Le terme « fretting » décrit à la fois des conditions tribologiques spécifiques (sollicitations vibratoires à amplitude de débattement faible, qui peut générer un glissement des interfaces limité tel qu’une portion des surfaces nominales reste toujours en contact) et le mécanisme d’endommagement résultant. Celui-ci peut faire intervenir des combinaisons de mécanismes élémentaires de type usure (abrasion, grippage …) et fatigue de contact (amorçage de fissure, écaillage, délamination …).

Cette activité de recherche se focalise sur l’étude expérimentale des phénomènes d’endommagement par fretting pur, sans couplage avec des sollicitations de fatigue volumique des échantillons. Les phénomènes de type fretting-fatigue et fretting-usure des surfaces sont simulés expérimentalement pour l’étude des performances de substrats métalliques ou composites, et pour la caractérisation de solutions palliatives aux endommagements (traitements de surface et revêtements).

Les deux moyens d’essais dédiés (Vibro-Cryo-TriboMètre et Vibro-Thermo-TriboMètre) permettent de couvrir une large plage d’ambiances thermiques (températures cryogéniques en bain d’azote liquide, jusqu’à 600°C par air pulsé). Un contrôle en parallèle de l’hygrométrie est également possible grâce à une enceinte climatique externe mobile.

Les porte-échantillons et les dispositifs de réglage des moyens d’essais sont spécifiquement conçus pour permettre l’étude de situations de contact surfacique (plan/plan ou autres géométries de contacts conformels).

Cette problématique est abordée de plusieurs manières :

(i) Analyses locale des endommagements

(ii) Caractérisation de la raideur de contact

(iii) Caractérisation de l’évolution de l’amortissement par frottement sec

Analyse locale des endommagements

En particulier pour l’étude des surfaces rugueuses en configuration surfacique, l’estimation de l’usure et la compréhension des phénomènes d’endommagements nécessite des approches locales. Les mouvements de matières et transformations de surface sont d’un ordre de grandeur proche ou inférieur aux états de surface d’origine.

La mise en place de méthodes d’analyses topographiques 3D comparatives entre les surfométries avant et après essais est un moyen de mettre en évidence de manière fine ces endommagements tribologiques.

Caractérisation de la raideur de contact

La modélisation du comportement mécanique de différentes structures assemblées nécessite la connaissance du comportement des interfaces, qui comprends notamment les raideurs normales et tangentielles du contact. Les conditions de chargement ainsi que les endommagements tribologiques sont susceptibles de faire fortement évoluer la raideur de l’interface.

La mesure directe de la raideur réelle de contact à partir de cycles d’hystérésis efforts tangentiel/déplacement résulte d’un positionnement au plus proche du contact des capteurs, d’une connaissance précise de la chaîne de mesure, ainsi que de la caractérisation du comportement des différentes parties mécaniques du banc d’essai.

Caractérisation de l’évolution de l’amortissement par frottement sec

La modélisation du comportement vibratoire des structures assemblées implique la maîtrise des différentes sources d’amortissement. Une partie peut venir du comportement intrinsèque des matériaux, mais les interfaces de contact soumises à des micro-glissements peuvent également être une source de dissipation.

Le post-traitement des cycles d’hystérésis effort/déplacement couplé à une modélisation du banc permet de caractériser un taux amortissement pour une situation tribologique, et de quantifier son évolution avec l’endommagement.