problème de coeff de frottement

[invite22ec8730]

Actuellement en stage j'aurais besoin de vos connaissances, pour résoudre un problème de frottement:

Je cherche à interpréter par le calcul des résultats expérimentaux de frottement statique et dynamique.

J’ai fabriqué un banc d’essai de frottement dans le cadre du projet permettant de transmettre un effort normal constant, et avec une machine de traction/compression de récupérer l’effort tangentiel de l’éprouvette.
Dans le principe tout va bien μ=T/N (dans mon cas mais c’est μ=T/ (2*N)) dans le cas où la section de contact est constante.
Mais la section varie dès que la pièce recevant l’effort tangentiel se met en mouvement (coeff. de frottement statique atteint).

les images des résultats (courbe de compression) et du montage sont joint à la fin du post

Les sections en contact font 6mm par 3mm (sur l'épaisseur), et le matériau utilisé est du PA6 GF30% usiné par jet d'eau, donc avec un très bon état de surface.

Mon problème est que je n’arrive pas à relier cette variation de section en frottement, au coefficient de frottement.
Un détail aussi, la vitesse tangentielle est constante pour chaque expérience mais elle semble avoir son influence aussi (10mm/min)

Est ce que vous auriez une idée pour la résolution de ce problème?

D’avance merci
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[invitea3eb043e]

Evidemment, je ne connais pas vraiment ton montage mais je suis un peu embêté par le fait que l'aire du contact varie parce que ton étau va se déformer et la force normale aux mors va avoir une composante verticale qui s'ajoute à ta poussée, un peu comme un savon que l'on pince entre les doigts.
Une précaution serait de prendre une éprouvette suffisamment longue pour que la surface de contact ne change pas de forme.

[invite22ec8730]

Evidemment, je ne connais pas vraiment ton montage mais je suis un peu embêté par le fait que l'aire du contact varie parce que ton étau va se déformer et la force normale aux mors va avoir une composante verticale qui s'ajoute à ta poussée, un peu comme un savon que l'on pince entre les doigts.
Une précaution serait de prendre une éprouvette suffisamment longue pour que la surface de contact ne change pas de forme.

Merci pour ta réponse JP,
D'abord, j'ai pu tester le montage hier, et les deux pattes extérieurs ne suportent aucun efforts verticaux (tout est retransféré vers la base par le biai du "U" raccordant les deux pattes, sans déformation).
J'ai aussi un système qui maintient les deux pattes parallèle, en cas de casse, ça permet de pouvoir tout réutiliser

Pas d'autre personne pour ce petit problème de frottement à surface variable?
Au moins une base de réflexion pour que je puisse continuer...

[invitea4f08f8b]

Bonjour,

J'essaye de comprendre un peu le problème.
L'éprouvette serait la partie en vert sur ton plan et j'imagine que tu fais bouger le petit pion rouge? Le ressort maintient une pression cste.
Tu mesures quoi et comment ? avec une jauge de contrainte ?
L'isostatisme de tes pièces est-il rigoureux ?

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
Mon pif me dit que quand un appuie verticalement le pion rouge, la force normale augmente comme si chaque côté de l'éprouvette pivotait sur le bas de sa branche du U.
Il faudrait que les branches du U soient séparées de presque la même distance que la largeur du pion rouge.
Au revoir.

[sitalgo]

B'jour,

Quelles sont les raisons pour lesquelles on n'a pas fait le "poinçon" plus long de façon que la surface de frottement ne change pas ?
En théorie, peut-être simpliste, la variation de cette surface n'a pas d'influence sur T car quand augmente augmente mais sur une surface diminuée proportionnellement.
Je ne saisis pas ce que représente "allongement" en abscisse, c'est le déplacement du poinçon ?
La pente de cette courbe serait une anomalie ? (pour moi c'est le cas)

[invite22ec8730]

Bon, je m’aperçois que je m'exprime très mal, bref je recommence

La loi générale du frottement dit: μ=T/N c'est la partie simple...

