Étude théorique et numérique des effets combinés du comportement non-newtonien et de la piézoviscosité du lubrifiant sur les performances statiques d’un palier compliant

A theoretical and numerical study of combined effects of no Newtonian and piezoviscosity lubricant on the static performances of compliant journal bearing

H. Boucherit et M. Lahmar

Laboratoire de Mécanique et des Structures (LMS), Département de Génie Mécanique, Université 8 mai 45, Guelma, BP 401, Guelma 24000, Algérie
e-mail: bouchrit_f@yahoo.fr; mustapha.lahmar@yahoo.fr

Reçu : 1 Juin 2011
Accepté : 19 Janvier 2012

Résumé

Le travail proposé s’intéresse à l’étude théorique et numérique des effets combinés des couples de contraintes dus à la présence des additifs améliorant l’indice de viscosité (VI), de la variation viscosité-pression (piézoviscosité) et de la variation densité-pression (compressibilité) sur les performances statiques d’un palier compliant. La présence des additifs améliorant l’indice de viscosité (polymères) rend le comportement rhéologique du fluide lubrifiant non newtonien. L’étude de l’écoulement de ce type de fluide est basée sur l’application de la théorie des milieux continus de Vijay Kumar Stokes qui tient compte de la taille des macromolécules incorporées aux huiles de base d’origine minérale ou synthétique. Le Modèle Couche Elastique Mince (MCEM), la loi de Barus et la loi de Dawson et Higginson sont retenus pour tenir compte à la fois des effets de déformations élastiques du revêtement de surface du palier dues au champ de pression hydrodynamique, de la variation viscosité-pression et de la variation densité-pression dans l’étude paramétrique. L’équation de Reynolds modifiée non linéaire est résolue par l’approche de Newton-Raphson amortie. Les résultats obtenus montrent d’une part que la présence des additifs améliorant l’indice de viscosité dans le lubrifiant de base et la piézoviscosité a une influence non négligeable sur les performances statiques du palier surtout pour les grandes valeurs du paramètre du couple de contraintes (c’est-à-dire dans le cas des polymères caractérisés par des longues chaînes moléculaires) et d’autre part que la compressibilité du fluide n’a pas d’effets significatifs sur le champ de pression dans le film lubrifiant. Par comparaison aux huiles non additivées (newtoniennes), les huiles additivées piézovisqueuses entraînent : une augmentation importante de la pression hydrodynamique dans le film lubrifiant et de la portance hydrodynamique du palier et une diminution du nombre de frottement dans le film lubrifiant et de l’angle de calage surtout pour des grandes valeurs de l’excentricité relative statique du palier.

Abstract

The proposed work concerns the theoretical and numerical study of the combined effects of couple-stresses due to the presence of the additives improving the viscosity index (VI), the variation viscosity-pressure (piezoviscosity) and density-pressure on the static performances of a compliant journal bearing. The presence of the additives improving the viscosity index (polymerics) provides to the lubricant a non-Newtonian rheological behaviour. The study of the flow of this type of fluid is based on the application of the theory of the microcontinuum of Vijay Kumar Stokes which holds account the size of the incorporated macromolecules in basic oils of mineral or synthetic origin. The Thin Elastic liner Model (TELM), the law of Barus, the law of Dawson and Higginson are retained to hold account at time of the effects of elastic deformations of the bearing-layer due to the hydrodynamic field of pressure, the variation viscosity-pressure and density-pressure in parametric study. Reynolds’ modified non linear equation is solved by the approach of Newton-Raphson. The obtained results show on the one hand the presence of the additives improving the viscosity index in the basic lubricant and the piezoviscosity of lubricant have a known considerable influence on the static performances of the journal bearing especially for the great values of the couple-stress parameter ; i.e. in the case of polymers characterized by long molecular chains and of other by the compressibility of the fluid has not significant effects on the field of pressure in the lubricating film. Compared with the Newtonian oils (i.e. without additive), the piezoviscous additive oils provide an increase in the hydrodynamic pressure in lubricating film, and load-carrying capacity of the journal bearing, a reduction in a friction factor in lubricating film and the attitude angle, especially for high values of static eccentricity ratio of journal bearing.