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Le, Hai Dang - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.

  • Study of the effect of the slip layer on the velocity profiles of pumped concrete
    2014
    Co-Authors: Le, Hai Dang
    Abstract:

    La rhéologie du béton est un facteur d'influence direct sur la relation entre la pression de pompage et le débit. La rhéologie appliquée au béton est souvent caractérisée par une loi rhéologique à l'état stationnaire (indépendant du temps). Il s'agit d'un domaine assez pointu concernant principalement l'évolution de la contrainte de cisaillement en fonction du taux de cisaillement. Cette évolution du béton traditionnel est souvent caractérisée par le modèle de Bingham alors que pour un béton auto plaçant dont le rapport E/L est faible, l'évolution peut devenir non linéaire et peut suivre le modèle de Bingham modifié ou Herschel-Bulkley pour un fluide rhéo-épaississant. Pour ces modèles, on parle souvent d'un seuil de cisaillement au-delà duquel le béton commence à s'écouler, d'un indice de consistance (et un indice de puissance pour le cas d'une relation non linéaire) qui décrit l'intensité de l'évolution. En conséquence, la relation entre la pression et le débit peut être linéaire ou non linéaire en fonction du type du béton pompé. Comme les paramètres rhéologiques d'un béton participent directement à la prédiction de la pression de pompage, la mesure de ces paramètres fait l'objet un travail très exigeant au niveau de la précision.Comme les paramètres rhéologiques d'un béton ne sont pas des grandeurs physiques directement mesurables, les rhéomètres développés pour le béton frais ne sont capables de délivrer ces paramètres qu'à travers des mesures des autres grandeurs physiques de base comme la vitesse, le couple, la pression. Ensuite, plusieurs méthodes peuvent être appliquées pour reconvertir les grandeurs mesurées. Ces méthodes sont appelées la résolution du problème inverse. La méthode la plus efficace pour résoudre (ou confirmer la résolution du) le problème inverse concerne la calibration du rhéomètre avec des matériaux dont les propriétés rhéologiques sont connues. Plus le nombre de matériau utilisé pour la calibration est grand, plus la précision est meilleure. Cependant, pour les matériaux cimentaire, le nombre de matériau nécessaire pour bien couvrir les plages de valeurs des paramètres rhéologique est de l'ordre de quelques centaines de matériau. Cela demande un travail expérimental énorme et non rentable. Cependant, à la place de réaliser cette calibration expérimentalement, il est tout à fait possible de la réaliser en faisant des simulations numériques. Ces travaux numériques font partie du deuxième chapitre de la thèse.En complément de la rhéologie, la tribologie du béton est aussi un facteur déterminant du pompage. La tribologie permet de caractériser le comportement du béton à l'interface avec la paroi de la tuyauterie. Pour le cas de béton traditionnel dont le seuil de cisaillement est très important, l'écoulement du béton est dominé par l'effet de glissement du bloc de béton sur une couche limite de comportement lubrifiant. La couche limite est uniquement créée quand il y a une contrainte de cisaillement entre le béton et la paroi. Ce phénomène est présumé être la conséquence de la combinaison des trois phénomènes: l'effet géométrique de la paroi, la rupture structurelle interne et la ségrégation dynamique. Tous ces effets entrainent une diminution de la viscosité du matériau pompé sur une distance de quelques millimètres à la paroi. En conséquence, un écoulement non homogène est formé. Une vitesse de glissement à la paroi s'additionne à la vitesse engendrée par le cisaillement.Afin de caractériser le comportement du béton à la paroi, la tribométrie du béton voit le jour. Cela s'effectue avec les tribomètres qui simulent le mouvement relatif entre le béton et la paroi. Grace au mouvement, pour les bétons traditionnels dont le seuil de cisaillement est élevé, uniquement la couche limite est cisaillée mais pas le béton. Les paramètres délivrés sont un seuil d'interface, une constante visqueuse. Ces deux grandeurs permettent d'établir une relation linéaire entre la contrainte de cisaillement à l'interfThe rheological properties of concrete are significantly influencing the relation between pumping pressure and discharge rate. The concrete rheology is often characterized by a rheological law in stationary conditions (time independent), giving the evolution of shear stresses as a function of shear rate. In case of traditional concrete, this evolution is typically described by a Bingham model, while for a self-compacting concrete with low water/powder ratio, the evolution often becomes non-linear and can be described by a modified Bingham or Herschel-Bulkley model, considering shear-thickening. In these models, a critical shear stress is typically considered above which the concrete starts to flow. Furthermore, a consistency parameter is considered (and in case of non-linear behavior also an index) to describe the intensity of the evolution. As a consequence, the relation between pressure and discharge rate can be linear or non-linear, depending on the concrete pumped. As the rheological parameters of the concrete are directly relevant for the prediction of the pumping pressure, the accurate measurement of these parameters is a challenging task.As the rheological properties of concrete cannot be directly measured as a physical quantity, concrete rheometers can only be used to determine the rheological parameters in an indirect way, by measuring other physical values like speed, couple or pressure. Different methods can be applied in order to convert the measured physical values to obtain the rheological properties. The most direct method consist of calibrating the rheometers by testing materials with known rheological parameters. A higher precision in this approach can be obtained by testing a higher number of known materials. However, in order to cover the whole range of rheological properties of concrete, a very high number of known materials would have to be tested, which would thus become very cumbersome. Instead of performing this calibration in an experimental way, it can be done in a numerical way. This kind of numerical calibration is the topic of chapter 2 of the doctoral thesis.Besides the rheology of the concrete, tribology is also an important factor determining the pumping characteristics. Tribology enables to characterize the behavior of concrete in the interface with the surface of the pumping pipe. For traditional concrete with high yield stress, the flow of concrete in the pumping pipe is dominated by the slip layer or lubrication layer near the surface, while the bulk of the concrete is flowing as a plug. This slip layer can only be formed due to shear stresses in this area, and is considered to be the consequence of three phenomenons: geometrical wall effect, structural breakdown, and dynamic segregation. These phenomenons induce a reduction of the viscosity of the concrete within a layer of a few millimeter near the surface of the pumping pipe. As a result, a non-homogeneous flow is induced. Due to the occurrence of the slip layer, an additional speed component is added to the speed profile already induced by shear of the concrete.In order to characterize the concrete behavior near the surface, Tribometers are being used, simulating the relative movement between concrete and the surface. In case of traditional concrete, with high yield stress, due to the relative movement only the slip layer is sheared, while the bulk concrete is not sheared. In this case, the use of Tribometers results in a yield stress and a viscous constant of the slip layer. These two parameters enable to define a linear relation between shear stress and shear rate in the interface. Meanwhile, in case of self-compacting concrete, the concrete is also sheared, leading to very complicated tribology measurements. For this reason, it is very difficult to characterize the behavior of self-compacting concrete near the interface by means of a tribometer. This situations complicates the prediction of the relation between pumping pressur