J'ai fait le montage que vous avez vu ci dessus, pour valider le coefficient de frottement de mon polyamide.
Sur l'image l'effort normal de frottement est bien donné par la tension du ressort (Bien vu meca59).
L'effort tangentiel de frottement est donné par une machine de traction compression muni d'un capteur d'effort d'une capacité de 500 N (interchangeable avec d'autre capteur de plus grande capa).
La partie verte de l'éprouvette est complètement fixe seul le "téton" rouge est mis en mouvement par la machine de compression.

En principe la force de compression devrait être constant, puisque la force normal est CONSTANTE .Et oui LPFR, le coefficient de raideur du ressort est suffisamment important, pour pouvoir compenser les variations de distances dans le sens de l'effort normal, de l'éprouvette, et ainsi maintenir cette effort relativement constant + ou - 5 N à 200 N.
Or la seconde partie du graphe de l'effort (phase de frottement dynamique) rentre en contradiction avec la formule générale (il diminue de moitié) de ce faite, je pense que la variation de section a son influence ainsi que la vitesse de l'essai...

Et je vous repose ma question:

Existe il une formule, une loi, quelque chose qui relie le coefficient de frottement, les forces normale et tangentielle de frottement, la section (Qui varie en fonction du temps dans la phase dynamique de frottement [ dans mon cas]), et la vitesse relative de frottement entre les surfaces en frottement...

Je sais c'est vraiment tordu comme problème, et je m'excuse pour les cheveux que vous aurez perdu en tentant de trouver quelque chose.

[sitalgo]

Je suppose qu'au départ on veille que le u soit bien en contact avec le socle. La déformation avant glissement étant de 0,3mm sur une hauteur de pied que j'estime à 12mm au max, ce qui donne 2,5%. même s'il y a 0,1mm de jeu éventuel l reste 0,2mm et 1,6%. Ce matériaux n'est donc pas très rigide.
Dans ces conditions je ne pense pas que les faces d'essai soient maintenues parallèles, surtout avec l'asymétrie de la poussée normale qui en rajoute.
On rajoute un goutte d'huile et comme dit Jean-Paul on pince un savon.
Mais bon, ça marche aussi avec les pépins d'orange.

[LPFR]

En principe la force de compression devrait être constant, puisque la force normal est CONSTANTE .Et oui LPFR, le coefficient de raideur du ressort est suffisamment important, pour pouvoir compenser les variations de distances dans le sens de l'effort normal, de l'éprouvette, et ainsi maintenir cette effort relativement constant + ou - 5 N à 200 N.

Bonjour.
Je ne me suis pas fait comprendre.
Même si la raideur du ressort est constante, la force due à la flexion autour du pied de la patte du U augmente la normale d'un rapport donné par la distance entre la surface de friction et le milieu de la patte divisée par la hauteur de la patte. Vous le verrez mieux si vous imaginez qu'il y a une charnière à la basse de chaque patte du U. Ou si vous imaginez un U très très large.

Mais votre problème est peut être ailleurs.
Est que l'état de surface des surfaces de friction ne change pas? Avez-vous fait la même manip avec des forces normales différentes?
Il serait possible que le premier glissement "polisse" les surfaces.
Au revoir.

[invite22ec8730]

Les conditions d'utilisation sont celle ci sitalgo, et évidemment que le matériau à des déformation c'est du plastique et gérer des positionnement avec des pièce qui font 3mm d'épai par 18 de haut, il faut limite une pince de chirurgien...
Et à partir d'un certain seuil les éléments se stabilisent et ne se déforme plus (j'ai vérifié).
Mais je fais des recherches sur la partie dynamique du frottement c'est à dire la partie linéaire descendente de la courbe, que je n'arrive pas à comprendre puisqu'en principe elle est constante.

