Analyse, caractérisation et modélisation des matériaux viscoélastiques et poro-viscoélastiques

Analysis, characterization and modeling of viscoelastic and poro-viscoelastic materials

• Auteur / Autrice : Isadora Ruas henriques
• Direction : Jean-François Deu, Daniel Alves castello
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Paris, HESAM en cotutelle avec Universidade Federal do Rio de Janeiro
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des structures et des systèmes couplés (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Conservatoire national des arts et métiers (France)
• Jury : Président / Présidente : Domingos Rade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Deu, Daniel Castello, Lucie Rouleau, Gaël Chevallier, Marcelo Trindade, Thiago Ritto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaël Chevallier, Marcelo Trindade

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux viscoélastique

Matériaux poreux

Dma

Éssais mécaniques

Modélisation thermomécanique

Inférence bayésienne

Viscoelastic materials

Porous materials

Dma

Mechanical testing

Thermomechanical modeling

Bayesian inference

Résumé

Cette thèse porte sur la modélisation et la caractérisation du comportement thermomécanique des matériaux viscoélastiques et poro-viscoélastiques. Le travail est divisé en deux parties principales : l'une concernant la technique expérimentale d'Analyse Mécanique Dynamique (DMA) et l'autre relative aux performances d'amortissement des matériaux poro-viscoélastiques. Dans la première partie, la propriété viscoélastique connue comme le module complexe mesuré par les modes de flexion du DMA est examinée théoriquement et expérimentalement. Une attention particulière est portée aux effets des modes de fonctionnement et des machines. Dans le but d'obtenir une meilleure analyse des impacts des écarts constatés, des modèles de dérivées fractionnaires (FDM) sont calibrés dans le cadre bayésien. Les résultats montrent que les DMA présentent une grande variabilité entre les modes ou les fabricants et les modèles statistiques peuvent atténuer ces problèmes. Dans la deuxième partie, la dissipation d'énergie mécanique inhérente à la viscoélasticité de trois matériaux poreux différents est explorée dans le domaine des basses fréquences. Initialement, une approche numérique est proposée pour générer des prédictions dans le domaine temporel de leur comportement hystérique sous différentes conditions de chargement. Ensuite, un modèle d'éléments finis qui considère un FDM est proposé pour décrire le comportement de panneaux simplement appuyés recouverts d'une couche libre de matériau poreux. Des expériences sont menées pour valider le modèle proposé. Enfin, une méthode inverse basée sur l'inférence bayésienne a été présentée pour identifier les propriétés viscoélastiques de ces matériaux. Les résultats de ces analyses ont montré le grand potentiel des matériaux poro-viscoélastiques à appliquer afin d'amortir les vibrations mécaniques.

This thesis deals with the modeling and characterization of the thermomechanical behavior of viscoelastic and poro-viscoelastic materials. The work is divided into two main parts: one concerning the experimental technique Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and the other related to the damping performance of poro-viscoelastic materials. In the first part, the viscoelastic property known as complex modulus measured by the flexural modes of DMA is deeply examined theoretically and experimentally. Special attention is paid to the effects of operational modes and machines on various properties. Aiming to obtain a better analysis of the impacts of the discrepancies found, fractional derivative models (FDM) are calibrated within the Bayesian framework. Results show that DMAs have a great variability between modes or manufacturers and statistical models may mitigate these issues. In the second part, the dissipation of mechanical energy inherent to the viscoelasticity of three different porous materials is explored in the low-frequency range. Initially, a numerical approach is proposed to generate predictions in the time domain of the hysteretic behavior of the analyzed materials under different loading conditions. Then, a finite element model that considers a FDM is proposed to describe the behavior of simply supported panels covered with a free-layer of porous material. Experiments are carried out to validate the proposed model. Finally, an inverse method based on Bayesian inference was presented to identify the viscoelastic properties of these materials from vibration tests. The results of these analyses showed the great potential of poro-viscoelastic materials to be applied to damp mechanical vibrations.