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Relationship between the metallurgical state of martensitic stainless steels and particulate emission in braking situation
No full textLe freinage par friction est une source d'émission de particules critiques pour la qualité de l’air, particulièrement en milieu urbain. La plupart de ces particules sont constituées d’oxydes métalliques, de taille nanométrique et potentiellement cancérogènes. Elles peuvent franchir les barrières naturelles et s'accumuler dans le corps humain et le vivant, constituant ainsi un problème majeur de santé publique et environnemental. Les oxydes de fer sont les particules les plus courantes, provenant de l'usure des matériaux de friction, notamment la fonte à graphite lamellaire qui constitue la grande majorité des disques de frein automobile. L'objectif de la thèse porte sur le potentiel de réduction à la source de ces émissions par l’usage d’aciers inoxydables alternatifs à la fonte. Différentes nuances d'aciers inoxydables martensitiques sont développés et comparés à une fonte à graphite lamellaire utilisée comme référence. Deux garnitures de frein sont considérées afin de discriminer les processus d’usure et leur lien avec les émissions de particules. Pour mieux comprendre les facteurs déterminant de la production et de l'émission de particules, les travaux se sont attachés à lier la dynamique des émissions avec le circuit tribologique et la sollicitation thermomécanique du contact disque - garniture. Pour cela, une expérimentation est développée, capable de reproduire des scénarios de freinage représentatifs de la circulation automobile urbaine et périurbaine sur un tribomètre de laboratoire. L'instrumentation mise en place comprend un système de prélèvement et d’analyse des émissions de particules couplé à un monitoring tribologique, thermique et thermomécanique de la sollicitation. La démarche multiphysique et multiéchelle adoptée s’appuie ainsi sur des analyses "operando" et "post mortem", qu’il s’agisse des surfaces frottées, de l’usure et des particules émises. Elle questionne l’implication des matériaux au sein du triplet tribologique, et considère des facteurs environnementaux, premiers corps (disque et garniture) et d’usage. Des liens sont établis avec le circuit tribologique, la sollicitation et la localisation de la dissipation de l'énergie dans le contact. Les processus d'usure sont étudiés en relation avec les microstructures, les mécanismes de déformation et les transformations métallurgiques à proximité de la surface frottée du disque, ainsi que les mécanismes d’oxydation en surface, pour une meilleure compréhension de la formation des débits source et de la circulation du troisième corps au sein du circuit tribologique. Les travaux, co-financés par la région Hauts-de-France et l'Initiative d'Excellence Université de Lille, ont fait l'objet d'un partenariat avec la société APERAM Stainless SteelBraking by friction is a source of particulate emissions critical to air quality, particularly in urban environments. Most of these particles are metal oxides, nanometric in size and potentially carcinogenic. They can bypass natural barriers and accumulate in the human body and biota, constituting a major public health and environmental issue. Iron oxides are the most common particles, originating from the wear of friction materials, notably the lamellar graphite cast iron that makes up the great majority of automotive brake discs. The aim of this thesis is to examine the potential for reducing these emissions at their source, through the use of alternative stainless steels to cast iron. Different grades of martensitic stainless steels are developed and compared with a lamellar graphite cast iron used as a reference. Two brake linings are considered to discriminate wear processes and their link with particulate emissions. To gain a better understanding of particle production and emission factors, the research focused on linking the dynamics of emissions with the tribological circuit and the thermomechanical loading of the disc-pad contact. To this end, we have developed an experiment capable of reproducing braking scenarios representative of urban and suburban traffic on a laboratory tribometer. The instrumentation set up includes a system for sampling and analyzing particle emissions, coupled with tribological, thermal and thermomechanical loading monitoring. The multiphysics and multiscale approach adopted is based on "operando" and "post mortem analyses of rubbed surfaces, wear and particle emissions. It questions the involvement of materials within the tribological triplet, and considers environmental, first-bodies (disc and pad) and usage factors. Links are established with the tribological circuit, the contact loading and the localization of energy dissipation in the contact. Wear processes are studied in relation to microstructures, deformation mechanisms and metallurgical transformations in the vicinity of the disc's worn surface, as well as surface oxidation mechanisms, for a better understanding of source flow formation and third-body circulation within the tribological circuit. The work, co-financed by the Hauts-de-France region and the Initiative d'Excellence Université de Lille, was carried out in partnership with APERAM Stainless Stee
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Evolution of railway brake performance depending on load history
