Contribution à l'étude du comportement en grandes déformations des mousses : Modèle de simulation numérique de chargement d'un siège par un mannequin

par Aghdhefna Ould Eyih

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Louis Jézéquel.

Soutenue en 1993

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .

mots clés

• Mousse polyuréthanne
• Hyperélasticité
• Modélisation tridimensionnelle
• Micromécanique (ingénierie)
• Élasticité

Résumé

L'étude du confort d'un passager nécessite la modélisation du siège. Sa structure est très complexe et se compose de divers élements et différents matériaux: ressorts, câbles, poutres, mousse polyuréthanne, toiles,. . . La modélisation du comportement des mousses est nécessaire pour la construction du modèle global du siège: ce problème est ramené à l'identification d'une fonction densité d'énergie de de formation, W. Trois approches sont examinées pour donner une expression analytique de la fonction W: Approche micromécanique : à partir d'hypothèses sur la microstructure du materiau, sur l'élasticité de ses constituants et sur une loi statistique de répartition des molécules, on cherche une explication physique des phénomènes observés ; approche minimécanique : basée sur la notion de volume représentatif, permet d'exprimer les paramètres de la fonction W à partir des caractéristiques de l'élement de base : type de cellule, morphologie, densité, propriétés mécaniques du matériau ; approche macromécanique: on cherche à identifier une forme donnée - a priori- de la fonction W à partir des réponses du matériau à un certain nombre de sollicitations homogènes sans se préoccuper d'une quelconque explication physique des paramètres. Une étude complète sur les matériaux hyperélastiques nous a permis d'identifier la mousse polyuréthanne comme un matériau purement compressible de HILL. La comparaison des résultats numériques du modèle global et des essais expérimentaux pour le point H avec un mannequin 95% est très satisfaisante. La contribution de l'air dans la rigidité dynamique de la mousse a été analysée. Un modèle rhéologique a 1 d. D. L. Est identifié pour le comportement dynamique, autour d'une position d'équilibre statique, d'un échantillon de la mousse.

Résumé

The study of the passenger's comfort requires the modelisation of the seat. It's structure is very complex and is made of different materials and elements: springs, cables, beams, polyurethane foam,. . . The foam behaviour modelisation is required to build a global model of the seat: this problem comes down to identify a deformation energy density function, W. Three approaches are examined to give an analytical expression of the W function: Micromecanic: from microstrucrual hypothesis of material, on the elasticity of its constituents and from a statistical law governing the repartition of the molecules, we search a physical explanation of the observed phenomenon. /Minimecanic: the starting point is the notion of representative volume. It allows us to express the parameters of the W function from the basic element characteristics: cell, morphology, density and mechanical properties of the material. /Macromecanic: we try to identify a given form - a priori - of the function, from a certain number of homogeneous deformations without taking into account a physical explanation of the parameters. A complete study of the hyperelastic materials allowed us to identify the polyurethane foam as a purely compressible HILL material. We find good agreement between the numerical results of the global and the experimental tests of the H point made with 95% mannequin. The contribution of the gas in the dynamical stiffness of the foam was analysed. A linear model with 1 d. O. F. Is built to study the dynamical behaviour, around an equilibrium position, of a foam sample.