Analyse thermique ATG

Table des matières

CHAPITRE I :INTRODUCTION
I.1. GÉNÉRALITÉS SUR LES ENGRENAGES EN PLASTIQUE ET COMPOSITE
I.1.1. Historique des engrenages
I.1.2. Classification géométrique des engrenages
I.1.3. Polymères dans le domaine des engrenages
I.1.3.1. Thermoplastiques (TP) ou thermodurcissables (TD) pour les engrenages
I.1.3.2. Choix des thermoplastiques pour les engrenages
I.1.4. Renforts dans le domaine des engrenages en thermoplastique
I.1.5. Conception des engrenages en thermoplastique et composite
I.1.6. Mise en forme des engrenages en polymère renforcé
I.2. USAGE DES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE-COMPOSITES ET PROBLÈMES POSÉS
I.2.1. Principal facteur affectant l’usage des engrenages en thermoplastique-composites
I.2.2. Problèmes résolus
I.2.2.1. Dépendance du pétrole et coût élevé des plastiques « hautes performances»
I.2.2.2. Influence de la température sur le mode de bris des engrenages plastique-composite
I.3. BUT ET OBJECTIFS
I.4. COMPOSITION DE LA THÈSE
CHAPITRE II:REVUE DE LA LITTÉRATURE ET RELATIONS AVEC LA PRÉSENTE ÉTUDE 
II.1. FORMULATION ET HOMOGÉNÉISATION DES MATÉRIAUX COMPOSITES RENFORCÉS PAR LES FIBRES DE BOIS
II.1.1. Les ressources naturelles de bois
II.1.1.1 Présentation des fibres naturelles
II.1.1.2. Les fibres de bouleau et de tremble de l’Amérique du Nord
II.1.1.3. Caractéristique des fibres de bois
II.1.1.4. Propriétés physiques et mécaniques des fibres de bois
II.1.1.5. Propriétés morphologiques des fibres de bois dur
II.1.1.6. Qualités des pâtes de fibre
II.1.1.7. Modification des fibres naturelles
II.1.2. Composites à matrice thermoplastique renforcée par des fibres de bois
I.1.2.1. Matrices thermoplastiques
II.1.2.2. Principaux additifs
II.1.2.3. Composites polypropylène/bouleau, polypropylène/tremble, polyéthylène/bouleau et polyéthylène/tremble
II.1.3. Homogénéisation du module élastique des composites thermoplastiques à fibres courtes
II.2. COMPORTEMENT THERMIQUE DES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE ET COMPOSITES
II.2.1. Comportement thermique
II.2.2. Sources d’échauffement
II.2.2.1. Échauffement résultant du piégeage de l’air entre les dents
II.2.2.2. Échauffement dû au frottement
II.2.2.3. Échauffement viscoélastique interne
II.2.3. Modèles thermiques couramment utilisés
II.2.3.1. Températures caractéristiques
II.2.3.2. Modèle de Hachmann et Strickle
II.2.3.3. Modèle de Block
II.2.3.4. Modèle de Hooke
II.2.3.5. Conclusion sur les modèles thermiques
II.2.4. Étude expérimentale du comportement thermique
II.3. CADRE THÉORIQUE SUR LE COMPORTEMENT THERMOMÉCANIQUE DES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE
II.3.1. Rappel des principes reliés à l’engrènement des engrenages en plastique
II.3.1.1. Mécanisme de fonctionnement
II.3.1.2. Contact théorique et contact réel
II.3.1.3. Vitesse de glissement
II.3.2. Étude thermique des engrenages en fonctionnement
II.3.2.1. Méthodologie d’approche pour la prédiction simplifiée des températures : Importance relative de l’effet transitoire
II.3.2.2. Analyse du mécanisme de production de chaleur de frottement et d’hystérésis
II.3.2.2.1. Chaleur de frottement
II.3.2.2.2. Chaleur d’hystérésis
II.3.2.2.3. Répartition de la chaleur entre deux dents en contact
II.4. RELATIONS DE LA PRÉSENTE ÉTUDE AVEC LES ÉTUDES ANTÉRIEURES ET ORIGINALITÉ DE CETTE THÈSE