No full textLes freins à disques ferroviaires sont utilisés pour réduire la vitesse des trains en dissipant leur énergie cinétique, principalement sous forme de chaleur. Dans les situations d’urgence, ils peuvent être soumis à des freinages sévères les exposant à des sollicitations thermomécaniques extrêmes. Les organes de friction doivent alors conserver leur intégrité pour maintenir un niveau de frottement constant et assurer la sécurité des usagers. Pour les applications de freinage à haute énergie, les freins sont équipés de disques en acier et de garnitures métalliques à base fer-cuivre dissipant efficacement la chaleur tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques à haute température. Une baisse de la performance de freinage a toutefois été observée lors d’essais industriels et en laboratoire, dans le cas de freins à disques exposés à des séries de freinages d’urgence particulièrement sollicitants. Au cours des freinages suivants, le frottement reste réduit malgré un retour à des conditions plus proches de l’usage en service, révélant un effet d’histoire de la sollicitation sur la performance de freinage. L’objectif de cette étude est de comprendre comment le frottement peut évoluer avec l’historique de sollicitation, pour améliorer la conception des garnitures de freins de manière à limiter ce phénomène. Pour cela, les conditions d’apparition de la baisse de performance ont été identifiées sur un banc d’essai industriel à l’échelle 1, et reproduites à l’échelle réduite sur un tribomètre pion-disque. L’analyse des mécanismes tribologiques, associée à la reconstitution d’un historique de sollicitation thermomécanique, de frottement et d’usure, a permis de décrire l’évolution du frottement lors du passage de conditions de service à des conditions plus sévères, puis du retour aux conditions de service. Notamment, le cuivre présent dans les garnitures métalliques a été identifié comme jouant un rôle essentiel dans la perturbation des processus de formation et de destruction du troisième corps et dans la manière dont celui-ci accommode le glissementRailway disc brake systems are used to reduce train speed by dissipating their kinetic energy, mostly into heat. During emergencies, severe braking can expose them to extreme temperatures. Friction components must therefore keep their integrity in order to maintain a constant level of friction and ensure the passengers’ safety. For high-energy braking applications, the brakes are fitted with steel discs and iron-copper-based metal linings that dissipate heat efficiently while keeping good mechanical properties at high temperatures. However, during industrial and laboratory tests, a decrease in braking performance was observed when disc brake systems were exposed to a series of particularly severe emergency brake applications. During subsequent braking operations, friction remained low despite a return to conditions closer to service use, revealing a history effect of the load on braking performance. The aim of this study is to understand how friction can change with load history, in order to improve the design of brake linings so as to limit this phenomenon. This was first achieved by identifying the conditions leading to the friction fade on a full scale industrial test bench, and then by reproducing those conditions on a reduced scale pin-on-disc tribometer. The analysis of tribological mechanisms, combined with that of thermomechanical load, friction and wear history, made it possible to describe the evolution of friction when transitioning from service to more severe conditions, and then back to service conditions. In particular, copper in metal linings was identified as playing an essential role in disturbing the formation and destruction processes of the third body and in the way it accommodates slidin
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Blade / abradable-coating contact dynamics : experimental identification of interaction force and mechanisms
No full textLe rendement des compresseurs aéronautiques est amélioré en minimisant le jeu entre les aubes en rotation et le carter qui les entoure, réduisant ainsi les fuites aérodynamiques. Ce jeu réduit occasionne des contacts entre les aubes et le carter ; afin d’assurer leur intégrité mécanique, le carter est revêtu d’un matériau abradable sacrificiel, lequel accommode les incursions d’aube. Les interactions aube – revêtement abradable couplent des phénomènes tribologiques et vibratoires à haute vitesse et à haute température, dont l’étude expérimentale est requise pour le développement de modèles numériques prédictifs. L’objectif de cette thèse est d’identifier expérimentalement la force et les mécanismes d’interaction aube-abradable AlSi-Polyester dans une configuration d’essai représentative du fonctionnement des étages de compresseur basse-pression. Des méthodes couplées expérimentales - analytiques, prenant en compte la dynamique d’aube, ont été développées afin d’accéder à la force d’interaction et à l’incursion aube-abradable. L’influence de la température, de la nuance du matériau abradable et de la raideur d’aube a été étudiée. Les mécanismes d’usure et d’endommagement du revêtement abradable ont été investigués et corrélés aux conditions d’interaction. Ces travaux de thèse ont été réalisés dans le cadre d’une collaboration entre le Laboratoire de Mécanique de Lille, SNECMA Villaroche (groupe SAFRAN) et le centre ONERA de Lille.Minimizing the clearance between turbofan blades and the surrounding casing is a key factor to re-ducing leakage flows and consequently improving efficiency. The tight clearance may lead to blade-casing interactions. An abradable coating is deposited on the casing to accommodate blade incursions and thus to protect the blades and the casing from severe damage. Blade/abradable-coating interactions involve tribological and