Fretting

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Le terme de fretting, ou l'usure de contact, a été inventé pour décrire les phénomènes physiques particuliers d'usure, déformation, oxydation, corrosion[1], fissuration, adhésion ou autres modifications physicochimique, électrochimiques et structurale de la matière quand deux surfaces en contact (de même nature ou non) sont soumises à des mouvements oscillatoires d'amplitude suffisamment faible pour ne générer qu'un glissement partiel du contact.

Des joints (ici de fonte en queue d'aronde sont aussi susceptibles - sous l'effet des vibrations - d'usure par fretting


Les études concernent surtout les métaux, mais les plastiques, matériaux composites, céramiques et autres matériaux nouveaux sont aussi concernés.

Les modélisations[2],[3] de ce phénomènes sont délicates, car elles doivent tenir compte de phénomènes physiques et électrochimiques complexes[4], faisant notamment intervenir :

  • la physique du contact faisant intervenir des tensions liées à la pression, aux déplacements (force tangentielle dynamique plus ou moins importante, avec ou sans phénomènes vibratoires, de résonance, fatigue mulitaxiale, therm-oélasto-plasticité, etc.) ;
  • la physique du glissement (totale ou partiel, continu ou discontinu…) ;
  • la physique de la fissuration de surface affectées par des "stress" importants, et très différentiés aux échelles microtopographiques ;
  • la physique de la propagation des fissures ;

…complexifiés par des questions électrochimiques et de température, d'hygrométrie[5], de plus ou moins grande plasticité des matériaux, de vieillissement des matériaux, de dissipation plus ou moins possible de l'énergie (dont dissipation thermique, de phases de transition[6], de rugosité de surface ou d'échelles spatiotemporelles des contraintes qui peuvent varier.

Enjeux techniques et de sécurité[modifier | modifier le code]

Le fretting est un phénomène important dans de nombreux secteurs industriels dont :

…puisqu'il peut être la cause d'une réduction de 15 à 20 % de la résistance en fatigue de certaines structures.

Le phénomène de fretting est caractérisé par un état de glissement partiel du contact (quand une partie de la zone en contact (milieu du contact en général) est en adhérence, tandis que la périphérie du contact est en glissement.

Fretting.JPG

En effet, si l'on considère un poinçon pressé sur un plan par une force P, et soumis à une force tangentielle Q telles que:

P=\int_{-a}^{a}p(x)dx et Q=\int_{-a}^{a}q(x)dx
où a est la demi-longueur du contact et p (resp. q) est la pression (resp. force tangentielle) locale en un point de la zone de contact.

A la limite du contact la pression p(x) prend une valeur nulle, tandis que la force tangentielle q(x)\sim\frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}} devient singulière en x=a.

Le rapport q(x)/p(x) donne un 'pseudo' coefficient de friction qui devrait dès lors être infini à la fin du contact pour empêcher le glissement.
Le déplacement relatif (glissement) entre les deux surfaces est généralement faible (~ 20 \mum). Si la limite entre glissement et adhésion est atteinte pour x=c, comme c est relativement proche de a, l'expression de q ci-dessus, laisse sous entendre un fort effet de cisaillement.
L'initiation ou "nucléation de fissure" est favorisée dans cette zone de forts gradients, et la propagation en est accélérée.

Solutions[modifier | modifier le code]

De nombreux travaux de recherche, dont en tribologie visent à mieux comprendre[9] le phénomène pour le contrôler ou le gérer.

Références[modifier | modifier le code]

  1. R. B. Waterhouse, Fretting corrosion ; 253 pp., 7 X. 9.75 inches (18 X 25 cm) hard bound, Pergamon Press, Inc., Maxwell House, Fairview Park, Elmsford, N.Y. 10523 (Résumé)
  2. S. Fouvry, P. Duó, Ph. Perruchaut ; A quantitative approach of Ti–6Al–4V fretting damage: friction, wear and crack nucleation, Volume 257, Issues 9-10, Nov 2004, Pages 916-929
  3. C. Petiot, L. Vincent, K. Dang Van, N. Maouche, J. Foulquier, B. Journet ; An analysis of fretting-fatigue failure combined with numerical calculations to predict crack nucleation , Volumes 181-183, Part 1, February 1995, Pages 101-111 (Résumé)
  4. D.A. Hills ; Mechanics of fretting fatigue ; Volume 175, Issues 1-2, June 1994, Pages 107-113 doi:10.1016/0043-1648(94)90173-2 (Résumé);
  5. Third body effects in fretting Original Research Article Tribology Series, Volume 31, 1996, Pages 45-53 J. Wei, S. Fouvry, L. Vincent, Ph. Kapsa (Résumé)
  6. Fouvry, Ph. Kapsa, L. Vincent ; Analysis of sliding behaviour for fretting loadings: determination of transition criteria, Volume 185, Issues 1-2, June 1995, Pages 35-46 S. (Résumé)
  7. C. Ruiz, P. H. B. Boddington and K. C. Chen ; "An investigation of fatigue and fretting in a dovetail joint" ; Experimental Mechanics Volume 24, Number 3, 208-217, DOI: 10.1007/BF02323167
  8. Satish Achanta, Dirk Drees, Jean-Pierre Celis ; Friction and nanowear of hard coatings in reciprocating sliding at milli-Newton loads, Volume 259, Issues 1-6, July-August 2005, Pages 719-729
  9. S. Fouvry, V. Fridrici, C. Langlade, Ph. Kapsa, L. Vincent ; Palliatives in fretting: A dynamical approach ; Article Tribology International, Volume 39, Issue 10, October 2006, Pages 1005-1015

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]