II.5. CONCLUSION
CHAPITRE III:MATÉRIELS ET MÉTHODES 
III.1. FORMULATION ET CARACTÉRISATION DU MATÉRIAU THERMOPLASTIQUE RENFORCÉ DE FIBRE DE BOIS
III.1.1. Composites polypropylène-bois
III.1.1.1. Matériels
III.1.1.2. Méthodes
III.1.1.2.1. Formulation
III.1.1.2.2. Moulage par compression et caractérisations
III.1.2. Composite polyéthylène-bois
III.1.2.1. Matériels
III.1.2.2. Méthodes
III.1.2.2.1. Formulation
III.1.2.2.2. Moulage par compression et caractérisations
III.1.2.2.3. Caractérisations
III.2. FABRICATION DES ENGRENAGES THERMOPLASTIQUES RENFORCÉS DE FIBRES DE BOIS
III.3. ÉTUDES EXPÉRIMENTALES SUR LES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE RENFORCÉ DE FIBRE DE BOIS
III.3.1. Banc d’essais
III.3.2. Méthodes
III.4. CONCLUSION
CHAPITRE IV :MÉTHODE DE MODÉLISATION ET SIMULATION DE LA TEMPÉRATURE D’ÉQUILIBRE DES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE ET COMPOSITE 
IV.I. ÉQUATION DE CONVECTION-DIFFUSION BIDIMENSIONNELLE EN RÉGIME PERMANENT
IV.2. SYSTÈME D’AXES ET MAILLAGE
IV.3. MODÉLISATION THERMIQUE-HYPOTHÈSE DE TRAVAIL ET APPLICATION DES ÉQUATIONS DE TRANSFERT DE CHALEUR AUX ENGRENAGES
IV.4. MÉTHODE DES DIFFÉRENCES FINIES POUR LA DÉTERMINATION DE LA DISTRIBUTION DE LA TEMPÉRATURE D’ÉQUILIBRE
IV.4.1. Méthode numérique
IV.4.2. Équations des noeuds caractéristiques
IV.4.3. Mouvement des dents et coefficients de transfert de chaleur par convection
IV.5. CONCLUSION
CHAPITRE V :RÉSULTATS ET ANALYSE 
V.1. FORMULATION ET CARACTÉRISATION DU MATÉRIAU THERMOPLASTIQUE RENFORCÉ DE FIBRE DE BOIS
V.1.1. Composite polypropylène-bois
V.1.1.1. Composites polypropylène/bouleau et polypropylène/tremble: effet des fibres de bois et de l’agent de couplage
V.1.1.1.1. Test de traction
V.1.1.1.2. Test de flexion en trois points
V.1.1.1.3. Test d’impulsion acoustique
V.1.1.2. Composite hybride polypropylène/bouleau/tremble : effet des fibres et de l’agent de couplage MAPP
V.1.1.3. Composite PP/bois pour une application aux engrenages
V.1.1.4. Conclusion
V.1.2. Composite polyéthylène-bois
V.1.2.1. Test de traction
V.1.2.2. Test de flexion
V.1.2.3. Test d’impulsion acoustique
V.1.2.4. Analyse thermique ATG
V.1.2.5. Caractérisation de l’énergie de surface et mouillabilité
V.1.2.5. Test d’Analyse Mécanique Dynamique (DMA)
V.1.2.6. Détermination de la masse volumique, conductibilité thermique et chaleur spécifique
V.1.2.7. Modélisation du module élastique en traction
V.1.3. Conclusion
V.2. FABRICATION DES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE RENFORCÉ DE FIBRES DE BOIS
V.3. ÉTUDES EXPÉRIMENTALES SUR LES ENGRENAGES GEAR40B
V.3.1. Détermination du couple maximal admis (Cadm)par GEAR40B
V.3.2. Détermination de la température d’équilibre pour un couple et vitesse de rotation constants : Tb
V.3.3. Étude de la température d’équilibre en fonction du couple et de la vitesse de rotation
V.3.3.1. Méthode 1 : Ligne verticale suivant l’épaisseur de la dent
V.3.3.2. Méthode 2 : Ligne horizontale suivant le rayon de l’engrenage
V.4. MODÉLISATION ET SIMULATION À L’ORDINATEUR DE LA TEMPÉRATURE D’ÉQUILIBRE Tb DES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE RENFORCÉ DE FIBRE DE BOIS
V.5. COMPARAISON DES DONNÉES EXPÉRIMENTALES AVEC CELLES DE LA SIMULATION NUMÉRIQUE : VALIDATION DU MODÈLE DE PRÉDICTION DE Tb
CHAPITRE VI :CONCLUSION GÉNÉRALE ET RECOMMANDATION
RÉFÉRENCES