vibratory phenomena at high velocity and temperature. Experimental knowledge of these interactions is paramount to the proper design of abradable materials and the prediction of their lifetimes through numerical simulations. The purpose of this thesis is to identify experimentally the force and the mechanisms occuring during interaction between a vibrating blade and an AlSi-Polyester abradable coating. To this end, experiments were conducted on a dedicated test rig, in conditions representative of low-pressure compressor situation. Specific methods involving dynamical measurements and analytical models have been developed in order to obtain the blade/abradable-coating interacting force as well as the blade tip incursion. The influence of temperature, coating nature and blade stiffness has been studied. The interaction mechanisms and wear of the abradable coating have been investigated and correlated with the interaction conditions. This work was achieved within the framework of cooperation between Laboratoire de Mécanique de Lille (France), SAFRAN-SNECMA (France) and ONERA, the French Aerospace Lab
Study and characterization of wear and heat phenomena for aircraft’s structural materials during wheels-up emergency landing
No full textDurant les atterrissages d'urgence "trains rentrés", les phénomènes d'usure et d'échauffement qui pilotent le frottement sec aéronef/piste constituent un danger pour les passagers. Il est donc primordial de concevoir des expériences pour étudier et caractériser ces phénomènes. À ce stade des recherches, la solution la plus accessible consiste en des expériences en laboratoire et donc à échelle réduite. Les travaux de recherche ont pour objectif la conception d'expériences tribologiques en laboratoire représentatives des atterrissages "trains rentrés". En parallèle de cette conception, les travaux de thèse s'appuient sur un tribomètre existant pour identifier et proposer des méthodes de caractérisation de la physique sous-jacente à l'usure et l'échauffement pour des triplets tribologiques proches du cas réel. En se basant sur des expériences de type "patin en béton sur disque rotatif en alliage d'aluminium", il s'est d'abord agi de proposer une méthode d'analyse multi-échelle pour déterminer le processus tribologique dans le cadre de la tribologie à trois corps. S'en est suivi l'étude de l'échauffement du système tribologique avec une attention particulière portée sur la chaleur transmise par le disque à son support. Enfin, une réflexion a été faite sur le changement d'échelle, à travers une analyse dimensionnelle des scénarios d'usure et d'échauffement proposés. Les travaux de recherche ont permis de mettre en évidence le rôle protecteur (portance) du troisième corps solide favorisé par la configuration structurale dans certains triplets tribologiques proches du cas réel. Ils permettent également une comparaison des performances de triplets contenant un PRFC à ceux contenant un alliage d'aluminium.During wheels-up emergency landings, wear and heat phenomena underneath the dry friction between the aircraft and the runway might endanger the passengers. Thus it is mandatory to design experiments to study and characterise these phenomena. At this stage of research, the most accessible solution consists of laboratory experiments, that is to say at a lower scale. The aim of the research work is to design tribological laboratory experiments that are representative of wheels-up situations. In parallel with this design, the PhD work is based on an existing tribometer to identify and propose methods for characterising the physics underlying wear and heat for tribological triplets close to the crash situations' ones. Based on concrete pad-on-aluminium alloy disc experiments, at first, a multi-scale analysis method was proposed to determine the wear scenario within the framework of the three-body tribology. This was followed by the study of the heat in the triplet focusing on the heat transmitted by the disc to its support. Finally, a reflection was carried on downscaling, through a dimensional analysis of the wear and heat scenarios. The PhD work highlighted the protective role of the third solid body enhanced by the structure in certain tribological triplets close to the crash situations' ones. It also allows the comparison of the performances of triplets containing a CFRP with those containing an aluminium alloy
Experimental investigation of the relationship between noise occurrence and the load-bearing area in dry sliding contact
No full textLes freins à friction peuvent induire des vibrations et du bruit, notamment le crissement, qui constitue un enjeu de santé publique majeur. Le crissement résulte d’une instabilité dynamique, responsable de vibrations de grande amplitude et d’émissions sonores intenses. Si le phénomène est bien connu en soi, l'origine des occurrences de crissement demeure mal comprise. Il est reconnu que le crissement est lié à de nombreux facteurs, parmi eux notamment l'usure des organes de friction. La nature multi-échelle des couplages physiques, la complexité des matériaux de friction et la nature fermée du contact, sont cependant autant d'obstacles à la compréhension de son apparition.Ce travail expérimental s'appuie sur la tribologie à trois corps et la notion de circuit tribologique pour explorer les mécanismes source de crissement, considérant que les écoulements du troisième corps modifient continuellement les surfaces de frottement et donc l’aire de portance pendant le glissement.L'objectif des travaux est d'examiner le lien entre l’évolution du troisième corps, celle du triplet tribologique et l'apparition du bruit