Étude du comportement mécanique pour différentes températures d'un élastomère : caractérisations expérimentale et numérique

par Aude Vandenbroucke

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Gérard Rio.

Soutenue en 2010

à Lorient .


  • Résumé

    L'objectif de cette étude est de développer un modèle de comportement adapté pour reproduire le comportement mécanique de l'élastomère avec l'évolution de la température. Pour réaliser cette étude, un travail expérimental préliminaire est effectué pour mettre en évidence les différents phénomènes mécaniques présents pour le matériau avec l'évolution de la température. Le matériau étudié est un élastomère synthétique fluoro-carboné (FKM), le Viton. Cet élastomère possède d'excellentes performances aux hautes températures et aux agressions chimiques. Ses propriétés sont utilise��es pour diverses applications comme l'étanchéité, l'amortissement, l'isolation, etc. La caractérisation mécanique du matériau est réalisée à l'aide des essais classiques de traction et compression ainsi que des essais de relaxation sur une plage de température allant de -40°C à 100°C. Les essais de chargement cyclique mettent en évidence une présence non négligeable de l'hyperélasticité pour les élastomères. Les essais de relaxation nous permettent de décrire la viscosité du matériau. De plus, des essais de chargement interrompus par des relaxations ont aussi été effectués, pour différents taux de déformation avec des temps de relaxations de 900s. Ils font apparaître un équilibre hystérétique démontrant la présence de l'hystérésis pour notre matériau. Dans cette étude, nous avons fait le choix de ne considérer que la plage de température de -8°C à 100°C pour reproduire correctement le comportement du matériau. Le modèle utilisé est une loi de comportement phénoménologique basée sur une décomposition additive des puissances. Le modèle est constitué de trois contributions de contrainte: l'hyperélasticité, la viscosité et l'hystérésis. Ce modèle sera nommé Hyperélasto-Visco-Hystérésis (HVH) où la contribution hyperélastique est prise en compte à l'aide de potentiel phénoménologique de Hart-Smith. La viscosité est décrite à l'aide du modèle de Maxwell généralisé et la contribution hystérétique est prise en compte à l'aide d'un modèle original. Au cours de cette étude nous considérons simplement le premier cycle de chargement de notre matériau. Une méthode d'identification a été mise en place pour permettre de mieux prendre en compte les différentes contributions du modèle. Les identifications des paramètres matériau sont réalisées pour des isothermes comprises dans la plage de température étudiée. La validation du modèle sera dans un premier temps testé à température ambiante sur un cas de chargement industriel d'un joint en relaxation. Pour valider le modèle en fonction de la température nous simulons différents cas de chargement en isotherme. Ensuite, la simulation d'un essai de relaxation en compression subissant des cycles de températures est réalisée pour confronter le modèle à un calcul dépendant de la température

  • Titre traduit

    Mechanical study at different temperatures of an elastomer: experimental and numerical characterization


  • Résumé

    The objective of this study is to develop a model to reproduce the elastomer mechanical behaviour function of the temperature. For this study, preliminary experimental work is performed to highlight the different mechanical phenomena to present the material with changing temperature. The studied material is a fluoro-carbon synthetic elastomer (FKM), Viton. This elastomer has excellent performance at high temperatures and chemical attacks. Its properties are used for various applications such as sealing, damping, isolation, etc. The mechanical characterization of materials is performed using conventional tension, compression and relaxation tests on a range of temperatures from -40°C to 100°C. The cyclic loading tests reveal a significant presence of hyperelasticity for elastomers. The relaxation tests enable us to describe the viscosity of the material. In addition, loading tests interrupted by relaxations have also been carried out for different strain rates with relaxation times of 900s. They show equilibrium hysteresis demonstrating the presence of hysteresis for our material. In this study, we have chosen to consider only the temperature range from -8°C to 100°C to reproduce correctly the material behaviour. The model is a phenomenological constitutive model based on an additive decomposition of powers. The model consists of three stress contributions: hyperelasticity, viscosity and hysteresis. This model will be named Hyperelasto-visco-hysteresis (HVH) where the contribution is taken into account hyperelastic using phenomenological potential of Hart-Smith. The viscosity is described using the generalized Maxwell model and the hysteretic contribution is taken into account using an original model. In this study we consider only the first loading cycle of our material. A method of identification has been established to better take into account the different contributions of the model. The identification of material parameters for isotherms are performed in the range of temperature studied. Validation of the model will be initially tested at room temperature on a loading case of industrial gasket relaxation. To validate the model as a function of temperature we simulate different cases of loading isotherm. Then, the simulation of a relaxation test in compression undergoing temperature cycles is performed to compare the model to calculate temperature dependent.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (175 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.167-174

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Bretagne-Sud (Lorient). Bibliothèque universitaire.
  • Disponible pour le PEB
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.