Composite polyéthylène-bois

Table des matières

REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES SyMBOLES
LISTE DES ABRÉVIATIONS
CHAPITRE 1 :INTRODUCTION 
1.1 . GÉNÉRALITÉS SUR LES ENGRENAGES EN PLASTIQUE ET COMPOSITE
1.1 .1. Historique des engrenages
1.1.2. Classification géométrique des engrenages
1.1.3. Polymères dans le domaine des engrenages
1.1.3.1. Thermoplastiques (TP) ou thermodurcissables (TD) pour les engrenages
1.1.3.2. Choix des thermoplastiques pour les engrenages
1.1.4. Renforts dans le domaine des engrenages en thermoplastique
1.1 .5. Conception des engrenages en thermoplastique et composite
1.1.6. Mise en forme des engrenages en polymère renforcé
1.2. USAGE DES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE-COMPOSITES ET
PROBLÈMES POSÉS
1.2.1. Principal facteur affectant l’usage des engrenages en thermoplastiquecomposites
1.2.2. Problèmes résolus
1.2.2.1. Dépendance du pétrole et coût élevé des plastiques « hautes performances»
1.2.2.2. Influence de la température sur le mode de bris des engrenages plastiquecomposite
1.3. BUT ET OBJECTIFS
lA. COMPOSITION DE LA THÈSE
CHAPITRE Il:REVUE DE LA LITTÉRATURE ET RELATIONS AVEC LA PRÉSENTE ÉTUDE 
11.1 . FORMULATION ET HOMOGÉNÉISATION DES MATÉRIAUX COMPOSITES RENFORCÉS PAR LES FIBRES DE BOIS
11.1.1. Les ressources naturelles de bois
Il .1.1.1 Présentation des fibres naturelles
11.1.1.2. Les fibres de bouleau et de tremble de l’Amérique du Nord
11.1 .1.3. Caractéristique des fibres de bois
11.1.1.4. Propriétés physiques et mécaniques des fibres de bois
11.1 .1.5. Propriétés morphologiques des fibres de bois dur
11.1 .1.6. Qualités des pâtes de fibre
11.1.1.7. Modification des fibres naturelles
11.1 .2. Composites à matrice thermoplastique renforcée par des fibres de bois
1.1.2.1. Matrices thermoplastiques
11.1.2.2. Principaux additifs
11.1 .2.3. Composites polypropylène/bouleau, polypropylène/tremble, polyéthylène/bouleau et polyéthylène/tremble
11.1.3. Homogénéisation du module élastique des composites thermoplastiques à fibres courtes
11.2. COMPORTEMENT THERMIQUE DES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE ET COMPOSITES
11.2.1. Comportement thermique
11.2.2. Sources d’échauffement
11.2.2.1. Échauffement résultant du piégeage de l’air entre les dents
11.2.2.2. Échauffement dû au frottement
11.2.2.3. Échauffement viscoélastique interne
11.2.3. Modèles thermiques couramment utilisés
11.2.3.1. Températures caractéristiques
11.2.3.2. Modèle de Hachmann et Strickle
11.2.3.3. Modèle de Block
11.2.3.4. Modèle de Hooke
11.2.3.5. Conclusion sur les modèles thermiques
11.2.4. Étude expérimentale du comportement thermique
11.3. CADRE THÉORIQUE SUR LE COMPORTEMENT THERMOMÉCANIQUE DES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE
11.3.1. Rappel des principes reliés à l’engrènement des engrenages en plastique
11.3.1.1. Mécanisme de fonctionnement
11.3.1.2. Contact théorique et contact réel
11.3.1.3. Vitesse de glissement
11.3.2. Étude thermique des engrenages en fonctionnement
11.3.2.1. Méthodologie d’approche pour la prédiction simplifiée des températures: Importance relative de l’effet transitoire
11.3.2.2. Analyse du mécanisme de production de chaleur de frottement et d’hystérésis
11.3.2.2.1. Chaleur de frottement
11.3.2.2.2. Chaleur d’hystérésis
11.3.2.2.3. Répartition de la chaleur entre deux dents en contact
Il.4. RELATIONS DE LA PRÉSENTE ÉTUDE AVEC LES ÉTUDES ANTÉRIEURES ET ORIGINALITÉ DE CETTE THÈSE
11.5. CONCLUSION
CHAPITRE III:MATÉRIELS ET MÉTHODES
111.1 . FORMULATION ET CARACTÉRISATION DU MATÉRIAU THERMOPLASTIQUE RENFORCÉ DE FIBRE DE BOIS
111.1.1. Composites polypropyléne-bois
111.1 .1.1. Matériels
111 .1.1.2. Méthodes
111.1.1 .2.1. Formulation
111.1.1.2.2. Moulage par compression et caractérisations
111.1.2. Composite polyéthylène-bois
111.1.2.1. Matériels
111.1.2.2. Méthodes
111.1.2.2.1. Formulation
111.1.2.2.2. Moulage par compression et caractérisations
111.1.2.2.3. Caractérisations
111.2. FABRICATION DES ENGRENAGES THERMOPLASTIQUES RENFORCÉS DE FIBRES DE BOIS
111.3. ÉTUDES EXPÉRIMENTALES SUR LES ENGRENAGES EN THERMOPLASTIQUE RENFORCÉ DE FIBRE DE BOIS
111.3.1. Banc d’essais
111 .3.2. Méthodes
111.4. 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 ANAL YSE 
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 
ANNEXES 
ANNEXE A :PROPRIÉTÉS THERMOMCAMIQUES DE QUELQUES PALSTIQUES
ANNEXE B :CINÉMATIQUE DES ENGRENAGES ET CALCUL DES VITESSES
ABSOLUES LOCALES AU POINT DE CONTACT SUR LE PROFIL DES DENTS
ANNEXE C :CALCUL DES ANGLES DES DIFFÉRENTS POINTS SUR LE PROFIL
ANNEXE D :ÉQUATIONS D’ÉQUILIBRE THERMIQUE POUR LA DÉTERMINATION
DE LA DISTRIBUTION DE TEMPÉRATURE D’ÉQUILIBRE TB
ANNEXE E :ÉTUDE DE LA GÉOMÉTRIE DES ÉLÉMENTS DU MAILLAGE
ANNEXE F :PROTOCOLE POUR LA DÉTERMINATION DE LA MASSE VOLUMIQUE
D’UN COMPOSITE AVEC UN PYCNOMÈTRE
ANNEXE G :TECHNIQUE DE MESURE DE LA CONDUCTIBILITÉ
ANNEXE H :RÉSULTATS DES ESSAIS EXPÉRIMENTAUX SUR ENGRENAGES GEAR40B
ANNEXE 1 :PROCEDURE D’UTILISATION DU PROGRAMME MATLAB POUR LA DÉTERMINATION DU TEMPÉRATURE D’ÉQUILIBRE