Note ABES Design, realization and study of bimetallic and metallic based composite materials with controlled architecture obtained by mixed process : additive manufacturing/foundry/powder metallurgy for heat exchange in braking systems Conception, réalisation et étude de matériaux composites à bases bimétallique et métallique avec architecture contrôlée obtenue par procédé mixte : fabrication additive / fonderie / métallurgie des poudres pour transfert thermique dans les systèmes de freinage Patin de frein Diffusivité thermique Mousse de cuivre Méthode des éléments finis Bimétallique Fonderie à la cire perdue Braking pad Thermal diffusivity Cu foam Finite element method Bimetallic Investment casting Freins Matériaux Propriétés thermiques Diffusivité thermique Mousses métalliques Composites à matrice métallique Moulage à la cire perdue Métallurgie des poudres Méthode des éléments finis Les sollicitations thermiques élevées et répétées subies lors des freinages des trains à grande vitesse provoquent des fissures de fatigue thermique, entraînant une défaillance des matériaux de frein. Les patins de frein composites à base de cuivre (Cu) utilisés sous forme de poudres sont choisis pour améliorer la dissipation thermique des systèmes de freinage. Cependant, les nouvelles normes environnementales internationales exigent une réduction de la teneur en Cu, entrant en conflit avec le bon maintien des propriétés thermiques. Il est proposé dans ce travail d'utiliser des mousses de Cu architecturées avec un réseau continu sous la forme d'un volume élémentaire représentatif (VER) permettant un meilleur contrôle du flux thermique. Des simulations numériques FEM sont d'abord réalisées pour étudier la faisabilité de l'optimisation de la capacité de transfert de chaleur en passant par des mousses de Cu. Les résultats de la simulation montrent que la diffusivité thermique considérant les VERs peut être considérablement améliorées. En particulier localement, lorsque la taille du VER est réduite. Ainsi, le travail suivant se concentre sur la réduction de la taille du VER des mousses de Cu produites par la méthode de fabrication additive (FA) assistée par la fonderie à la cire perdue. Des patins bimétalliques basés sur des mousses de Cu sont ensuite produits par une technologie de pressage à chaud. Leur comportement thermique est étudié. Expérimentalement, les résultats montrent d'une part que les mousses de Cu avec une taille de VER jusqu'à 2 mm sont techniquement fabricables. D'autre part, un essai tribologique est effectué. Les mousses de Cu avec une taille réduite de VER peuvent optimiser la capacité de transfert de chaleur des patins de frein de manière significative en accord avec les résultats numériques. Enfin, cette nouvelle configuration montre la stabilité du freinage en favorisant la formation d'un troisième corps. The high and repeated thermal stresses during the braking of high-speed trains result in thermal fatigue cracks, leading to braking material failures. Composite braking pads based on copper (Cu) matrix in powder form are chosen to improve thermal dissipation of braking system. However, new international environmental standards require a reduction in Cu content, conflicting with maintaining the proper thermal properties. It is proposed in this work to utilize Cu foams architected with a continuous network in the form of a representative elementary volume (REV) enabling better control of heat flow. FEM numerical simulations are first carried out to investigate the feasibility of optimizing heat transfer ability by using Cu foams. Simulation results show that the thermal diffusivity considering REVs can be significantly improved. Especially locally, when the REV size is reduced. Thus, the following work focuses on reducing REV size of Cu foams produced by additive manufacturing (AM) assisted investment casting. Bimetallic pads based on Cu foams are then produced by a hot-pressing technology. Their thermal behavior of the produced pads is studied. Experimental results show that Cu foams with a REV size of up to 2 mm can be technically fabricated. In addition, a tribological test is also carried out. Cu foams with a reduced REV size can significantly optimize the heat transfer capacity of braking pads, in line with the numerical results. Finally, this new configuration demonstrates braking stability by promoting the formation of a third body. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 50537088 https://pepite-depot.univ-lille.fr/ToutIDP/EDSMRE/2024/2024ULILR028.pdf https://pepite-depot.univ-lille.fr/ToutIDP/EDSMRE/2024/2024ULILR028.pdf https://theses.fr/2024ULILR028/abes An Tao An 1995-06-08 CN 28144238X https://theses.fr/2024ULILR028 2024ULILR028 https://doi.org/10.70675/7ade3a30zb633z420fzb4b7z0e49ed4e87e3 2024-06-24 Chimie des matériaux Université de Lille (2022-....) 259265152 Doctorat Docteur es non oui Balloy David MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 147029643 Magnier Vincent MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 13373563X Gruescu Ion-Cosmin MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_3 084675470 Cristol Anne-Lise MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_4 116758759 Giorgi Marie-Laurence MADS_PRESIDENT_DU_JURY 157168808 Dendievel Rémy MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 076756491 Cauvin Ludovic MADS_RAPPORTEUR_1 144734656 Jacquet Philippe MADS_RAPPORTEUR_2 188712291 École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 148937330 Unité Matériaux et Transformations (Lille ; 2010-....) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 1002334 161609465 ddc:540 Balloy David Magnier Vincent Gruescu Ion-Cosmin Cristol Anne-Lise Giorgi Marie-Laurence Dendievel Rémy Cauvin Ludovic Jacquet Philippe École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....) UMET - Unité Matériaux et Transformations PDF 50537088 restriction 2024-06-24 2030-06-24 restriction 2024-06-24 2030-06-24