Développement et implémentation dans le cadre éléments finis de modèles de comportement adaptés aux matériaux thermoplastiques élastomères en vue de la fatigue des structures

Development and finite element implementation of constitutive models adapted to thermoplastic elastomers towards fatigue analysis of structures

• Auteur / Autrice : Pierre Robard
• Direction : Laurent Gornet, Patrick Rozycki, Gilles Marckmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 28/11/2019
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Julie Diani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Gornet, Patrick Rozycki, Gilles Marckmann, Julie Diani, Alexander Lion, Stéphane Méo, Philippe Pilvin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexander Lion, Stéphane Méo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Matériaux -- Fatigue

Élastomères

Thermoplastiques

Éléments finis, Méthode des

Mots clés libres

Thermoplastiques élastomères

Fatigue

Vieillissement

Modèle

Endommagement

Larges déformations

Plasticité

Thermoplastic elastomers

Fatigue

Ageing

Model

Plasticity

Damage

Large deformations

Résumé

Cette thèse, menée en collaboration avec Trelleborg Boots, a pour but d’étudier le comportement en fatigue des soufflets servant de protection aux articulations de cardan des trains avant des véhicules automobile. Durant son utilisation, cette pièce contenant de la graisse est soumise à des sollicitations de fatigue. Elle évolue en grande transformation dans des conditions extrêmes entre des températures de -40 à 140°C. Les matériaux employés sont des Thermo Plastiques Elastomères. L'objectif de la thèse est de déterminer un critère de fatigue destiné à prédire la durée de vie des soufflets. Des modèles de comportement élastoplastiques endommageables avec et sans viscosité sont proposés afin de mener des analyses par Eléments Finis. Des essais mécaniques de fatigue ont été réalisés. Ils ont permis de construire une courbe de Wöhler. Le vieillissement du matériau dû à la graisse a été étudié au travers de l’évolution de ses propriétés mécaniques Des essais rapides de type autoéchauffement ont été proposés pour déterminer la limite d’endurance des TPE-E. Un nouvel indicateur a été proposé pour déterminer la limite d’endurance des TPE-E.

This thesis, carried out in collaboration with Trelleborg Boots, aims to study the fatigue behaviour of bellows used to protect the cardan joints of motor vehicle front axles. During use, this grease-containing part is subject to fatigue stresses. It evolves in large transformation under extreme conditions between temperatures of -40 to 140°C. The materials used are Thermo Plastics Elastomers. The objective of the thesis is to determine a fatigue criterion to predict the life span of bellows. Damageable elastoplastic behaviour models with and without viscosity are available for finite element analysis. Mechanical fatigue tests were carried out. They made it possible to build a Wöhler curve. The ageing of the material due to grease has been studied through the evolution of its mechanical properties. Rapid self-heating tests have been proposed to determine the endurance limit of the TPE-E. A new indicator has been proposed to determine the endurance limit of TPE-E.