Static and dynamic performances of lubricated contacts with Maxwell fluids : a mixed model

Abstract

The influence of non Newtonian effects on the static and dynamic performance of slider and journal bearings in thermohydrodynamic regime is analyzed using a mixed model with an integral formulation and a Finite Element method resolution. The mixed model is used here for the first time in lubrication. It takes into account the implicit rheological laws. The shear stress field appears in this formulation as a nodal unknown and eases the use of rheological laws with yield criteria. This mixed model can accept various constitutive laws of Maxwell type (linear or non-linear viscous, viscoelastic or viscoelastic plastic). Corresponding energy equations are also developed. Results show that when compared to the classical viscous solution, viscoelastic effects: - significantly modify friction torque when operating under steady state conditions, - improve bearing dynamic coefficients but can, under specific running conditions, increase the instability zone.

L'influence des effets non newtoniens sur les caractéristiques statiques et dynamiques de paliers en régime thermohydrodynamique est analysée grâce à un modèle mixte et une discrétisation par éléments finis. Ce modèle mixte est utilisé ici pour la première fois à notre connaissance en lubrification. Il peut intégrer des lois rhéologiques de type implicite. Le champ de contraintes apparaît comme inconnues nodales et des lois rhéologiques utilisant des critères avec seuil peuvent être facilement simulées. Grâce à ce modèle mixte il est possible de considérer des lois de comportement de type Maxwell (visqueux linéaire ou non, viscoélastique ou viscoélastique-plastique). Les équations de dissipation d'énergie correspondantes sont présentées. Comparativement aux approches visqueuses linéaires classiques, les résultats montrent que la viscoélasticité : – modifie d'une manière significative le couple de frottement en régime permanent, – modifie fortement les coefficients dynamiques et sous certaines conditions de fonctionnement augmente notablement le domaine de stabilité.

Keywords:

• journal bearing
• finite element method
• non-newtonian fluid
• mixed model

Mots clés:

• paliers lisses
• éléments finis
• fluide non newtonien
• méthode mixte