[invite22ec8730]

Bonjour.
Je ne me suis pas fait comprendre.
Même si la raideur du ressort est constante, la force due à la flexion autour du pied de la patte du U augmente la normale d'un rapport donné par la distance entre la surface de friction et le milieu de la patte divisée par la hauteur de la patte. Vous le verrez mieux si vous imaginez qu'il y a une charnière à la basse de chaque patte du U. Ou si vous imaginez un U très très large.

Mais votre problème est peut être ailleurs.
Est que l'état de surface des surfaces de friction ne change pas? Avez-vous fait la même manip avec des forces normales différentes?
Il serait possible que le premier glissement "polisse" les surfaces.
Au revoir.

En principe oui il faudrait que j'articule la base pour ne pas avoir un effort résiduel s'opposant à l'effort normal, mais le déplacement relatif entre les deux parties encadrant le "téton" sont infime de l'ordre de 0.05 mm et avec un logiciel de RDM, j'ai pu voir que cette éffort était vraiment infime...

Ensuite, pour l'effet de polissage, j'y avais déjà penser, merci, mais ça ne change pas grand chose, en effet on à une sorte d'effet de polissage sur la première courbe mais sur les suivantes les coefficient directeur de chaque courbes sont identiques.
Au passage, ces éléments ne sont pas usiné en fraisage, mais par jet d'eau, d'où un état de surface digne d'une d'injection thermoplastique plastique (plus lisse que ça c'est difficilement possible).

Et toujours personne pour relier le coefficient de frottement, les forces normale et tangentielle de frottement, la section (Qui varie en fonction du temps dans la phase dynamique de frottement [ dans mon cas]), et la vitesse relative de frottement entre les surfaces en frottement ?


Tybø

[LPFR]

En principe oui il faudrait que j'articule la base pour ne pas avoir un effort résiduel s'opposant à l'effort normal, mais le déplacement relatif entre les deux parties encadrant le "téton" sont infime de l'ordre de 0.05 mm et avec un logiciel de RDM, j'ai pu voir que cette éffort était vraiment infime...

Ensuite, pour l'effet de polissage, j'y avais déjà penser, merci, mais ça ne change pas grand chose, en effet on à une sorte d'effet de polissage sur la première courbe mais sur les suivantes les coefficient directeur de chaque courbes sont identiques.
Au passage, ces éléments ne sont pas usiné en fraisage, mais par jet d'eau, d'où un état de surface digne d'une d'injection thermoplastique plastique (plus lisse que ça c'est difficilement possible).

Et toujours personne pour relier le coefficient de frottement, les forces normale et tangentielle de frottement, la section (Qui varie en fonction du temps dans la phase dynamique de frottement [ dans mon cas]), et la vitesse relative de frottement entre les surfaces en frottement ?


Tybø

Re.
Je pense que vous n'avez toujours pas compris ce que je veux dire. Ça n'a rien à voir avec le jeu ou le mouvement de l'éprouvette.

Comme Sitalgo vous l'a déjà dit, les forces ne dépendent pas de la surface, mais uniquement de la normale.

C'est ce que l'on trouve dans tous les bouquins. Mais il est vrai que ce ne doit pas être tout à fait vrai car en Formule1 les pneus accrochent mieux quand ils appuient sur une surface plus large. Je n'ai jamais trouvé ni des valeurs ni d'explications pour cet effet ni même s'il est valable uniquement pour le caoutchouc ou pour d'autres matériaux.
A+

[sitalgo]

Et à partir d'un certain seuil les éléments se stabilisent et ne se déforme plus (j'ai vérifié).

Il ne s'agit pas des déformations des éléments, quoique ça y participe peu ou prou, mais de celle des faces. Le déplacement du téton fait que la charge n'est plus centrée sur les faces et celles-ci s'inclinent (sans rester planes, c'est une inclinaison moyenne). La contrainte N n'est pas uniforme mais en trapèze, le coin haut du téton "entre" dans la face, c'est ici qu'il peut éventuellement recevoir une poussée vers le bas qui augmente avec l'excentrement.

Un moyen de vérifier si cela a une incidence est d'avoir un téton plus long qui assure une surface de contact constante.