Analyse du mécanisme de durcissement des composites à base de caoutchouc recyclé renforcés avec des bulles de verre et des fibres d'alumine

Toughening Mechanism Analysis of Recycled Rubber Based Composites Reinforced with Glass Bubbles and Alumina Fibers

• Auteur / Autrice : Gamze Çakir Kabakci
• Direction : Emin Bayraktar, Ozgur Aslan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 26/06/2023
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : QUARTZ (ECS, L@RIS, LISMMA)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Vidal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emin Bayraktar, Ozgur Aslan, Philippe Vidal, Mohamed Haboussi, Dimitar Dontchev, Olga Klinkova, Georges Zambelis, Sophie Cantin-Rivière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Haboussi, Dimitar Dontchev

Mots clés

Mots clés libres

Mécanisme de durcissement

Composite de caoutchouc recyclé

Bulles de verre

Homogénéisation

Élément de volume représentatif

Condition aux limites périodique

Toughening mechanism

Recycled rubber composite

Glass bubbles

Homogenization

Representative volume element

Periodic boundary conditions

Résumé

Dans cette thèse, des composites à base de caoutchouc recyclé dévulcanisé à faible coût ont été conçus avec des microbulles de verre (GB).à base de caoutchouc recyclé conçu avec des microbulles de verre (GB) quiLes composites à base de caoutchouc recyclé dévulcanisé à faible coût conçus avec des microbulles de verre (GB) qui permettent une excellente réduction du poids avec un rapport résistance/densité élevé et des renforts en fibres d'alumine sont étudiés en détail au moyen de mécanismes de durcissement, de propriétés mécaniques et physiques ainsi que d'analyses microstructurales et de surface de rupture. Les propriétés mécaniques des composites sont étudiées de manière approfondie afin d'obtenir des données sur les paramètres de base des matériaux. Après la détermination des inclusions dans la matrice en volume et en pourcentage de poids, les efforts se concentrent sur les effets des caoutchoucs recyclés et des renforts sur les mécanismes de durcissement et divers renforts, y compris des microsphères de verre et des fibres d'alumine, sont utilisés pour conférer une multifonctionnalité aux composites. Après les caractérisations générales des composites, certains tests et mesures supplémentaires sont effectués. Les résultats des tests sont reproduits numériquement par analyse par éléments finis (FEA) à l'aide d'ABAQUS/Standard. Des simulations sont effectuées pour différentes randomisations des inclusions pour des macrostructures de différentes tailles afin de vérifier la reproductibilité des résultats numériques. En outre, des éléments de volume représentatifreprésentatifs (RVE) contenant des inclusions sphériques distribuées aléatoirement sont considéréspour l'homogénéisation. Des conditions aux limites périodiques sont appliquées à l'élément de volume représentatif pour remplacer le composite hétérogène par un matériau homogène équivalent. Pour décrire la réponse contrainte-déformation du composite hétérogène aléatoire, les tenseurs de contrainte et de déformation moyens sur les éléments du volume d'intégration sont évalués. Les résultats numériques sont comparés aux résultats expérimentaux qui confirment la précision acceptable de l'analyse numérique effectuée.

In this thesis, low cost devulcanized recycled rubber-basedcomposites designed with micro glass bubble (GB) which provideexcellent weight reduction with high strength-to-density ratio and alumina fiber reinforcements are investigated in detail by means of toughening mechanisms, mechanical and physical properties as well as microstructural and fracture surface analysis. Mechanical properties of the composites are extensively investigated to obtain the data for basic material parameters. After determination of the inclusions in matrix by volume and weight percent, the effort is concentrated on the effects of recycled rubbers and the reinforcements on toughening mechanisms and various reinforcements including glass bubble microspheres and alumina fibers are employed to provide multifunctionality to the composites. After the general characterizations of the composites, certain additional tests and measurements are carried out. The test results are reproduced numerically by finite element analysis (FEA) using ABAQUS/Standard. Simulations are run for different randomization of the inclusions for different sized macrostructures to verify the reproducibility of the numerical results. Furthermore, representative volumeelements (RVEs) containing randomly distributed spherical inclusions are consideredfor homogenization. Periodic boundary conditions (PBCs) are applied to the RVE to replace the heterogeneous composite with an equivalent homogeneous material. To describe the stress-strain response of the random heterogeneous composite, the average stress and strain tensors over integration volume elements are evaluated. The numerical results are compared with the experimental results which confirm the acceptable accuracy of the performed numerical analysis.