement dans les canaux t0.2. La convecEion 10.2.a Les surfaces du tYPe A L0 .2.b Les surfaces du tYPe B IQ.2.c Les surfaces du tYPe C 1-0 .2 . d Les surf aces du tYPe D 1-Q.2.e Les surfaces du tYPe E L0.2.f La vitesse de 1'écoulemenc dans les canaux radiaux t0 .2.g Les propriétés de l'air 1-0.3 . Les propriécés du mat,ériau L0.4. La méchode des plans d'expériences 1-0.4.1-. Le fonct.ionnement d'un plan d'expériences à deux niveaux 10.4.2. La réduction de 1'effet parapluie L'ident,ification des facteurs et. Ieurs interactions inf luentes L0.4.2.a Le disque non-ventilé int,erne 10.4 .2.b Le disque ventilé int,erne (canaux radiaux) 10 .4.3 . La réduccion de Ia tempéraL,ure L'identification des facteurs et leurs interactions influentes L0.4.3 . a Le disque non-vent,ilé interne L0.4.3.b Le disque vent,ilé interne (canaux radiaux) L0.4.4, Les canaux courbés L0.4.4.a La viEesse dans le canal L0.4.4.b La courbure du canal L1. f,es références 7 1. La définition des variables er. = FIux surfacique de chaleur du rayonnement (W/m2) gs = FIux surfacique de chaleur de la convection M/mzl gca = FIux surfacique de chaleur de |a convection sur les surfaces du tyPe A M/rr'2) ecb = Flux surfacique de chaleur de Ia convect'ion sur les surfaces du type B M/^2) gcc = FIux surfacique de chaleur de la convection sur les surfaces du type C (w/m2 ) gcd = Flux surfacique de chaleur de Ia convection sur les surfaces du type D (w/m2 ) ece = FIux surfacique de chaleur de la convection sur les surf aces du type E (w/m2 ) g6 = Flux surfacique de chaleur dans Ie disque de frein provoqué par friction des plaguettes sur 1es pistes f rotLement (w/*2 ) T = Température ("C) Tdisc = TempéraLure à Ia surface du disque de frein ("c) Tair = TempéraEure de l'air ambiant (oc) e = Emissivité (-) Êred = Emissivité réduit,e des surfaces des canaux radiaux (-) eeff = Emissivit,é effect,ive à 1'entrée et à la sortie d'un canal radial cylindrique (-) l, = Conductivit,é chermique (!'Ilm"c) v = viscosité cinémat,ique lm2lsl tl = ViscosiEé dynamique (us/m2 ) I Itmur = Viscosité dynamique du fluide à la Cempérature du mur d'un canal radial (Ns/m2) cr = Coefficient de Eransfert de chaleur (W/m2"C) P = Coefficienc de dilatation de t'air (l/oc) cp = Chaleur sPécifique (J/kg") Pr = Nombre de Prandtl (-) o = consÈante de stefan-Bolzmann = 5.559*1-0-8 (w/m2"K4\ p = Densit.é (kgln3 ) Odila. = Coefficient de dilatation de Ia fonte (1/oC) u = Vit.esse d'un .vent incident (m/s) û) = Vitesse angulaire (rad/s) o"rrp = vitesse angulaire supérieure (rad/s) oinf = Vitesse angulaire inférieure (rad/s) a = Décélération lm/ s2 | odécéI = Décélération angulaire Ead/ s2\ Ïinert = rnertie (kgm2) n = Nombre de tours par seconde (1/s) g = AccéIération graviEationnelle (m/s2) z = accélérat.ion centrifuge ftls2) v = Vit,esse du fluide dans un canal radial (m/s) rroul = Rayon de roulement (m) rdisc = Rayon extérieur du disgue de frein (m) rint = Rayon intérieur des surfqces de friction du disgue de frein où les plaguet.t,es glissent, (m) I ddi"" = Diamètre extérieur du disgue de frein (m) dirr. = Diamètre intérieur des surfaces de friction du disque de frein où les plaquet,tes glissent (m) d"yl = Diamèt,re d'une surface cylindrique (m) L = Longueur d'une Plaque (m) I = Longuêur d'un canal radial (m) dtyo = Diamètre hydrauligue d'un canal radial = 4 * Surface d'un canal perpendiculaire à la direction principale de 1,écoulement / Circonférence d'un canal berpenâiculaire à Ia direct'ion principale de 1'écoulement (m) rent=Rayond.uncanalradialàl,entrée(m) rsort = Rayon d',un canal radial à la sortie (m) Aent = surface t,ot,ale d'entrée de tous les canaux radiaux (m) Asor. = Surface totale de la sortie de tous les canaux radiaux (m) Acanal = Surface intérieure d'un canal radial (m) A = Une des deux surfaces des pistes de frot.tement qui est en contact avec les plaquettes de frein pendant une révolution (m) rcrit. = Rayon critique (m) rm = Rayon moyen des surfaces de friction du disque de frein où les plaquettes glissent = (ddi"" + dlng) /4 uploads/Litterature/ jaisle-jens-wolf-smz9230.pdf