  • Etude de l'effet de la couche limite sur les profils de vitesses du béton pompé
    HAL CCSD, 2014
    Co-Authors: Le, Hai Dang
    Abstract:

    The rheological properties of concrete are significantly influencing the relation between pumping pressure and discharge rate. The concrete rheology is often characterized by a rheological law in stationary conditions (time independent), giving the evolution of shear stresses as a function of shear rate. In case of traditional concrete, this evolution is typically described by a Bingham model, while for a self-compacting concrete with low water/powder ratio, the evolution often becomes non-linear and can be described by a modified Bingham or Herschel-Bulkley model, considering shear-thickening. In these models, a critical shear stress is typically considered above which the concrete starts to flow. Furthermore, a consistency parameter is considered (and in case of non-linear behavior also an index) to describe the intensity of the evolution. As a consequence, the relation between pressure and discharge rate can be linear or non-linear, depending on the concrete pumped. As the rheological parameters of the concrete are directly relevant for the prediction of the pumping pressure, the accurate measurement of these parameters is a challenging task.As the rheological properties of concrete cannot be directly measured as a physical quantity, concrete rheometers can only be used to determine the rheological parameters in an indirect way, by measuring other physical values like speed, couple or pressure. Different methods can be applied in order to convert the measured physical values to obtain the rheological properties. The most direct method consist of calibrating the rheometers by testing materials with known rheological parameters. A higher precision in this approach can be obtained by testing a higher number of known materials. However, in order to cover the whole range of rheological properties of concrete, a very high number of known materials would have to be tested, which would thus become very cumbersome. Instead of performing this calibration in an experimental way, it can be done in a numerical way. This kind of numerical calibration is the topic of chapter 2 of the doctoral thesis.Besides the rheology of the concrete, tribology is also an important factor determining the pumping characteristics. Tribology enables to characterize the behavior of concrete in the interface with the surface of the pumping pipe. For traditional concrete with high yield stress, the flow of concrete in the pumping pipe is dominated by the slip layer or lubrication layer near the surface, while the bulk of the concrete is flowing as a plug. This slip layer can only be formed due to shear stresses in this area, and is considered to be the consequence of three phenomenons: geometrical wall effect, structural breakdown, and dynamic segregation. These phenomenons induce a reduction of the viscosity of the concrete within a layer of a few millimeter near the surface of the pumping pipe. As a result, a non-homogeneous flow is induced. Due to the occurrence of the slip layer, an additional speed component is added to the speed profile already induced by shear of the concrete.In order to characterize the concrete behavior near the surface, Tribometers are being used, simulating the relative movement between concrete and the surface. In case of traditional concrete, with high yield stress, due to the relative movement only the slip layer is sheared, while the bulk concrete is not sheared. In this case, the use of Tribometers results in a yield stress and a viscous constant of the slip layer. These two parameters enable to define a linear relation between shear stress and shear rate in the interface. Meanwhile, in case of self-compacting concrete, the concrete is also sheared, leading to very complicated tribology measurements. For this reason, it is very difficult to characterize the behavior of self-compacting concrete near the interface by means of a tribometer. This situations complicates the prediction of the relation between pumping pressureLa rhéologie du béton est un facteur d'influence direct sur la relation entre la pression de pompage et le débit. La rhéologie appliquée au béton est souvent caractérisée par une loi rhéologique à l'état stationnaire (indépendant du temps). Il s'agit d'un domaine assez pointu concernant principalement l'évolution de la contrainte de cisaillement en fonction du taux de cisaillement. Cette évolution du béton traditionnel est souvent caractérisée par le modèle de Bingham alors que pour un béton auto plaçant dont le rapport E/L est faible, l'évolution peut devenir non linéaire et peut suivre le modèle de Bingham modifié ou Herschel-Bulkley pour un fluide rhéo-épaississant. Pour ces modèles, on parle souvent d'un seuil de cisaillement au-delà duquel le béton commence à s'écouler, d'un indice de consistance (et un indice de puissance pour le cas d'une relation non linéaire) qui décrit l'intensité de l'évolution. En conséquence, la relation entre la pression et le débit peut être linéaire ou non linéaire en fonction du type du béton pompé. Comme les paramètres rhéologiques d'un béton participent directement à la prédiction de la pression de pompage, la mesure de ces paramètres fait l'objet un travail très exigeant au niveau de la précision.Comme les paramètres rhéologiques d'un béton ne sont pas des grandeurs physiques directement mesurables, les rhéomètres développés pour le béton frais ne sont capables de délivrer ces paramètres qu'à travers des mesures des autres grandeurs physiques de base comme la vitesse, le couple, la pression. Ensuite, plusieurs méthodes peuvent être appliquées pour reconvertir les grandeurs mesurées. Ces méthodes sont appelées la résolution du problème inverse. La méthode la plus efficace pour résoudre (ou confirmer la résolution du) le problème inverse concerne la calibration du rhéomètre avec des matériaux dont les propriétés rhéologiques sont connues. Plus le nombre de matériau utilisé pour la calibration est grand, plus la précision est meilleure. Cependant, pour les matériaux cimentaire, le nombre de matériau nécessaire pour bien couvrir les plages de valeurs des paramètres rhéologique est de l'ordre de quelques centaines de matériau. Cela demande un travail expérimental énorme et non rentable. Cependant, à la place de réaliser cette calibration expérimentalement, il est tout à fait possible de la réaliser en faisant des simulations numériques. Ces travaux numériques font partie du deuxième chapitre de la thèse.En complément de la rhéologie, la tribologie du béton est aussi un facteur déterminant du pompage. La tribologie permet de caractériser le comportement du béton à l'interface avec la paroi de la tuyauterie. Pour le cas de béton traditionnel dont le seuil de cisaillement est très important, l'écoulement du béton est dominé par l'effet de glissement du bloc de béton sur une couche limite de comportement lubrifiant. La couche limite est uniquement créée quand il y a une contrainte de cisaillement entre le béton et la paroi. Ce phénomène est présumé être la conséquence de la combinaison des trois phénomènes: l'effet géométrique de la paroi, la rupture structurelle interne et la ségrégation dynamique. Tous ces effets entrainent une diminution de la viscosité du matériau pompé sur une distance de quelques millimètres à la paroi. En conséquence, un écoulement non homogène est formé. Une vitesse de glissement à la paroi s'additionne à la vitesse engendrée par le cisaillement.Afin de caractériser le comportement du béton à la paroi, la tribométrie du béton voit le jour. Cela s'effectue avec les tribomètres qui simulent le mouvement relatif entre le béton et la paroi. Grace au mouvement, pour les bétons traditionnels dont le seuil de cisaillement est élevé, uniquement la couche limite est cisaillée mais pas le béton. Les paramètres délivrés sont un seuil d'interface, une constante visqueuse. Ces deux grandeurs permettent d'établir une relation linéaire entre la contrainte de cisaillement à l'inter

