Endommagement en fatigue des élastomères

par Jean-Benoît Le Cam

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Erwan Verron.

Soutenue en 2005

à Nantes .


  • Résumé

    Peu étudiée, la fatigue des élastomères reste un domaine ouvert : les mécanismes physiques de l'endommagement n’étant pas clairement établis, les grandeurs utilisées pour traduire l'endommagement n'en sont que plus nombreuses. Afin de prédire la durée de vie, ces grandeurs sont définies par des approches phénoménologiques. Même si les résultats obtenus sont satisfaisants en chargement uniaxial, ces approches perdent toute efficacité en chargement multiaxial. L’enjeu de cette thèse est donc de proposer une mesure de l’endommagement qui soit physiquement motivée. Tout d’abord, les éprouvettes issues d’une campagne d’essais de fatigue sont examinées par divers moyens d’analyses tels que la microscopie électronique à balayage, la micro-tomographie par rayons X et la microscopie à force atomique. Les résultats montrent que dès les premiers cycles de fatigue, des fissures microscopiques apparaissent uniformément dans le volume du matériau, puis se propagent en fonction de la géométrie et du chargement de la structure jusqu’à la perte de fonctionnalité de la pièce. Les mécanismes de propagation de fissures dans les élastomères sont ensuite proposés. Enfin, il apparaît clairement que la mesure de l’endommagement à l’échelle macroscopique, par une grandeur continue de la mécanique, doit prendre en compte la croissance de fissures microscopiques au sein du matériau. La grandeur que nous proposons dans cette étude est issue de la mécanique configurationnelle et plus particulièrement du tenseur moment d’énergie ou tenseur d’Eshelby. Comparée aux grandeurs classiques, elle s’avère particulièrement efficace pour prédire les zones endommagées en fatigue.


  • Résumé

    Most of the studies dealing with fatigue damage in elastomers use phenomenological approaches to predict the end of life. Indeed, damage mechanisms are not clearly established and numerous continuum mechanical quantities are proposed to measure the damage. This thesis focuses on the derivation of such a mechanical quantity based on physical considerations. For this purpose, fatigue tests were performed and specimens were examined by scanning electron microscopy, X-rays micro-tomography and atomic force microscopy. Results demonstrate that from first fatigue cycles, microscopic cracks initiate homogeneously in the bulk and grow until failure if local loading conditions are favorable. Moreover, mechanisms of fatigue crack growth were identified during scanning electron microscopy experiments. Finally, this study has shown that damage prediction at the macroscopic scale should take into account the growth of fatigue crack. The mechanical quantity proposed here is issued from configurationnal mechanics and more precisely from the momentum energy tensor so-called the Eshelby stress tensor. Compared to classical approaches, this mechanical quantity satisfactorily predicts fatigue damaged zones.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (195 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie en fin de chapitre

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2005 NANT 2124
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH 2140
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