Transition ductile-fragile du PVC plastifié à différentes vitesses d'impact : compréhension des mécanismes et modélisation

Ductile to brittle transition of plasticized PVC at different impact speeds : understanding of the mechanisms and modelling

• Auteur / Autrice : Clément Bertaux
• Direction : Lucien Laiarinandrasana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Rafael Estevez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucien Laiarinandrasana, Moussa Naït Abdelaziz, Klara Loos, Nicolas Amouroux, Cristian Ovalle Rodas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gerald Pinter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Applications industrielles

Matériaux

Mots clés libres

Rupture ductile

PVC plastifié

Transition ductile-fragile

Tests d'impact

Ductile to brittle transition temperature

Plasticized PVC

Ductile failure

Impact tests

Résumé

Dans cette thèse est analysée la résistance à l’impact de deux peaux en PVC plastifiées utilisées dans l’industrie automobile. En règle générale, ces matériaux sont comparés entre eux via des techniques physico-chimiques comme la transition vitreuse (Tg) qui ne permet pas toujours de représenter les performances en conditions réelles d’utilisation de ces matériaux, notamment leur rupture. Dans le but d’améliorer la compréhension de la rupture de ces peaux et de proposer une alternative plus pertinente que la Tg, la notion de Température seuil de rupture ductile (Tdth), variante de la DBTT, a été proposée sur des éprouvettes non-entaillées comme entaillées. Dans un premier temps, une étude sur les mécanismes de la rupture appliqués aux éprouvettes entaillées a été menée grâce à des essais de flexion trois points encastrés avec suivi vidéo, complétée par une simulation numérique aux Éléments Finis (FE). Cette étude a notamment permis d’identifier le facteur de calibration utilisé pour la mesure de la ténacité J. Cela a également permis d’observer que dans le cas de ces matériaux, la propagation de la fissure commence à l’apparition de la non linéarité et non au moment de la charge maximale. Ce résultat a par la suite été utilisé pour définir les paramètres à utiliser afin de déterminer la Tdth via les essais d’impact. Ces essais d’impact ont été réalisés en utilisant deux machines différentes: la CEAST9350 et la machine de Traction à Grande Vitesse (TGV ou HSTT) afin d’explorer une large gamme de vitesses d’impact (de 2 m/s à 23 m/s). L’utilisation d’une fonction tanh a permis d’optimiser l’identification des paramètres de la Tdth puis de les comparer pour les deux géométries ainsi que les deux matériaux. Les résultats obtenus montrent que la Tdth croît de manière linéaire avec la vitesse d’impact et possède la même pente quelle que soit la géométrie ou la formulation. Par contre,à une vitesse d’impact donnée, la Tdth d’un matériau entaillé sera toujours supérieure mais cet écart est différent pour chaque PVC étudié. De même, pour une même géométrie, les deux PVCs ne possédaient pas la même Tdth. Une inversion dans les performances des matériaux a été observée avec un matériau 1 non entaillé plus performant que le matériau 2, mais moins compétitif dans le cas des éprouvettes entaillées. Cette notion n’est pas possible à observer avec la Tg seule.

In this thesis, the impact resistance of two plasticized PVC skins used in the automotive industry is analyzed. Generally, these materials are compared between them by using physico-chemical techniques such as the glass transition (Tg) which does not always allow to represent the performances in the real condition of useof these materials. In order to improve the understanding of the failure of these skins and to propose a more relevant alternative to the Tg, the notion of ductile failure threshold temperature (Tdth) has been proposed (variant of the DBTT) on unscored and scored specimens. In the first step, a study of the fracture mechanisms applied to scored specimens was carried out thanks to clamped SENB tests with video monitoring, completed by a numerical simulation with Finite Elements (FE). This study allowed the identification of the calibration factor used for the measurement of the fracture toughness. It also allowed the observation that for these materials, the crack propagation starts at the apparition of the nonlinearity and not at the maximum load. This result was then used to define the parameters to be used to determine the Tdth via impact tests. These impact tests were performed using two different machines: the CEAST9350 and the High Speed Tensile Test(HSTT) machine in order to explore a wide range of impact speeds (from 2 m/s to 23 m/s). The use of a tanh function allowed to optimize the identification of the parameters of the Tdth in order to compare it for the two geometries and the two materials. The results obtained show on the one hand that the Tdth grows linearly with the impact speed and has the same slope whatever the geometry or the formulation. On the other hand, at a given impact speed, the Tdth of a scored material will always be higher than unscored’s, but this difference changes for each PVC studied. Similarly, for the same geometry, the two PVCs did not have thesame Tdth. An inversion in the performance of the materials was observed with material 1 performing better unscored than material 2, but is less competitive in the case of scored specimens. This notion is not possible to observe with Tg alone.