  • Etude de l’effet de la couche limite sur les profils de vitesse du béton pompé
    Université de Cergy-Pontoise. UFR de Sciences et Techniques. Génie civil ; Université de Gand. Faculté de Sciences d'ingénierie et d'Architecture, 2014
    Co-Authors: Le, Hai Dang
    Abstract:

    The rheological properties of concrete are significantly influencing the relation between pumping pressure and discharge rate. The concrete rheology is often characterized by a rheological law in stationary conditions (time independent), giving the evolution of shear stresses as a function of shear rate. In case of traditional concrete, this evolution is typically described by a Bingham model, while for a self-compacting concrete with low water/powder ratio, the evolution often becomes non-linear and can be described by a modified Bingham or Herschel-Bulkley model, considering shear-thickening. In these models, a critical shear stress is typically considered above which the concrete starts to flow. Furthermore, a consistency parameter is considered (and in case of non-linear behavior also an index) to describe the intensity of the evolution. As a consequence, the relation between pressure and discharge rate can be linear or non-linear, depending on the concrete pumped. As the rheological parameters of the concrete are directly relevant for the prediction of the pumping pressure, the accurate measurement of these parameters is a challenging task. As the rheological properties of concrete cannot be directly measured as a physical quantity, concrete rheometers can only be used to determine the rheological parameters in an indirect way, by measuring other physical values like speed, couple or pressure. Different methods can be applied in order to convert the measured physical values to obtain the rheological properties. The most direct method consist of calibrating the rheometers by testing materials with known rheological parameters. A higher precision in this approach can be obtained by testing a higher number of known materials. However, in order to cover the whole range of rheological properties of concrete, a very high number of known materials would have to be tested, which would thus become very cumbersome. Instead of performing this calibration in an experimental way, it can be done in a numerical way. This kind of numerical calibration is the topic of chapter 2 of the doctoral thesis. Besides the rheology of the concrete, tribology is also an important factor determining the pumping characteristics. Tribology enables to characterize the behavior of concrete in the interface with the surface of the pumping pipe. For traditional concrete with high yield stress, the flow of concrete in the pumping pipe is dominated by the slip layer or lubrication layer near the surface, while the bulk of the concrete is flowing as a plug. This slip layer can only be formed due to shear stresses in this area, and is considered to be the consequence of three phenomenons: geometrical wall effect, structural breakdown, and dynamic segregation. These phenomenons induce a reduction of the viscosity of the concrete within a layer of a few millimeter near the surface of the pumping pipe. As a result, a non-homogeneous flow is induced. Due to the occurrence of the slip layer, an additional speed component is added to the speed profile already induced by shear of the concrete. In order to characterize the concrete behavior near the surface, Tribometers are being used, simulating the relative movement between concrete and the surface. In case of traditional concrete, with high yield stress, due to the relative movement only the slip layer is sheared, while the bulk concrete is not sheared. In this case, the use of Tribometers results in a yield stress and a viscous constant of the slip layer. These two parameters enable to define a linear relation between shear stress and shear rate in the interface. Meanwhile, in case of self-compacting concrete, the concrete is also sheared, leading to very complicated tribology measurements. For this reason, it is very difficult to characterize the behavior of self-compacting concrete near the interface by means of a tribometer. This situations complicates the prediction of the relation between pumping pressure and discharge rate. In order to characterize and quantify the effect of the slip layer, an experimental method enabling the measurement of the velocity profile in the flowing concrete in an open pipe has been developed. By measuring the velocity profile, it is possible to determine the thickness of the slip layer and the velocities in the slip layer. An experimental research program studying the effect of the mix design on the slip layer thickness has been carried out. An experimental method to sample the material of the slip layer has been developed in order to determine its rheological properties. This study, performed on self-compacting concrete, enables to relate the rheology of the slip layer to the rheology of the bulk concrete. Finally, the experimental results are implemented in a numerical simulation method. The results of the numerical simulation enable to validate the experimental methods and the obtained experimental results. Based on the available rheological models like the Bingham model, modified Bingham model or Herschel-Bulkley model, it is possible to predict the relation between the pressure gradients and the discharge rate, considering the Poiseuille formula for a laminar flow in a circular pipe. Knowing the thickness of the slip layer and the relation between rheological properties of slip layer and bulk concrete, it is possible to predict the relation between pumping pressures and discharge rates. A numerical application has been performed in order to compare the numerical results with the experimental results obtained within a series of previously performed pumping tests available in literature

Alain Iost - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.

