Une approche thermodynamique pour la modélisation multi-physique du comportement hygro-mécanique couplé des polymères

par Bun Eang Sar

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Frédéric Jacquemin, Sylvain Freour et de Peter Davies.

Soutenue en 2012

à Nantes .

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Informations

  • Détails : 1 vol. (152 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Réf. bibliogr.. Les matériaux composites à matrice organique sont souvent exposés à des environnements humides au cours de leur vie en service. La diffusion d'humidité au sein de la matrice organique est une cause de vieillissement dont les symptômes sont multiples : développement de contraintes internes, plastification du réseau polymère, dégradation des résistances limites …. Les phénomènes mis en cause sont donc de nature multi-physique. Cette caractéristique se manifeste en pratique par un comportement diffusif pouvant présenter des écarts vis-à-vis de la loi de Fick classique. La modélisation de ces «anomalies» de diffusion requiert des développements spécifiques. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire de thèse sont consacrés à la modélisation du comportement hygro-mécanique de polymères par l'intermédiaire d'une approche thermodynamique. Cette dernière est fondée sur l'expression du potentiel chimique de l'eau en fonction, notamment de l'état mécanique interne du matériau. Plusieurs modèles de plus en plus élaborés sont établis dans ce mémoire. Ces modèles de complexité croissante correspondent à la prise en compte de phénomènes physiques supplémentaires dans l'approche théorique.Les avancées réalisées dans ce travail fondamental rendent possible la prise en compte du gonflement différentiel se produisant au cours du processus de diffusion. Sur la base de ce résultat majeur, les phénomènes de plastification (assouplissement du réseau polymère corrélé à la teneur en eau locale) ont également pu être introduits dans le modèle. Le modèle, historiquement présenté en coordonnées cartésiennes, a également été étendu au cas des coordonnées cylindriques, ce qui permet de stimuler le vieillissement humide de structures cylindriques ou de tubulaires.. Organic matrix composites are often exposed to humid environments during their service life. Ageing induced by the diffusion of moisture inside the polymeric matrix has many consequences. Water sorption results in internal stresses, polymer plasticization, as well as a lowering of the strengh of the material. The related effects obviously involve multi-physics features, and the resulting diffusive behavior observed in practical cases may exhibit incompatibilities with the classical Fick's law. Modelling of phenomena such as anomalous diffusion processes requires specific developments. The present PhD thesis is devoted to the modelling of the hygro-mechanical behavior of polymers using a thermodynamic approach. It is based upon the expression of the chemical potential of water as a function of the internal mechanical states experienced by the material. Several models are succssively established in this document. These models, of increasing complexity, aim to account for more advanced physical phenomena, such as the differential swelling that occurs during the diffusion process. On the basis of this main achievement, it was thereafter possible to account for the plasticization effects due to the presence of moisture within the bulk of the polymer matrix. The model, historically presented in Cartesian coordinates only, was also extended during the course of this PhD thesis to the cylindrical coordinate system. This enables the ageing experienced by tubular structures subjected to humid environments to be simulated.

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 NANT 2084
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