Modélisation des problèmes de contact frictionnel adhésif pour les matières molles

Modelling of adhesive frictional contact problems for soft matters

• Auteur / Autrice : Libang Hu
• Direction : Zhi-Qiang Feng, Yu CONG
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides
• Date : Soutenance le 10/03/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et d'Energétique de l'université d'Evry (Evry, Essonne) - Laboratoire de Mécanique et d'Energétique de l'université d'Evry (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Raous
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Peyraut, Vladislav Yastrebov, Géry de Saxcé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Peyraut, Vladislav Yastrebov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hyperélasticité

Matériaux

Adhésion (physique)

Mécanique du contact

Mots clés libres

Contact dynamique

Adhérence récupérable

Modèle RCC

Méthode bi-Potentielle

Dynamic contact

Recoverable adhesion

RCC model

Bi-Potential method

Résumé

Le contact frictionnel dynamique et l'adhésion interfaciale récupérable impliquant des matériaux mous représentent un phénomène de contact fréquent. Dans le domaine de la modélisation numérique, la construction d'un modèle capable de traiter le contact avec frottement et l'adhésion récupérable a toujours été un sujet difficile. Dans cette thèse, un modèle 3D étendu, prêt à être implémenté pour les problèmes quasi-industriels de contact avec friction et d'adhésion récupérable entre matériaux mous est formulé en utilisant le modèle d'interface Raous-Cangémi-Cocou (RCC) et une méthode de résolution basée sur le bi-potentiel. Le modèle RCC propose une description simple de l'adhésion de l'interface basée sur un paramètre scalaire local. Les effets normaux et tangentiels sont pris en compte par le modèle d'interface adhésif, impliquant à la fois le processus de collage et de décollage des liens de l'interface. Ce modèle adhésif a été implémenté dans la méthode bi-potentielle, basée sur un ensemble de lois de contact unilatérales et tangentielles étendues. Nous combinons le modèle d'interface adhésive étendu 3D avec différents modèles hyperélastiques pour étudier les problèmes de contact à grande déformation dans diverses conditions d'interface adhésive. Par exemple, le modèle de matériau de Blatz-Ko pour les problèmes de contact à grande déformation dans des conditions d'interface adhésive isotrope et orthotrope ; le comportement mécanique des tissus mous biologiques avec adhésion de surface est étudié à l'aide du modèle d'hyperélasticité anisotrope Holzapfel-Gasser-Ogden (HGO)+Yeoh. Pour illustrer la capacité du modèle mis en œuvre, nous avons mis en place divers cas d'essai dans chaque chapitre pour explorer le contact adhésif dans des scénarios de direction normale, tangentielle et mixte pour différents modèles de matériaux et conditions d'interface, ce qui nous rapproche de situations de modélisation quasi-industrielles.

Dynamic frictional contact and recoverable interfacial adhesion involving soft materials represent a frequent contact phenomenon. In the numerical modelling field, constructing of a model capable of addressing contact with friction and recoverable adhesion has always been a challenging topic. In this thesis, an extended, ready-to-implement 3D model for quasi-industrial problems of contact with friction and recoverable interface adhesion between soft material is formulated using the Raous-Cangémi-Cocou (RCC) interface model and a bi-potential based resolution method. The RCC model proposes a straightforward description of the interface adhesion based on a local scalar parameter, both normal and tangential effects are taken into account by the adhesive interface model, involving both the process of bonding and de-bonding of the interface links. This adhesive model has been implemented within the bi-potential method, based on a set of extended unilateral and tangential contact laws. We combine the 3D extended adhesive interface model with different hyperelastic models to investigate large deformation contact problems under various adhesive interface conditions. Such as, Blatz-Ko material model for large deformation contact problems under isotropic and orthotropic adhesive interface conditions; The mechanical behaviour of biological soft tissues with surface adhesion is investigated by using the Holzapfel-Gasser-Ogden (HGO)+Yeoh anisotropic hyperelasticity model. To illustrate the capability of the implemented model, we set up various test cases in each chapter to explore adhesive contact in normal, tangential and mixed directional scenarios for different material models and interface conditions, which brings us closer to quasi-industrial modelling situations.