  • tribological behavior of ti 6al 4v and ti 6al 7nb alloys for total hip prosthesis
    Advances in Tribology, 2014
    Co-Authors: Mamoun Fellah, Mohamed Labaiz, Omar Assala, Leila Dekhil, Ahlem Taleb, Hadda Rezag, Alain Iost
    Abstract:

    The aim of the study is to evaluate the friction and wear behavior of high-strength alloys Ti-6Al-7Nb used in femoral stem and compare it with a Ti-6Al-4V alloy cylindrical bar corresponding to ISO 5832-3 part 3/01-07-199 standard. The tribological behavior was investigated by wear tests, using ball-on-disc and pin-on-disc Tribometers. These tests consisted of measuring the weight loss and the friction coefficient of samples. The oscillating friction and wear tests have been carried out in ambient with oscillating tribotester in accordance with standards ISO 7148, ASTM G99-95a, and ASTM G133-95 under different conditions of normal loads (3, 6, and 10 N) and sliding speeds (1, 15, and 25 mm·s−1). As counter pairs, a 100Cr6 steel ball with 10 mm in diameter was used. Results show that the two alloys had similar friction and wear performance, although their grain structures and compositions are different. Occurrence of large frictional occurred, is probably caused by formation and periodic, localized fracture of a transfer layer. Higher friction with larger fluctuation and higher wear rate was observed at the higher siding speed. The Ti-6Al-4V wear mechanism transforms from ploughing and peeling off wear at low sliding speed to plastic deformation and adhesive wear.

  • tribological behavior of biomaterial for total hip prosthesis
    Matériaux & Techniques, 2014
    Co-Authors: Mamoun Fellah, Mohamed Labaiz, Omar Assala, Leila Dekhil, N Zerniz, Alain Iost
    Abstract:

    Friction and wear plays an important role in determining the performance of biomaterials. To this end, the present research is carried out to understand the tribological behavior important biometallic alloy, Ti-6Al-4V under sliding contact. The friction and wear experiments were carried out using ball-on-disc and pin-on-disc Tribometers in ambient air, under different conditions of normal applied loads (3, 6 and 10 N) and sliding speeds (1, 15 and 25 mm.s-1 ) for 3000 m. The obtained research results revealed the lowest coefficient of friction was 0.038 at 1 mm.s-1 and 3 N) while the higher value was in the range of 0.90 at 25 mm.s-1 and 3 N). Results show that the specimens have similar friction and wear performance, although the sliding speed and applied loads are different. The tribomechanical wear, as evident from the observation of abrasion, adhesion and cracking, is the predominant wear mechanism.

Durand Astie - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.

  • Experimental study of the friction between steel and a brittle material under high velocites and high pressure
    2013
    Co-Authors: Durand Astie
    Abstract:

    L’objectif de la thèse est la caractérisation expérimentale du frottement entre l’acier et un matériau fragile. Les pressions et les vitesses de glissement qu’on cherche à atteindre sont respectivement de l’ordre de 10 à 100 MPa et l’ordre de 10 à 100 m/s. Les tribomètres classiques ne peuvent pas être utilisés car les pressions qu’on cherche à atteindre sont suffisamment élevées pour mener le matériau fragile à rupture. Pour pallier cette difficulté, le matériau doit être confiné. Un échantillon cylindrique du matériau est alors inséré dans un tube en acier qui fait à la fois office de confinement et de surface de frottement. Avec cette configuration, comme nous ne pouvons pas effectuer de mesures directes au niveau de l’interface, les paramètres de frottement sont identifiés à partir de mesures indirectes et de modèles analytique et numérique. Deux types de dispositifs ont été conçus pour effectuer à la fois des essais d’orientation en quasistatique et des essais sur barres de Hopkinson. Les essais quasi-statiques permettent une identification fiable du frottement et montrent que des pressions de 100 MPa peuvent être obtenues avec notre configuration sans dégrader le matériau fragile. En revanche, les essais sur barres de Hopkinson ne donnent pas satisfaction. Un dispositif spécifiquement adapté à la dynamique rapide a alors été conçu. Il permet d’identifier le frottement sous des pressions de 100 MPa et des vitesses de10 m/s.The aim of the thesis is the experimental characterisation of the friction between steel and a brittle material. The desired pressures and the desired sliding velocities are respectively of the order of 10-100 MPa and 10-100 m/s. Usual Tribometers cannot be used because the desired pressures are high enough to fracture the brittle material. The material has to be confined to overcome this difficulty. A cylindrical sample of the material is therefore inserted into a steel tube which acts both as a confinement and a sliding surface. Such a configuration does not enable to carry on direct measurements on the interface, the friction parameters are thus identified from indirect measurements and from analytical and numerical models. Two types of set-up have been designed to carry on both quasi-static tests and tests on split Hopkinson pressure bars. Quasi-static tests enable a reliable identification of friction and show that the desired pressures can be reached with our configuration whilst retaining the brittle material integrity. Unfortunately, the results obtained with split Hopkinson pressure bars are not satisfactory. A set-up specifically adapted to dynamic situations has thus been designed. It enables identification of friction under pressure of 100 MPa and velocities of 10 m/s

  • Etude expérimentale du frottement entre l’acier et un matériau fragile sous haute vitesse et haute pression
    HAL CCSD, 2013
    Co-Authors: Durand Astie
    Abstract:

