Friction prediction for rough surfaces in an elastohydrodynamically lubricated contact
Prédiction du frottement pour les surfaces rugueuses dans un contact lubrifié élastohydrodynamiquement
Résumé
The friction of interfacial surfaces greatly influences the performance of mechanical elements. Friction has been investigated experimentally inmost studies. In this work, the friction is predicted by means of numerical simulation under an elastohydrodynamic lubrication (EHL) rough contact condition. The classical Multigrid technique performs well in limiting computing time and memory requirements. However, the coarse grid choice has an important influence on code robustness and code efficiency to solve the rough problem. In the first part of this work, a coarse grid construction method proposed by Alcouffe et al. is implemented in the current time-independent EHL Multi-Grid code. Then this modified solver is extended to transient cases to solve the rough contact problem. The friction curve is usually depicted as a function of “lambda ratio”, the ratio of oil film thickness to root-mean-square of the surface roughness. However this parameter is less suitable to plot friction variations under high pressure conditions (piezoviscous elastic regime). In the second part of this work, the friction coefficient is computed using themodified EHL code for many operating conditions as well as surface waviness parameters. Simulation results show that there is no single friction curve when the old parameter "lambda ratio" used. Based on the Amplitude Reduction Theory, a new scaling parameter depends on operating condition and waviness parameters is found, which can give a unified friction curve for high pressure situation. For more complex rough surfaces, a power spectral density (PSD) based method is proposed to predict friction variations in the third part of this work. The artificial surface roughness is employed to test the rapid prediction method firstly. Good agreement is found between the full numerical simulation and this rapid prediction. Then the rapid prediction method is applied to analyze the friction variation of measured surface roughness. Both the new scaling parameter and the friction increase predicted by the PSD method show good engineering accuracy for practical use.
Le frottement à l’interface des surfaces influence les performances des éléments mécaniques. Le frottement a été étudié expérimentalement dans la plupart des études. Dans ce travail, le frottement est prédit à l'aide d'une simulation numérique dans des conditions de contact rugueux avec une lubrification élastohydrodynamique (EHL). La technique classique Multigrille fonctionne bien pour limiter le temps de calcul et les besoins en mémoire. Cependant, le choix de la grille grossière a une influence importante sur la robustesse du code et son efficacité pour résoudre le problème brut. Dans la première partie de ce travail, une méthode de construction de grille grossière proposée par Alcouffe et al. est implémenté dans le code EHL Multigrille indépendamment du temps. Ensuite ce solveur modifié est étendu aux cas transitoires pour résoudre le problème de contact avec rugosité. La courbe de frottement est généralement représentée en fonction du « ratio », le rapport entre l'épaisseur du film d'huile et la valeur moyenne quadratique de la rugosité de la surface. Cependant, ce paramètre est moins approprié pour tracer les variations de frottement dans des conditions de haute pression (régime élasto piézo-visqueux). Dans la deuxième partie de ce travail, le coefficient de frottement est calculé à l'aide du code EHL modifié pour de nombreuses conditions de fonctionnement ainsi que pour les paramètres d'ondulation de surface. Les résultats de la simulation montrent qu'il n'y a pas de courbe de frottement unique lorsque l'ancien paramètre « ratio »est utilisé. En se basant sur la théorie de la réduction d'amplitude, un nouveau paramètre de dimensionnement qui dépend des conditions de fonctionnement et des paramètres d'ondulation est trouvé, ce qui peut donner une courbe de frottement unique pour les situations de haute pression. Pour les surfaces rugueuses plus complexes, une méthode basée sur la densité spectrale de puissance (PSD) est proposée pour prédire les variations de frottement dans la troisième partie de ce travail. La rugosité artificielle de la surface est utilisée pour tester d’abord la méthode de prédiction rapide. Un bon accord est trouvé entre la simulation numérique complète et cette prédiction rapide. La méthode de prédiction rapide est ensuite appliquée pour analyser la variation de frottement de la rugosité de surface mesurée. Le nouveau paramètre d’échelle et l’augmentation du frottement prédite par la méthode PSD montrent une bonne précision technique pour une utilisation pratique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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