Du modèle matériau à la mécanique des systèmes : étude dynamique d'une liaison souple en silicone chargé de silice

par Florence Vincent

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de David Ryckelynck.

Soutenue en 2011

à Paris, ENMP .

  • Titre traduit

    From material model to systems mechanic : dynamical analysis of a flexible link in silicone with silica


  • Résumé

    Grâce à leur propriété d'amortissement, les élastomères chargés sont couramment utilisés dans l'industrie pour réaliser des pièces anti-vibratoires. Cependant, des phénomènes complexes et couplés, comme l'effet Mullins et l'effet Payne, rendent le comportement de ces matériaux fortement non-linéaire. Peu de modèles permettent de prédire la réponse dynamique de ces pièces quelle que soit la sollicitation appliquée. L'objectif principal de cette étude est de proposer un modèle de comportement mécanique du matériau intégrant la prise en compte de l'effet Payne afin de mieux prévoir la réponse dynamique de pièces anti-vibratoires en élastomère chargé et de permettre notamment une meilleure conception de ces pièces en fonction de leur utilisation (fréquence à atténuer, charge statique supportée. . . ). Ensuite, nous avons développé une chaîne de modèles allant du modèle de comportement matériau au modèle de substitution de la liaison souple intégrable dans un modèle dynamique de grand système, comme un avion par exemple. Pour cela, une méthode de réduction d'ordre de modèle a notamment été développée pour résoudre efficacement le problème paramétrique relatif à la construction du modèle de substitution. Ainsi, dans un premier temps, une campagne d'essais dynamiques, caractérisés par une fréquence, une amplitude de déformation et une déformation statique, sur éprouvettes à la fois en cisaillement puis en compression a été menée. Ceux-ci ont notamment permis de caractériser l'effet Payne vis à vis de ces différents paramètres. Ensuite, nous avons cherché à développer un modèle de comportement matériau permettant de simuler ces essais et donc de prédire la réponse dynamique de la liaison souple, notamment en terme de rigidité et de dissipation, quelles que soient les sollicitations statiques et dynamiques appliquées. Pour cela, un modèle de comportement hyperviscoplastique : le modèle DyMPPlEC, basé sur celui de Qi-Boyce, a été enrichi au Centre des Matériaux. Les paramètres matériau, associés au modèle développé, ont été identifiés à partir des données expérimentales sur un élément de volume représentatif puis le modèle a été validé sur une structure réelle. Enfin, la capacité de ce modèle à prévoir l'effet Payne même pour des sollicitations dynamiques de déformation statique non nulle tout en intégrant l'effet Mullins a été mise en avant.


  • Résumé

    Thanks to their damping property, filled elastomers are commonly used to make antivibration devices. Nevertheless, their behavior is highly non-linear due to complex and coupled phenomema, such as Mullins effect and Payne effect. Thus, few models make it possible to predict the dynamical response of those devices for all kind of loading. The main goal of this study is to build a constitutive model able to take into account of the Payne effet in order to better predict the dynamical response of filled elastomers under dynamical loading and then optimize the design of those devices regarding to their use. Then we went through a series of models from a behavior model to a surrogate model integrable in the model of a larger structure, such as an airplane for instance. To this aim, we made use of a reduction order model method, the APHR, to efficiently solve the parametric problem associated to the definition of the surrogate model. To characterize the material behavior, many dynamical tests have been carried out with different frequencies, strain amplitude and static strain on both shear and compression samples. Thanks to those tests, we were able to point out Payne effect features regarding to the different parameters. Then, the aim was to be able to simulate those tests with a constitutive model in order to predict the dynamical response of filled elastomer especially in terms of rigidity and damping. That is why an hyperviscoplastic model : the DyMPPlEC model, based on the Qi-Boyce model, was enriched at "Centre des Matériaux". The model parameters of this model have been identified from the experimental tests and then the model has been checked on a real structure. With this model we not only make it possible to take into account of the Payne effect in the prediction of the dynamical response but also to simulate the response of vibration loading with a non zero static level of strain. Furthermore, the Mullins effect is also predicted by the model.

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  • Détails : 1 vol. (179 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 175-179

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  • Bibliothèque : Mines ParisTech. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : EMP 160.432 CCL TH 1289
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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : EMP 160.433 CCL TH 1289
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