    The aim of the thesis is the experimental characterisation of the friction between steel and a brittle material. The desired pressures and the desired sliding velocities are respectively of the order of 10-100 MPa and 10-100 m/s. Usual Tribometers cannot be used because the desired pressures are high enough to fracture the brittle material. The material has to be confined to overcome this difficulty. A cylindrical sample of the material is therefore inserted into a steel tube which acts both as a confinement and a sliding surface. Such a configuration does not enable to carry on direct measurements on the interface, the friction parameters are thus identified from indirect measurements and from analytical and numerical models. Two types of set-up have been designed to carry on both quasi-static tests and tests on split Hopkinson pressure bars. Quasi-static tests enable a reliable identification of friction and show that the desired pressures can be reached with our configuration whilst retaining the brittle material integrity. Unfortunately, the results obtained with split Hopkinson pressure bars are not satisfactory. A set-up specifically adapted to dynamic situations has thus been designed. It enables identification of friction under pressure of 100 MPa and velocities of 10 m/s.L’objectif de la thèse est la caractérisation expérimentale du frottement entre l’acier et un matériau fragile. Les pressions et les vitesses de glissement qu’on cherche à atteindre sont respectivement de l’ordre de 10 à 100 MPa et l’ordre de 10 à 100 m/s. Les tribomètres classiques ne peuvent pas être utilisés car les pressions qu’on cherche à atteindre sont suffisamment élevées pour mener le matériau fragile à rupture. Pour pallier cette difficulté, le matériau doit être confiné. Un échantillon cylindrique du matériau est alors inséré dans un tube en acier qui fait à la fois office de confinement et de surface de frottement. Avec cette configuration, comme nous ne pouvons pas effectuer de mesures directes au niveau de l’interface, les paramètres de frottement sont identifiés à partir de mesures indirectes et de modèles analytique et numérique. Deux types de dispositifs ont été conçus pour effectuer à la fois des essais d’orientation en quasistatique et des essais sur barres de Hopkinson. Les essais quasi-statiques permettent une identification fiable du frottement et montrent que des pressions de 100 MPa peuvent être obtenues avec notre configuration sans dégrader le matériau fragile. En revanche, les essais sur barres de Hopkinson ne donnent pas satisfaction. Un dispositif spécifiquement adapté à la dynamique rapide a alors été conçu. Il permet d’identifier le frottement sous des pressions de 100 MPa et des vitesses de10 m/s

  • Etude expérimentale du frottement entre l'acier et un matériau fragile sous haute vitesse et haute pression
    2013
    Co-Authors: Durand Astie, Ailly Patrice, Pica Didie
    Abstract:

    L objectif de la thèse est la caractérisation expérimentale du frottement entre l acier et un matériau fragile. Les pressions et les vitesses de glissement qu on cherche à atteindre sont respectivement de l ordre de 10 à 100 MPa et l ordre de 10 à 100 m/s. Les tribomètres classiques ne peuvent pas être utilisés car les pressions qu on cherche à atteindre sont suffisamment élevées pour mener le matériau fragile à rupture. Pour pallier cette difficulté, le matériau doit être confiné. Un échantillon cylindrique du matériau est alors inséré dans un tube en acier qui fait à la fois office de confinement et de surface de frottement. Avec cette configuration, comme nous ne pouvons pas effectuer de mesures directes au niveau de l interface, les paramètres de frottement sont identifiés à partir de mesures indirectes et de modèles analytique et numérique. Deux types de dispositifs ont été conçus pour effectuer à la fois des essais d orientation en quasistatique et des essais sur barres de Hopkinson. Les essais quasi-statiques permettent une identification fiable du frottement et montrent que des pressions de 100 MPa peuvent être obtenues avec notre configuration sans dégrader le matériau fragile. En revanche, les essais sur barres de Hopkinson ne donnent pas satisfaction. Un dispositif spécifiquement adapté à la dynamique rapide a alors été conçu. Il permet d identifier le frottement sous des pressions de 100 MPa et des vitesses de10 m/s.The aim of the thesis is the experimental characterisation of the friction between steel and a brittle material. The desired pressures and the desired sliding velocities are respectively of the order of 10-100 MPa and 10-100 m/s. Usual Tribometers cannot be used because the desired pressures are high enough to fracture the brittle material. The material has to be confined to overcome this difficulty. A cylindrical sample of the material is therefore inserted into a steel tube which acts both as a confinement and a sliding surface. Such a configuration does not enable to carry on direct measurements on the interface, the friction parameters are thus identified from indirect measurements and from analytical and numerical models. Two types of set-up have been designed to carry on both quasi-static tests and tests on split Hopkinson pressure bars. Quasi-static tests enable a reliable identification of friction and show that the desired pressures can be reached with our configuration whilst retaining the brittle material integrity. Unfortunately, the results obtained with split Hopkinson pressure bars are not satisfactory. A set-up specifically adapted to dynamic situations has thus been designed. It enables identification of friction under pressure of 100 MPa and velocities of 10 m/s.ORLEANS-SCD-Bib. electronique (452349901) / SudocSudocFranceF

Re Fei - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.

  • A Study on Drilling High-Strength CFRP Laminates: Frictional Heat and Cutting Temperature
    MDPI, 2018
    Co-Authors: Xu Jinyang, Li Chao, Dang Jiaqiang, El Mansori Mohamed, Re Fei
    Abstract:

    International audienceHigh-strength carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites have become popular materials to be utilized in the aerospace and automotive industries, due to their unique and superior mechanical properties. An understanding of cutting temperatures is ather important when dealing with high-strength CFRPs, since machining defects are likely to occur because of high temperatures especially in the semi-closed drilling process). The friction behavior at the flank tool-workpiece interface when drilling CFRPs lays a vital role in the heat generation, which still remains poorly understood. The aim of this paper is to address the friction-induced at based on two specially-designed Tribometers to simulate different sliding velocities, similar to those occurring along the flank tool-work interface in drilling. The elastic recovery effect during the drilling process was considered during the tribo-drilling experiments. The drilling temperatures were calculated by the analytical model and verified by the in-situ experimental results gained using the embedded thermocouples into the drills. The results indicate that the magnitudes of the interfacial friction coefficients between the cemented carbide tool and the CFRP specimen are within the range between 0.135–0.168 under the examined conditions. Additionally, the friction caused by the plastic deformation and elastic recovery effects plays a dominant role when the sliding velocity increases. The findings in this paper point out the impact of the friction-induced heat and cutting parameters on the overall drilling temperature

  • A Study on Drilling High-Strength CFRP Laminates: Frictional Heat and Cutting Temperature
    MDPI AG, 2018
    Co-Authors: Xu Jinyang, Li Chao, Dang Jiaqiang, El Mansori Mohamed, Re Fei
    Abstract:

    High-strength carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites have become popular materials to be utilized in the aerospace and automotive industries, due to their unique and superior mechanical properties. An understanding of cutting temperatures is ather important when dealing with high-strength CFRPs, since machining defects are likely to occur because of high temperatures especially in the semi-closed drilling process). The friction behavior at the flank tool-workpiece interface when drilling CFRPs lays a vital role in the heat generation, which still remains poorly understood. The aim of this paper is to address the friction-induced at based on two specially-designed Tribometers to simulate different sliding velocities, similar to those occurring along the flank tool-work interface in drilling. The elastic recovery effect during the drilling process was considered during the tribo-drilling experiments. The drilling temperatures were calculated by the analytical model and verified by the in-situ experimental results gained using the embedded thermocouples into the drills. The results indicate that the magnitudes of the interfacial friction coefficients between the cemented carbide tool and the CFRP specimen are within the range between 0.135–0.168 under the examined conditions. Additionally, the friction caused by the plastic deformation and elastic recovery effects plays a dominant role when the sliding velocity increases. The findings in this paper point out the impact of the friction-induced heat and cutting parameters on the overall drilling temperature

Majdoub Fida - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.

