Étude par la méthode d’homogénéisation des effets combinés de la rugosité de surface et de la rhéologie du lubrifiant sur le comportement d’un contact hydrodynamique

A study of combined effects of surface roughness and lubricant rheology on the hydrodynamic contact behavior using the homogenization method

¹ Laboratoire de Mécanique et Structures (LMS), Université de Guelma, BP 401, Ouelma 2400, Algérie
² Université de Lyon, CNRS INSA-Lyon, LaMCoS, UMR 5259, 69621 Villeurbanne, France

^a Auteur pour correspondance : benyebka.bou-said@insa-lyon.fr

Reçu : 19 Janvier 2010
Accepté : 23 Mai 2010

Résumé

Dans cet article, les effets combinés de la rugosité de surface et de la rhéologie du lubrifiant additivé sur les performances hydrodynamiques d’un patin plan incliné sont étudiés au moyen de la méthode d’homogénéisation. La surface du patin contiguë au film est supposée fixe et rugueuse tandis que la surface inférieure mobile est parfaitement lisse. Le modèle de fluide polaire ou à couple de contrainte de V.K. Stokes est adopté pour décrire le comportement rhéologique du lubrifiant s’écoulant entre les deux surfaces. Les études de simulation sont effectuées en considérant trois formes de rugosités (transversales, longitudinales et anisotropes) et différentes valeurs du paramètre de couple de contrainte. La comparaison des solutions obtenues par les méthodes déterministe et d’homogénéisation a permis de conclure que la méthode d’homogénéisation est efficace pour les trois formes de rugosité envisagées. Les résultats de l’étude paramétrique effectuée montrent que les rugosités de surface et les couples de contraintes dus à la présence des additifs polymériques dans le lubrifiant ont des effets non négligeables sur les performances hydrodynamiques du contact, à savoir : le champ de pression, la capacité de charge, le nombre de frottement et la puissance dissipée.

Abstract

The combined effects of surface roughness and lubricant rheology on the performance characteristics of a hydrodynamic inclined slider bearing are investigated by means of the homogenized method. The pad surface is rough and stationary while the lower surface is assumed to be smooth and moving. The V.K. Stokes couple stress fluid model is adopted to describe the rheological behavior of the lubricant flowing between the two surfaces. The numerical simulations are performed by considering three roughness patterns (transverse, longitudinal and anisotropic), and various values of the couple stress parameter. It is found that the homogenization method is rigorous and efficient for the three roughness patterns considered. It is also found that the combined effects of the surface roughness as well as the couple stress due to the presence of polymer additives on the hydrodynamic performance characteristics such as pressure field, load carrying capacity, friction factor and power loss are significant.