Fatigue of natural rubber at different temperatures : reinforcement due to strain-induced crystallization and modelling the non-linear damage evolution

par Benoit Ruellan

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Jean-Benoît Le Cam et de Éric Robin.

Soutenue le 05-11-2019

à Rennes 1 , dans le cadre de Matière, Molécules et Matériaux , en partenariat avec Universite Bretagne Loire (ComuE) et de ISCR (laboratoire) .


  • Résumé

    Cette thèse de doctorat s'intéresse au comportement en fatigue du caoutchouc naturel (CN). Les CN présentent des propriétés physiques extraordinaires, typiquement l'habilité de cristalliser sous tension qui est responsable de leur haute résistance en fatigue. La cristallisation sous tension (CST, en français) est un phénomène hautement thermosensible. Mieux comprendre comment la CST renforce la durée de vie et comment la température altère cette propriété est donc un point clef afin d'améliorer la durabilité des élastomères. La présente thèse est divisée en trois parties. La première est dédiée à l'investigation du comportement en fatigue du CN à 23°C, elle confirme que la CST est responsable d'un renforcement en durée de vie. Par ailleurs, une analyse fractographique est menée afin de mieux comprendre les mécanismes de renforcement. Parmi les différents résultats obtenus, de nouveaux éléments sur le phénomène de formation de stries de fatigue sont proposés. La seconde partie traite de l'effet de la température sur le renforcement induit par la CST sous des chargements non-relaxants. De manière surprenante, un renforcement en durée de vie s'opère encore à 90°C, bien que la CST soit admise comme étant significativement atténuée, voire annulée à température élevée. En revanche, les effets de la CST disparaissent à 110°C. La troisième partie présente la construction d'un modèle de prédiction de durée de vie pour des chargements à amplitude variable. Le modèle prend en compte le renforcement en durée de vie induit par la CST, l'effet de la température ainsi que la non-linéarité de l'endommagement.

  • Titre traduit

    Fatigue du caoutchouc naturel à différentes températures : renforcement dû à la cristallisation sous tension et modélisation de la non-linéarité de l’évolution de l’endommagement


  • Résumé

    The present thesis is dedicated to the investigation of the fatigue behavior of natural rubber (NR) under fatigue loadings. Natural rubbers exhibit extraordinary physical properties, typically the ability to crystallize under tension that is assumed to be responsible for their high fatigue resistance. Strain-induced crystallization (SIC) is a highly thermosensitive phenomenon. Better understanding how SIC reinforces the fatigue life and how temperature affects this property is therefore a key point to improve the durability of rubbers. The present thesis is divided in three parts. The first one is dedicated to the investigation of the fatigue behavior of NR at 23°C and confirms that SIC is responsible for a lifetime reinforcement. Furthermore, a post-mortem analysis is carried to better understand the reinforcement mechanisms. Among the different results obtained, new elements are provided on the fatigue striation phenomenon. The second part addresses the effect of temperature on the SIC-induced reinforcement under non-relaxing loadings. Surprisingly, a lifetime reinforcement still occurs at 90°C although SIC is assumed to be significantly attenuated if not cancelled at elevated temperatures. No SIC effect was observed at 110°C. The third part deals with the construction of a lifetime prediction model for variable loading amplitudes. This model accounts for the lifetime reinforcement due to SIC and the effect of temperature, as well as for non-linear damage.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 01-01-2021


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Bibliothèque de ressources en ligne.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.