  • Technique innovante pour mesurer le frottement faible : analyse de l'aspect dynamique des réponses libres caractérisées par un mouvement oscillatoire amorti
    2013
    Co-Authors: Majdoub Fida
    Abstract:

    Réduire l’énergie générée par le frottement et dissipée dans les systèmes mécaniques réels est un des challenges actuels en tribologie. Ce point représente une importance toute particulière dans le domaine des transports terrestres. En réponse à cette nécessité, les constructeurs automobiles se concentrent sur la réduction de la consommation d'énergie en sélectionnant des lubrifiants et des matériaux appropriés d'une part et les systèmes mécaniques performants d'autre part. Grâce à leurs propriétés physiques et tribologiques en termes de réduction de la friction et de l'usure, les couches minces de DLC (Diamond-like Carbon) sont considérées comme l'une des solutions. Le comportement tribologique de couches minces de ta-C (carbone amorphe très dur dépourvu d’hydrogène) et de a-C:H (carbone amorphe hydrogéné) est ici exploré. D’autre part, des “lubrifiants verts“ et des additifs participant aussi à la réduction du frottement et de l'usure sont testés. Ces essais sont effectués dans différentes conditions en utilisant une nouvelle méthodologie expérimentale. Le tribomètre dynamique oscillant développé au LTDS possède la capacité de quantifier avec une très grande précision et sans recourir à une quelconque mesure de force, des niveaux de frottement faibles (dans la gamme 10 – 5 à 10 – 2), et permet en plus d’identifier différentes contributions du frottement. Dans un premier temps, une loi de frottement linéaire a été utilisée afin d’évaluer deux contributions de frottement. La première, μ0 est le coefficient transitoire de frottement quand la vitesse s’annule au changement de direction (du type frottement de Coulomb). La seconde, μ1, est une contribution dépendante de la vitesse de glissement. Ensuite, une étude numérique a été réalisée en appliquant une loi de frottement quadratique afin de mieux comprendre l'aspect dynamique des réponses libres. Cela nous a permis d'étudier numériquement la décroissance d’amplitude des oscillations déterminée grâce à la méthode de moindres carrés. Nous nous intéressons aussi à l‘étude des formes de l'enveloppe de ces oscillations en relation avec le modèle de frottement. Les résultats numériques et expérimentaux pour les lois de frottement linéaire et quadratique sont ensuite comparés. En complément, nous avons mesuré la force tangentielle correspondant aux tribosystèmes testés. Finalement, nous avons étudié numériquement un système dynamique masse-ressort à un degré de liberté, modélisé par la loi de frottement LuGre. Cette loi est décrite par le phénomène d’hystérésis et l’effet de décalage de temps qui ont été détectés expérimentalement. Les résultats expérimentaux obtenus avec le tribomètre oscillant montrent qu'ils sont qualitativement comparables à ceux obtenus en configuration classique cylindre-plan, travaillant à vitesse de glissement constante. Dans tous les cas, les résultats montrent la supériorité du tribosystème ta-C/ta-C dans la réduction du frottement μ0. De plus, les résultats numériques et expérimentaux sont cohérents. Cette étude montre qu’une loi de frottement quadratique est capable de décrire correctement toutes les formes d’enveloppes obtenues expérimentalement : droite, convexe, concave et une combinaison des formes convexe et concave.Controlling friction is a one of the most significant challenges in the field of tribology. Its major purpose is directed towards the reduction of energy in real mechanical systems, especially in the area of transportation. In response to this necessity, the automobile industries are emphasizing on minimizing the consumption of energy by selecting the appropriate lubricants and materials on one hand and mechanical system with high performance on the other hand. DLC (Diamond-like carbon) coated surfaces are considered one of the solutions thanks to their physical and tribological properties in reducing friction and wear. In this study, we have been interested in investigating the friction behavior of both amorphous hydrogenated (a-C:H) and hydrogen-free tetrahedral amorphous carbon (ta-C) DLC coatings. Furthermore, some “green lubricants” and additives are tested which play a role in reducing friction and wear. These latter tests are performed at different operating conditions using a new experimental methodology, known as the dynamic oscillating tribometer. This original tribometer, developed at the Laboratory of Tribology and System Dynamics (LTDS), is able to measure the oscillatory motion corresponding to various tribosystems having low friction. This technique has the ability to quantify with remarkable precision and without any force transducer, low friction values (in the range of 10 – 5 to 10 – 2 ) and also to evaluate different friction contributions from the displacement and velocity-time responses of a mass-springdamper oscillating system. First, a linear friction law has been used for the systems tested in order to calculate two contributions of friction. The first one, μ0 is the transient friction coefficient at zero speed and the second one (Coulomb-type fiction), μ is a velocitydependent friction coefficient. Then, a numerical study is carried out in order to better understand the dynamic aspect of the oscillatory vibratory free responses. A quadratic friction law is used to model on the mechanical system of the apparatus. This allows us to study numerically the behavior of the decreasing amplitudes of the damping responses which are determined using the Averaging method. Furthermore, we are interested in studying the various forms of these oscillations’ envelop in relation with the polynomial expansion of the friction model. Also, numerical and experimental results are compared using both the linear and quadratic friction models. In addition, a particular attention is given to the measured tangential forces corresponding to our tribosystems. Finally, we study numerically a damped mass-spring single degree-of-freedom mechanical system, induced by LuGre friction law described by both hysteresis and lag effect which have been detected experimentally. Results show that friction tests performed with the oscillating tribometer can be qualitatively compared to those obtained with a conventional tribometer. Moreover, ta-C/ta-C surfaces reveal the lowest friction μ0 when tested by both oscillating and reciprocating Tribometers. Also, both numerical and experimental results are found to be of good agreement. This study shows that a quadratic friction law is able to describe correctly the envelopes observed in our experimental tests: straight, convex, concave and a combination of both convex and concave

