I.10 PROBLEME DU DISQUE DE FREIN
L'analyse bibliographique des phénomènes de
freinage montre que la principale sollicitation vient des fortes variations de
température induites par le frottement des plaquettes contre le disque.
En effet, la température peut varier de 20° C à plus de
700° C en quelques secondes seulement. Ces brusques variations ne
permettent pas à la température de s'homogénéiser.
De ce fait, le disque est le lieu de très forts gradients thermiques
dans l'épaisseur des pistes de frottement, mais aussi dans la direction
circonférentielle. Ces derniers gradients sont dus au fait que le flux
de chaleur qui entre dans le disque est localisé sous les plaquettes de
frein et que le disque tourne. Parfois, il apparait ce qu'on appelle des
points chauds; ce sont des zones circulaires
régulièrement espacées sur les pistes où la
température est localement plus élevée. Soumis à de
tels cycles thermiques, le disque subit des déformations
anélastiques (plastiques voire même viscoplastiques) qui sont
elles aussi homogènes dans la pièce. La prédiction
numérique des champs thermomécaniques qui s'établissent
dans le disque, a été mise en place la méthode de calcul
fondamental qui prenne en compte les couplages essentiels entre les
différents phénomènes, le caractère transitoire de
l'histoire thermique du disque, le comportement anélastique du
matériau, les gradients thermomécaniques orthoradiaux et la
rotation du disque. Dans cette étude, On se rend vite compte que la
simulation d'un freinage par une méthode classique par
éléments finis engendrerait des temps de calcul exorbitants.
I.11 LES MATERIAUX DU DISQUE DE FREIN
Les matériaux des composants du système de
freinage sont choisis selon les critères suivants : la fonction de la
pièce, le coût de la matière première et sa
facilité de fabrication, la masse.
Chapitre I Etude Bibliographique
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Chapitre I Etude Bibliographique
I.11.1 Le disque
Afin d'assurer un bon comportement thermique et
mécanique, le matériau idéal pour le disque de frein doit
pouvoir emmagasiner beaucoup de chaleur et supporter un effort mécanique
important, sur une large gamme de température de fonctionnement (dans
l'automobile, les températures d'utilisation varient entre 0
°C et 800 °C ; dans l'aviation les températures
peuvent atteindre les 3000°C). De plus, il doit être bon
marché et être de fabrication relativement facile.
Ainsi, s'il existe des matériaux à meilleur
comportement thermomécanique, la fonte grise à graphite
lamellaire est la plus communément utilisée dans l'industrie
automobile. En effet, la fonte est peu chère, se fabrique
aisément et peut être coulée facilement. Elle
présente également une bonne conductivité, une assez bonne
résistance mécanique, et une faible usure. Les proportions de
carbone et les ajouts de différents types d'éléments
d'addition (phosphore, potassium, silicium, manganèse, cuivre, soufre,
nickel, chrome, molybdène, aluminium, autres éléments
d'alliages et des impuretés diverses) permettent de faire varier
légèrement les propriétés thermomécaniques
de la fonte qui reste ainsi en perpétuelle évolution [8][9][10].
On rappelle que plus la teneur en carbone est élevée, plus la
résistance mécanique de la fonte est mauvaise. Par contre, la
conductivité augmente, ce qui diminue les contraintes thermiques.
Il existe néanmoins dans le cas de véhicules
à hautes performances des disques bi-matière avec un moyeu (ou
bol) en aluminium ou acier et une piste de freinage (couronne) en
carbone-céramique vissée ou rivetée (Fig.I.22). Ces
disques sont particulièrement coûteux mais plus légers et
plus résistants à l'usure, à la corrosion et aux hautes
températures.
Fig. I.22 : Disque
carbone-céramique.
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