Compréhension des mécanismes de dégradation de disques de frein pour véhicule « poids lourd » et définition de nouvelles solutions matériaux

This PhD thesis was carried out with the aim of developing new materials for truck brake discs, so as to increase disc lifespans. Premature failure is the major problem encountered in the operation. Braking performances of new materials should be equivalent to those obtained with the current material couple: lamellar grey cast iron brake disc and commercial semi-metallic brake lining material. To do this, the study is divided in four parts: Firstly, major industrial and scientific aspects in braking are identified in literature and with investigations on truck brake discs used on road. Next, a coupled numerical-experimental approach enable us to characterize thermomechanical loadings induced by braking and leading to damage mechanisms of the lamellar grey cast iron disc. Finally, two aspects of new materials solutions are investigated in laboratory: tribological behaviour and thermal cycling behaviourL’objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles solutions matériaux moins sensibles à la fissuration par fatigue thermique induite en frottement, première cause de remplacement des disques de frein de véhicule « poids lourd ». Les performances en freinage doivent être équivalentes à celles obtenues avec le couple de matériaux actuels : disque de frein en fonte à graphite lamellaire- garniture en matériau de friction composite à matrice semi-métallique. L’étude repose sur une approche multidisciplinaire des phénomènes et des couplages induits en freinage. Elle comporte quatre parties : la première partie expose les principaux enjeux industriels et scientifiques du freinage des véhicules « poids lourds » ; la seconde développe une approche modèle-expérience originale pour caractériser les sollicitations de freinage conduisant à la dégradation de disques de frein échelle 1 en fonte à graphite lamellaire ; enfin les nouvelles solutions matériaux considérées sont évaluées suivant une étude tribologique (troisième partie) et en cyclage thermique (quatrième partie), développée en laboratoir