Modèle d’adhésion cicatrisante et applications au contact verre/élastomère

par Mathieu Schryve

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Michel Raous et de Marius Cocou.

Soutenue en 2008

à Aix-Marseille 1 , en partenariat avec Université de Provence. Section sciences (autre partenaire) .

mots clés

• Adhésion (physique)
• Frottement
• Déformations (mécanique)
• Simulation par ordinateur

Résumé

De très nombreux problèmes rencontrés dans l’industrie sont liés aux évolutions que subissent les interfaces. Le contact, le frottement et l’adhésion y jouent un rôle fondamental. Ce travail est une contribution au développement d’un modèle qui couple adhésion et frottement et qui autorise la cicatrisation des liens adhésifs lorsque les corps sont remis en contact après avoir été séparés. Ce modèle est appelé modèle d’adhésion cicatrisante. Dans le cadre de ce mémoire, les applications concernent plus particulièrement l’étude du contact verre/élastomère. La formation du col d’adhésion, les phénomènes « jump-on » et « jump-off » et la formation et la propagation des ondes de Schallamach sont abordés. Le travail propose une modélisation à l’échelle des surfaces, issue de considérations thermodynamiques et qui simule les effets des interactions de type van der Waals. Outre la possible cicatrisation des liens lors de l’approche des corps, l’originalité du modèle est que les processus d’endommagement et de cicatrisation des liens adhésifs sont tous deux liés à la vitesse de sollicitation au niveau de l’interface. Selon les applications envisagées, l’approche permet ainsi de considérer deux sources possibles de dissipations. L’une est surfacique et liée au comportement de l’interface. La seconde est volumique et liée au comportement des corps. La formulation dynamique est donnée dans le cadre de la mécanique non régulière. Les méthodes numériques correspondantes sont mises en oeuvre dans la plateforme LMGC90 (Montpellier - Marseille). Le modèle est testé sur des Benchmarks et validé sur la simulation d’une expérience de tribologie de contact verre/élastomère.

Titre traduit

Model of healing adhesion and applications to the glass/rubber contact

Résumé

Many problems encountered in industry are concerned with interface evolutions, where contact, friction and adhesion are fundamental topics. This PhD thesis contributes to the development of a model involving adhesion and friction and allowing the healing of the adhesive bonds when the bodies are again pushed closer together after their separation. This model is called model of healing adhesion. In this work the applications concern specifically the contact glass/rubber. The formation of the the adhesion neck, jump-on and jump-off phenomena and the formation and the propagation of the Schallamach waves are investigated. A modelling of the adhesive contact is thus proposed, based on thermodynamic considerations and surface interactions concepts. In addition to the possible healing of the adhesives bonds, the originality of the model is that healing process and damage process are both related to the rate of the solicitation at the interface. According to the applications, the approch allows to consider two potential sources of dissipation. One is called surface dissipation and linked to the behaviour of the interface. The second is called bulk dissipation and linked to the behaviour of the bodies. The dynamic formulation is done within the framework of the non-smooth mechanic. Implementations of appropriate numerical methods and simulations are done in LMGC90 (Montpellier - Marseille). The model is tested with Benchmark and validated with the simulation of a glass/rubber experiment.