  • Innovative measurement of ultra-low friction : analysis of dynamic free responses characterized by damped oscillatory motion
    HAL CCSD, 2013
    Co-Authors: Majdoub Fida
    Abstract:

    Controlling friction is a one of the most significant challenges in the field of tribology. Its major purpose is directed towards the reduction of energy in real mechanical systems, especially in the area of transportation. In response to this necessity, the automobile industries are emphasizing on minimizing the consumption of energy by selecting the appropriate lubricants and materials on one hand and mechanical system with high performance on the other hand. DLC (Diamond-like carbon) coated surfaces are considered one of the solutions thanks to their physical and tribological properties in reducing friction and wear. In this study, we have been interested in investigating the friction behavior of both amorphous hydrogenated (a-C:H) and hydrogen-free tetrahedral amorphous carbon (ta-C) DLC coatings. Furthermore, some “green lubricants” and additives are tested which play a role in reducing friction and wear. These latter tests are performed at different operating conditions using a new experimental methodology, known as the dynamic oscillating tribometer. This original tribometer, developed at the Laboratory of Tribology and System Dynamics (LTDS), is able to measure the oscillatory motion corresponding to various tribosystems having low friction. This technique has the ability to quantify with remarkable precision and without any force transducer, low friction values (in the range of 10 – 5 to 10 – 2 ) and also to evaluate different friction contributions from the displacement and velocity-time responses of a mass-springdamper oscillating system. First, a linear friction law has been used for the systems tested in order to calculate two contributions of friction. The first one, μ0 is the transient friction coefficient at zero speed and the second one (Coulomb-type fiction), μ is a velocitydependent friction coefficient. Then, a numerical study is carried out in order to better understand the dynamic aspect of the oscillatory vibratory free responses. A quadratic friction law is used to model on the mechanical system of the apparatus. This allows us to study numerically the behavior of the decreasing amplitudes of the damping responses which are determined using the Averaging method. Furthermore, we are interested in studying the various forms of these oscillations’ envelop in relation with the polynomial expansion of the friction model. Also, numerical and experimental results are compared using both the linear and quadratic friction models. In addition, a particular attention is given to the measured tangential forces corresponding to our tribosystems. Finally, we study numerically a damped mass-spring single degree-of-freedom mechanical system, induced by LuGre friction law described by both hysteresis and lag effect which have been detected experimentally. Results show that friction tests performed with the oscillating tribometer can be qualitatively compared to those obtained with a conventional tribometer. Moreover, ta-C/ta-C surfaces reveal the lowest friction μ0 when tested by both oscillating and reciprocating Tribometers. Also, both numerical and experimental results are found to be of good agreement. This study shows that a quadratic friction law is able to describe correctly the envelopes observed in our experimental tests: straight, convex, concave and a combination of both convex and concave.Réduire l’énergie générée par le frottement et dissipée dans les systèmes mécaniques réels est un des challenges actuels en tribologie. Ce point représente une importance toute particulière dans le domaine des transports terrestres. En réponse à cette nécessité, les constructeurs automobiles se concentrent sur la réduction de la consommation d'énergie en sélectionnant des lubrifiants et des matériaux appropriés d'une part et les systèmes mécaniques performants d'autre part. Grâce à leurs propriétés physiques et tribologiques en termes de réduction de la friction et de l'usure, les couches minces de DLC (Diamond-like Carbon) sont considérées comme l'une des solutions. Le comportement tribologique de couches minces de ta-C (carbone amorphe très dur dépourvu d’hydrogène) et de a-C:H (carbone amorphe hydrogéné) est ici exploré. D’autre part, des “lubrifiants verts“ et des additifs participant aussi à la réduction du frottement et de l'usure sont testés. Ces essais sont effectués dans différentes conditions en utilisant une nouvelle méthodologie expérimentale. Le tribomètre dynamique oscillant développé au LTDS possède la capacité de quantifier avec une très grande précision et sans recourir à une quelconque mesure de force, des niveaux de frottement faibles (dans la gamme 10 – 5 à 10 – 2), et permet en plus d’identifier différentes contributions du frottement. Dans un premier temps, une loi de frottement linéaire a été utilisée afin d’évaluer deux contributions de frottement. La première, μ0 est le coefficient transitoire de frottement quand la vitesse s’annule au changement de direction (du type frottement de Coulomb). La seconde, μ1, est une contribution dépendante de la vitesse de glissement. Ensuite, une étude numérique a été réalisée en appliquant une loi de frottement quadratique afin de mieux comprendre l'aspect dynamique des réponses libres. Cela nous a permis d'étudier numériquement la décroissance d’amplitude des oscillations déterminée grâce à la méthode de moindres carrés. Nous nous intéressons aussi à l‘étude des formes de l'enveloppe de ces oscillations en relation avec le modèle de frottement. Les résultats numériques et expérimentaux pour les lois de frottement linéaire et quadratique sont ensuite comparés. En complément, nous avons mesuré la force tangentielle correspondant aux tribosystèmes testés. Finalement, nous avons étudié numériquement un système dynamique masse-ressort à un degré de liberté, modélisé par la loi de frottement LuGre. Cette loi est décrite par le phénomène d’hystérésis et l’effet de décalage de temps qui ont été détectés expérimentalement. Les résultats expérimentaux obtenus avec le tribomètre oscillant montrent qu'ils sont qualitativement comparables à ceux obtenus en configuration classique cylindre-plan, travaillant à vitesse de glissement constante. Dans tous les cas, les résultats montrent la supériorité du tribosystème ta-C/ta-C dans la réduction du frottement μ0. De plus, les résultats numériques et expérimentaux sont cohérents. Cette étude montre qu’une loi de frottement quadratique est capable de décrire correctement toutes les formes d’enveloppes obtenues expérimentalement : droite, convexe, concave et une combinaison des formes convexe et concave

