Simulations numériques de dynamique moléculaire du contact normal et tangentiel sur surfaces de polymères amorphes linéaires : Vers une meilleure compréhension de la physique locale du contact

par Mathieu Solar

Thèse de doctorat en Physique des polymères

Sous la direction de Christian Gauthier et de Hendrik Meyer.

Soutenue en 2010

à Strasbourg .


  • Résumé

    L'amélioration du comportement surfacique des polymères nécessite une meilleure compréhension de la physique locale du contact. La mécanique des milieux continus trouve ses limites dans l'analyse de phénomènes aux petites échelles. Le recours aux simulations de dynamique moléculaire (DM) trouve ici son sens. Des simulations de DM de l'essai de nano indentation et de nano-rayure ont été réalisées pour des volumes élémentaires représentatifs d'un modèle de polymère amorphe. Tout d'abord, les essais d'indentation ont montré de fortes similitudes avec des résultats d'essais de nano indentation sur des films d'époxy de températures de transition vitreuse diverses. Ensuite, les essais de rayure ont permis d'aborder une étude originale du frottement local. Par ailleurs, nos résultats ont permis de mettre en évidence l'existence d'une fine couche cisaillée sous le contact lors de l'indentation et de la rayure, puisqu'il est possible de montrer que l'orientation des chaînes y est modifiée. L'épaisseur de cette couche cisaillée dépend de la nature du potentiel d'interaction pointe / film de polymère, de la rugosité de la pointe, mais aussi du motif cristallographique de cette dernière. Enfin, des essais mécaniques uniaxiaux sur un cube de polymère amorphe linéaire ont été réalisés, pour estimer le comportement mécanique du "polymère numérique". Un premier lien original entre simulations de DM et par éléments finis a alors pu être établi. Finalement, des premières informations sur les changements locaux de microstructure du polymère ont pu être mises en évidence.

  • Titre traduit

    Numerical molecular dynamics simulations of normal and tangential contact on amorphous linear polymer surfaces : On a better comprehension of the local physics of contact mechanics


  • Résumé

    The improvement of polymer behavior requires a better understanding of the local physics of their contact mechanics. Continuum Mechanics (CM) approach is nevertheless limited when the local physics contributes to the global behaviour, because the matter is seen as a continuous medium. The Molecular Dynamics (MD) simulations are more relevant in such a situation because they consider molecular details and use a statistic thermodynamic formulation. In this work, MD simulations of nano-indentation and nano-scratch tests are studied on linear amorphous polymer surfaces. The tested volume elements are close to the Representative Volume Element of the model of linear amorphous polymer. First, results of MD simulations exhibit good correlations with experimental indentation data, and a study of local friction during scratch tests propose some origins to local friction. Then, an analysis of bond orientation in polymer chains display the existence of a small sheared layer under the tip, during indentation and scratch. The thickness of this small sheared layer depends on the interaction between the tip and the polymer film, on the roughness of the tip, and on the cristallographic pattern of the tip. At last, we sketch out an original link between DM and CM by investigating one-dimensional mechanical behavior of the numerical model of polymer. Finally, our results on local microstructural changes in the polymer (during indentation and scratch) are a first step for a better comprehension of local physics of contact mechanics on polymer surfaces.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-324 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 319-324

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque :
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2010;0557
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.