Validity study of the sum surface concept using a statistical approach of elastic contact between two rough surfaces

Vérification de la validité du concept de surface somme par une approche statistique du contact élastique entre deux surfaces rugueuses

Ich Tach Tran (1)

1 LISMMA - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Mécaniques et des MAtériaux

Surface properties, particularly micro-geometry, play a key role in all tribological systems. The analysis of the distribution of contact forces in the interface between rough surfaces is essential for the prediction of friction, wear, adhesion, electrical and thermal contact resistance... Many models have been proposed during the last decades to predict the forces between asperities of rough surfaces. Among these models, statistical models are mainly based on the contact between an equivalent rough surface, the sum surface - which combines micro-geometry of the two surfaces in contact and their material - and a smooth plane. However, the validity of this model has not been clearly demonstrated. The aim of our study was to develop a statistical model of the contact between two random isotropic rough surfaces and then compare the results with those obtained by considering the classical sum surface. The differences between the results have led us to propose a new definition for the sum surface.

Les propriétés de surface, particulièrement microgéométriques, jouent un rôle essentiel dans tous les systèmes tribologiques. L’analyse de la répartition des efforts de contact dans l’interface entre surfaces rugueuses est indispensable à la prédiction du frottement, de l'usure, de l'adhérence, des résistances de contact électrique et thermique… De nombreux modèles ont été proposés ces dernières décennies pour prédire les efforts entre aspérités de surfaces rugueuses. Parmi ces modèles, les modèles statistiques sont majoritairement développés en considérant le contact ente une surface rugueuse équivalente, la surface somme - qui tient compte des microgéométries des deux surfaces en contact ainsi que de leur matériau - et un plan lisse. Cependant la validité de cette modélisation n’a pas été clairement démontrée. L’objectif de notre étude a été de développer un modèle statistique de contact entre deux surfaces rugueuses isotropes aléatoires puis de comparer les résultats obtenus pour ces deux surfaces avec ceux obtenus en considérant la surface somme définie classiquement à partir des deux surfaces rugueuses et un plan lisse. Les différences entre les résultats nous ont amenés à proposer une nouvelle modélisation de la surface somme.

Mots clés: Statistical model; Micro-geometry; Rough surface; Sum surface

Mots clés: Modèle statistique; Microgéométrie; Surface rugueuse; Surface somme

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]; Matériaux

Ich Tach Tran. Vérification de la validité du concept de surface somme par une approche statistique du contact élastique entre deux surfaces rugueuses. Mécanique [physics.med-ph]. Ecole Centrale Paris, 2015. Français. ⟨NNT : 2015ECAP0010⟩. ⟨tel-01560669v2⟩