Modélisation analytique et numérique de structure des mousses métalliques MPPCs et du comportement mécanique

Analytical and numerical modeling of structure of metal porous polymer composite and its mechanical behaviors

• Auteur / Autrice : Yishi Su
• Direction : Xiao Lu Gong
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes mécaniques et matériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Choc (mécanique)

Résistance des matériaux

Porosité

Composites

Propriétés thermomécaniques

Analyse numérique

Contraintes (mécanique)

Microstructure (physique)

Mousses (matériaux)

Résumé

L’objectif principal de ce travail est la modélisation analytique et numérique du comportement statique, dynamique et thermique des matériaux innovants (mousses métalliques et composites MPPCs). Dans un premier temps, la technique d’infiltration à pression négative est utilisée pour la fabrication des mousses d’aluminium à cellules ouvertes et des composites MPPCs. Compte tenu des arrangements des cellules ouvertes, trois modèles analytiques sont proposés à l’échelle microscopique pour prédire et optimiser la porosité du matériau. Les microstructures sont analysées expérimentalement afin d’étudier le comportement mécanique des composites MPPCs. Dans la seconde étape, nous avons proposé un modèle constitutif de contrainte-déformation dans le cas de la compression uni axiale statique sur la mousse d’aluminium. Ce modèle est utilisé pour simuler numériquement par éléments finis le comportement en compression. Le modèle est ensuite utilisé dans le cas dynamique en choc. Les modèles sont validés par des essais expérimentaux. La dernière partie concerne l’étude du comportement thermomécanique des composites MPPCs avec les microstructures des cellules sphériques et de Kelvin. Des simulations numériques en thermomécaniques sont réalisées sur ABAQUS

The main objective of this work is analytical and numerical modeling of the static, dynamic and thermal mechanical properties of the innovative materials (metal foam and composites MPPCs). Initially, the negative pressure infiltration technique is applied to manufacture the open-cell aluminum foams and the composites MPPCs. Considering the open-cell arrangements, three analytical models are proposed at the microscopic level to predict and optimize the porosity of the materials. The microstructures are experimentally analyzed to study the mechanical behavior of the composites MPPC. Secondly, we proposed a constitutive model of stress-strain in the case of uniaxial static compression of metal foam. This model is utilized with the finite element to numerically simulate the compressive behavior. Afterwards, the model is once again used in the case of dynamic low-velocity impact of metal foam. These models are verified by the experimental tests. Finally, we study the thermomechanical behavior of the composites MPPCs with the micro-structures of spherical and Kelvin cells. The numerical simulations of thermomechanical properties are carried out with the program ABAQUS