Caractérisation et modélisation du comportement d'un polymère semi cristallin au crash

par Alban Fabrice Epee

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Franck Lauro.

Soutenue en 2009

à Valenciennes .


  • Résumé

    Les matériaux polymères sont de plus en plus utilisés dans le secteur automobile et notamment pour les structures d’absorption d’énergie au choc. Un modèle de comportement pour polymères semi cristallins solides à température ambiante est proposé. Il décrit les quatre phases du comportement des polymères: la viscoélasticité, la transition élastique-plastique qui pour prendre en compte la pression hydrostatique, la viscoplasticité et enfin la rupture. L’ensemble des modèles sont implémentés dans le code de calcul par éléments finis Pamcrash® pour des éléments coques. L’identification des paramètres de la loi de comportement est réalisée à l’aide d‘essais de traction et de compression à différentes vitesses de déformation (10-3 s-1 - 50 s-1). Le système expérimental est couplé à une caméra afin de réaliser des mesures de champ de déformation par corrélation d’image. A partir de la mesure de ces champs de déformation, une méthode innovante (méthode SEĖ) a été développée pour établir la loi de comportement du matériau. Une approche expérimentale est réalisée par l’intermédiaire d’essais de traction sur éprouvettes entaillées et par des essais Arcan afin de déterminer la forme du critère de rupture en fonction du taux de triaxialité initial. Une dépendance de la déformation à rupture en fonction de la vitesse de déformation est mise en évidence. La confrontation des résultats numériques sur cas tests simples et structures industrielles avec les résultats expérimentaux mettent en valeur les améliorations, apportées par ce nouveau modèle, pour la simulation du comportement des matériaux polymères sur une grande plage de vitesses de déformation.

  • Titre traduit

    Caracterisation and modelisation of the behavior of a semi cristallin polymer in crash application


  • Résumé

    Polymer materials are increasingly being used in the automotive sector, particularly for absorbing impact energy. A model for semi-crystalline polymers at room temperature is proposed. This model describes the four steps of polymer behaviour: the viscoelasticity is described by a Young’s modulus sensitive to the strain rate, the plastic elastic transition by a Drucker-Prager plastic criterion in order to take hydrostatic pressure into account, the viscoplasticity is described by a modified G’sell model with non associative plastic flow and the failure criterion is based on the stress triaxiality ratio evolution. All these models are implemented in the Pamcrash® finite elements code for shell elements. Identification of behaviour model parameters is done using tensile and compression tests at different strain rates (10-3 s-1 - 50 s-1). The experimental setup is also has a video camera to make deformation field measurements by digital image correlation. From these measurements, an innovative method (SEĖ method) has been developed to establish the law of material behaviour. An experimental approach is performed through tensile notched tests and Arcan tests to determine the shape of the failure criterion in relation to the initial ratio triaxiality stress. The fracture strain is defined as a function of the strain rate. Comparing the numerical results on simple tests and industrial structures with the experimental results highlights the improvements brought by this new model when simulating the behaviour of polymer materials over a wide range of strain rates.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (135 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f.126-131. Index

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