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De nouvelles connaissances sur les frottements statiques et cinétiques

Des scientistes financés par l'UE ont élargi les connaissances sur la dynamique de la transition entre les frottements statiques et cinétiques, pour des interfaces hétérogènes. Ceci pourrait faciliter la gestion de problèmes importants dans divers domaines comme le génie mécanique, la géologie, la biologie et la robotique.
De nouvelles connaissances sur les frottements statiques et cinétiques
Les scientifiques du projet CASCADE (Frictional shear crack dynamics along heterogeneous interfaces), financé par l'UE, ont conduit des travaux numériques et des expériences afin d'avoir une idée plus complète du déclenchement d'un glissement, et en particulier de la dynamique des fissures de cisaillement survenant au niveau d'interfaces hétérogènes.

Les chercheurs ont commencé par concevoir, tester et calibrer un dispositif optomécanique pour surveiller le contact avec frottement entre un élastomère rugueux et un substrat rigide. Ils ont d'abord observé le champ de glissement avec une caméra à grande vitesse et un système de traitement d'images numériques. Ensuite, ils ont utilisé la segmentation d'image pour mesurer la dynamique de la zone de contact réel le long de l'interface.

Le dispositif a ainsi servi d'outil pour les premiers tests de modèles classiques du chargement tangentiel initial du contact entre la sphère lisse rigide et le plan en élastomère rugueux. Il a aussi permis d'étudier l'influence de divers paramètres sur la force du frottement statique au niveau de l'interface rugueuse.

Les scientifiques ont éclairci la relation entre la zone de contact réel et la force tangentielle appliquée à l'interface de contact. Ils ont aussi étudié l'influence de l'épaisseur d'un revêtement solide souple sur la surface rigide, et conclu qu'au contraire de l'opinion courante, la force de cisaillement n'est pas une constante du matériau.

Les expériences ont été soutenues par des modélisations. Les scientifiques ont conçu un modèle à plusieurs échelles pour élucider les mécanismes de la dynamique de rupture d'une interface à plusieurs contacts. Avec ce modèle, ils ont reproduit pour la première fois la transition entre des fronts rapides et anormalement lents, se propageant le long de l'interface. La modélisation a aussi conduit à classer les divers types de fronts possibles de fissures de cisaillement, et apporté d'importantes informations sur les mécanismes de détermination de la vitesse des fronts.

Les expériences et les modélisations de CASCADE ont amélioré la compréhension des mécanismes de la transition entre les frottements statiques et cinétiques.

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Mots-clés

Statique, frottement cinétique, interfaces hétérogènes, fissure de cisaillement, contact avec frottement