Effect of local slopes of roughness during contact between solids

Abstract

In this work we propose to deal with the study of static sealing. The latter is modelled in a microscopic scale with finite elements method. The numerical simulations are related to the contact between conical asperities of a rough surface and a smooth rigid plan. It thus makes it possible to observe the local behaviours of the asperities during their crushing and to draw conclusions on the influence of various parameters such as the attack angle. If it is possible to deal with only a few asperities, the finite elements method does not allow us to succeed a full three-dimensional study. We thus propose in this work a simplified approach to solve this contact problem and to perform its generalisation to a random morphology. This useful method considers the contact between the real surface, which roughness is modelled as a distribution of indenters with various attack angles, and a smooth rigid plan.

Nous nous proposons dans cet article d'étudier le problème de l'étanchéité statique. Celui-ci est considéré à une échelle microscopique et modélisé à l'aide de la méthode des éléments finis. Les simulations numériques réalisées consistent à observer le contact entre les aspérités de la surface rugueuse et un plan rigide parfait. Ceci nous permet alors d'étudier le comportement local des aspérités lors de l'écrasement, ainsi que l'influence de divers paramètres comme leur angle d'attaque. S'il est possible de réaliser de telles études en modélisant quelques aspérités seulement, la méthode des éléments finis ne permet pas de simuler un contact tridimensionnel complet. Nous proposons donc dans cette étude une approche simplifiée afin de traiter ce problème de contact et de le généraliser à des géométries aléatoires. Cette nouvelle méthode propose la modélisation du contact entre la surface réelle, dont la rugosité est idéalisée à l'aide d'indenteurs aux angles d'attaque variant, et un plan rigide parfait.

Keywords:

• rough surfaces
• finite elements modelling
• pressure distribution
• asperities
• crushing
• static sealing

Mots clés:

• surfaces rugueuses
• modélisation par éléments finis
• distribution des pressions
• aspérités
• écrasement
• étanchéité statique