en condition de frottement sec. Pour cela, un tribomètre élémentaire, dédié à l'analyse vibratoire d’un contact est utilisé, l’expérimentation permettant l’observation de l'interface à travers un disque transparent et un contrôle du circuit tribologique par l’usage d’un troisième corps artificiel et d’une configuration de contact appropriée. Les résultats montrent en particulier que l'apparition du crissement est fortement liée à la densification et à la redistribution de la couche de troisième corps dans le contact au cours du glissementFriction brakes can induce vibrations and noise, including squealing, which is a major public health concern. Squeal results from dynamic instabilities, leading to high amplitude vibrations and intense noise emissions. Although the phenomenon is well known, the origin of squealing occurrences remains poorly understood. It is recognized that squealing is related to many factors, including the wear of the friction parts. However, the multi-scale nature of physical couplings, the complexity of friction materials and the closed nature of contact are all obstacles to understanding its appearance.This experimental work is based on the third-body approach and the notion of a tribological circuit to explore the mechanisms originating squeal, considering that flows of third body at the interface continuously change the friction surfaces and thus the load-bearing area during the slip.The objective of the work is to examine the link between the change of the third body, that of the tribological triplet and the appearance of noise in dry friction conditions. For this purpose, an elementary tribometer dedicated to the analysis of contact vibrations is used, the experiment allowing a monitoring of the interface through a transparent disc and a control of the tribological circuit by the use of an artificial third body and an appropriate contact configuration. The results show in particular that the appearance of squealing is strongly related to the densification and redistribution of the third-body layer in the contact during slidin
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Blade/seal contacts in a jet engine : experimental contribution to the characterization of the mechanical behaviour of the abradable seal, and of its dynamic interaction with the blade, on a rotating device
No full textL’utilisation de revêtements abradables pour assurer l’étanchéité dynamique des turboréacteurs est une solution répandue qui permet d’augmenter la fiabilité et le rendement aérodynamique des turboréacteurs. En fonctionnement, des touches inévitables entre le revêtement et le bout d’aubes de rotor peuvent être à l’origine d’une usure excessive du revêtement abradable et/ou de la rupture d’aube. La simulation numérique de tels incidents butte sur un manque de connaissance des interactions aube/carter et des forces mises en jeu au contact, forces qui résultent notamment de couplages entre le frottement, l’usure du revêtement et des phénomènes vibratoires.Cette thèse a pour objectif de mieux appréhender les mécanismes d’interaction entre l’aube et le revêtement abradable. Elle résulte d’une collaboration entre l’ONERA de Lille et le Laboratoire de Mécanique de Lille et concerne le revêtement de type Al-Si/hbN (Metco 320NS), couramment utilisé dans les compresseurs à basse pression.Les propriétés physico-chimiques et le comportement mécanique – notamment en dynamique – du revêtement abradable sont étudiés. Compte-tenu d’une asymétrie du comportement en traction et en compression, l’exploitation en corrélation d’images numériques d’un essai original inspiré de l’essai Brésilien permet de rendre compte des mécanismes de dégradation. Le comportement tribologique est étudié sur tribomètre dans différentes configurations de contact. L’interaction entre l’aube et le revêtement ainsi que les couplages avec les vibrations d’aube sont investigués et caractérisés dans une configuration simplifiée et fortement instrumentée, sur un banc rotatif spécifique développé à l’ONERA de LilleAbradable seals are extensively used in jet engines to ensure smaller rotor/stator dynamic clearances and lead to higher aerodynamic efficiencies. However, the resulting reduced rotor/stator gap can cause excessive seal wear and/or a significant increase in rotor blades solicitation, both of which can be highly detrimental to the engine’s structural integrity. To allow numerical modelling of such accidental scenarios, there is a need to better comprehend the blade/seal interactions as well as the contact forces involved and that can be influenced by the couplings occurring between friction, seal wear and blade vibration.This thesis aims at contributing to a better understanding of the blade/seal interaction mechanisms, in the framework of a cooperation between ONERA de Lille and the Laboratoire de Mécanique de Lille. The abradable material is of Al-Si/hBN type (Metco 320NS), commonly used in low pressure compressors. The physicochemical properties and the mechanical behaviour – under static and dynamic loading – of this abradable material are tested. Given the anti-symmetry of its tension and compression behaviour, use of the Digital Image Correlation technique to analyze an experiment derived from the Brazilian test allows qualification of the damage mechanisms. The friction behaviour of the abradable seal is studied on a tribometer using different contact configurations. Characterisation of the blade/seal interaction and of some of the associated coupling phenomena is done on a dedicated and instrumented device developed at ONERA de Lill
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