Etude du comportement mécanique pour différentes températures d'un élastomère: caractérisations expérimentale et numérique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Etude du comportement mécanique pour différentes températures d'un élastomère: caractérisations expérimentale et numérique

Aude Vandenbroucke
  • Fonction : Auteur

Résumé

The aim of this study is to develop a constitutive law to reproduce the mechanical behavior of a fluoro-polymer elastomer taking into account the temperature in the range of −40◦C à 100◦C. Several tension and compression cyclic tests and multi-step relaxation tests have been performed to examine the temperature effect on the elastomeric behaviour.A phenomenological model, named Hyperelasto-Visco-Hysteresis (HVH), is used to take the thermomechanical properties of the material into account for the temperatures higher than the glass transition temperature. The model, implemented in a laboratory code, uses three set of branches to represent different modes of caracterictic behaviour: an hyperelasticity contribution which represents the reversible elastic phase which occurs at the onset of the loading, a viscosity contribution which modelizes the strain rate dependent phase and an hysteresis contribution which describes the irreversible plastic phase. Material parameters as a function of temperature have been determined in using a simplified methodology based on tension and compression tests interrupted by relaxation steps. The model seems to be able to describe the stress-strain evolution of the studied elastomer under various mechanical loadings at different temperatures.
L'objectif de cette étude est de développer un modèle de comportement adapté pour reproduire le comportement mécanique de l'élastomère avec l'évolution de la température. Pour réaliser cette étude, un travail expérimental préliminaire est effectué pour mettre en évidence les différents phénomènes mécaniques présents pour le matériau avec l'évolution de la température. Le matériau étudié est un élastomère synthétique fluoro-carboné (FKM), le Viton. Cet élastomère possède d'excellentes performances aux hautes températures et aux agressions chimiques. Ses propriétés sont utilisées pour diverses applications comme l'étanchéité, l'amortissement, l'isolation, etc. La caractérisation mécanique du matériau est réalisée à l'aide des essais classiques de traction et compression ainsi que des essais de relaxation sur une plage de température allant de −40◦C à 100◦C. Les essais de chargement cyclique mettent en évidence une présence non négligeable de l'hyperélasticité pour les élastomères. Les essais de relaxation nous permettent de décrire la viscosité du matériau. De plus, des essais de chargement interrompus par des relaxations ont aussi été effectués, pour différents taux de déformation avec des temps de relaxations de 900s. Ils font apparaître un équilibre hystérétique démontrant la présence de l'hystérésis pour notre matériau. Dans cette étude, nous avons fait le choix de ne considérer que la plage de température de −8◦C à 100◦C pour reproduire correctement le comportement du matériau. Le modèle utilisé est une loi de comportement phénoménologique basée sur une décomposition additive des puissances. Le modèle est constitué de trois contributions de contrainte : l'hyperélasticité, la viscosité et l'hystérésis. Ce modèle sera nommé Hyperélasto-Visco-Hystérésis (HVH) où la contribution hyperélastique est prise en compte à l'aide de potentiel phénoménologique de Hart-Smith. La viscosité est décrite à l'aide du modèle de Maxwell généralisé et la contribution hystérétique est prise en compte à l'aide d'un modèle original. Au cours de cette étude nous considérons simplement le premier cycle de chargement de notre matériau. Une méthode d'identification a été mise en place pour permettre de mieux prendre en compte les différentes contributions du modèle. Les identifications des paramètres matériau sont réalisées pour des isothermes comprises dans la plage de température étudiée. La validation du modèle sera dans un premier temps testé à température ambiante sur un cas de chargement industriel d'un joint en relaxation. Pour valider le modèle en fonction de la température nous simulons différents cas de chargement en isotherme. Ensuite, la simulation d'un essai de relaxation en compression subissant des cycles de températures est réalisée pour confronter le modèle à un calcul dépendant de la température.
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Dates et versions

tel-00836556 , version 1 (21-06-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00836556 , version 1

Citer

Aude Vandenbroucke. Etude du comportement mécanique pour différentes températures d'un élastomère: caractérisations expérimentale et numérique. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université de Bretagne Sud, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00836556⟩

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