  • Technique innovante pour mesurer le frottement faible (analyse de l'aspect dynamique des réponses libres caractérisées par un mouvement oscillatoire amorti)
    2013
    Co-Authors: Majdoub Fida, Perret-liaude Joël, Marti Jean-michel
    Abstract:

    Réduire l énergie générée par le frottement et dissipée dans les systèmes mécaniques réels est un des challenges actuels en tribologie. Ce point représente une importance toute particulière dans le domaine des transports terrestres. En réponse à cette nécessité, les constructeurs automobiles se concentrent sur la réduction de la consommation d'énergie en sélectionnant des lubrifiants et des matériaux appropriés d'une part et les systèmes mécaniques performants d'autre part. Grâce à leurs propriétés physiques et tribologiques en termes de réduction de la friction et de l'usure, les couches minces de DLC (Diamond-like Carbon) sont considérées comme l'une des solutions. Le comportement tribologique de couches minces de ta-C (carbone amorphe très dur dépourvu d hydrogène) et de a-C:H (carbone amorphe hydrogéné) est ici exploré. D autre part, des lubrifiants verts et des additifs participant aussi à la réduction du frottement et de l'usure sont testés. Ces essais sont effectués dans différentes conditions en utilisant une nouvelle méthodologie expérimentale. Le tribomètre dynamique oscillant développé au LTDS possède la capacité de quantifier avec une très grande précision et sans recourir à une quelconque mesure de force, des niveaux de frottement faibles (dans la gamme 10 5 à 10 2), et permet en plus d identifier différentes contributions du frottement. Dans un premier temps, une loi de frottement linéaire a été utilisée afin d évaluer deux contributions de frottement. La première, 0 est le coefficient transitoire de frottement quand la vitesse s annule au changement de direction (du type frottement de Coulomb). La seconde, 1, est une contribution dépendante de la vitesse de glissement. Ensuite, une étude numérique a été réalisée en appliquant une loi de frottement quadratique afin de mieux comprendre l'aspect dynamique des réponses libres. Cela nous a permis d'étudier numériquement la décroissance d amplitude des oscillations déterminée grâce à la méthode de moindres carrés. Nous nous intéressons aussi à l étude des formes de l'enveloppe de ces oscillations en relation avec le modèle de frottement. Les résultats numériques et expérimentaux pour les lois de frottement linéaire et quadratique sont ensuite comparés. En complément, nous avons mesuré la force tangentielle correspondant aux tribosystèmes testés. Finalement, nous avons étudié numériquement un système dynamique masse-ressort à un degré de liberté, modélisé par la loi de frottement LuGre. Cette loi est décrite par le phénomène d hystérésis et l effet de décalage de temps qui ont été détectés expérimentalement. Les résultats expérimentaux obtenus avec le tribomètre oscillant montrent qu'ils sont qualitativement comparables à ceux obtenus en configuration classique cylindre-plan, travaillant à vitesse de glissement constante. Dans tous les cas, les résultats montrent la supériorité du tribosystème ta-C/ta-C dans la réduction du frottement 0. De plus, les résultats numériques et expérimentaux sont cohérents. Cette étude montre qu une loi de frottement quadratique est capable de décrire correctement toutes les formes d enveloppes obtenues expérimentalement : droite, convexe, concave et une combinaison des formes convexe et concave.Controlling friction is a one of the most significant challenges in the field of tribology. Its major purpose is directed towards the reduction of energy in real mechanical systems, especially in the area of transportation. In response to this necessity, the automobile industries are emphasizing on minimizing the consumption of energy by selecting the appropriate lubricants and materials on one hand and mechanical system with high performance on the other hand. DLC (Diamond-like carbon) coated surfaces are considered one of the solutions thanks to their physical and tribological properties in reducing friction and wear. In this study, we have been interested in investigating the friction behavior of both amorphous hydrogenated (a-C:H) and hydrogen-free tetrahedral amorphous carbon (ta-C) DLC coatings. Furthermore, some green lubricants and additives are tested which play a role in reducing friction and wear. These latter tests are performed at different operating conditions using a new experimental methodology, known as the dynamic oscillating tribometer. This original tribometer, developed at the Laboratory of Tribology and System Dynamics (LTDS), is able to measure the oscillatory motion corresponding to various tribosystems having low friction. This technique has the ability to quantify with remarkable precision and without any force transducer, low friction values (in the range of 10 5 to 10 2 ) and also to evaluate different friction contributions from the displacement and velocity-time responses of a mass-springdamper oscillating system. First, a linear friction law has been used for the systems tested in order to calculate two contributions of friction. The first one, 0 is the transient friction coefficient at zero speed and the second one (Coulomb-type fiction), is a velocitydependent friction coefficient. Then, a numerical study is carried out in order to better understand the dynamic aspect of the oscillatory vibratory free responses. A quadratic friction law is used to model on the mechanical system of the apparatus. This allows us to study numerically the behavior of the decreasing amplitudes of the damping responses which are determined using the Averaging method. Furthermore, we are interested in studying the various forms of these oscillations envelop in relation with the polynomial expansion of the friction model. Also, numerical and experimental results are compared using both the linear and quadratic friction models. In addition, a particular attention is given to the measured tangential forces corresponding to our tribosystems. Finally, we study numerically a damped mass-spring single degree-of-freedom mechanical system, induced by LuGre friction law described by both hysteresis and lag effect which have been detected experimentally. Results show that friction tests performed with the oscillating tribometer can be qualitatively compared to those obtained with a conventional tribometer. Moreover, ta-C/ta-C surfaces reveal the lowest friction 0 when tested by both oscillating and reciprocating Tribometers. Also, both numerical and experimental results are found to be of good agreement. This study shows that a quadratic friction law is able to describe correctly the envelopes observed in our experimental tests: straight, convex, concave and a combination of both convex and concave.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

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