Comportement multiaxial des polymères en élongation : des évolutions de microstructure au comportement thermo-mécanique

Multiaxial behavior of polymers in elongation : from microstructure evolutions to thermomechanical behavior

• Auteur / Autrice : Hanane Attar
• Direction : Luc Chevalier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 22/02/2023
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Modélisation et simulation multi échelle (Marne-la-Vallée) - Laboratoire Modélisation et simulation multi échelle (Marne-la-Vallée)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Chevalier, Evelyne Toussaint, Cédric Doudard, Gilles Régnier, Sabine Cantournet, Yun Mei Luo, Fabrice Détrez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Toussaint, Cédric Doudard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Viscosité

Essais dynamiques

Essais

Machines

Rayons X -- Diffusion centrale

Propriétés mécaniques

Cristallisation

Polymères

Mots clés libres

Machine de traction bi-Axiale

Essais multi-Axiaux

Polymère semi-Cristalin

Cristallisation

Essais SAXS

Comportement mécanique

Biaxial traction machine

Multi-Axial tests

Semi-Crystalline polymer

Crystallization

SAXS test

Mechanical behavior

Résumé

L'identification des propriétés mécaniques du polyéthylène téréphtalate (PET) induites par le processus de soufflage est nécessaire pour s'assurer de la précision des simulations de résistance des bouteilles. À notre connaissance, aucune méthode ne permet de prédire numériquement les caractéristiques mécaniques finales du polymère après le processus de fabrication. La difficulté réside sur le couplage fort entre les sollicitations thermomécaniques et la microstructure du matériau. L'application principale visée concerne des tests de caractérisation des plaques de poly-éthylène térépthalate (PET). La conception d'un banc biaxial originale avec système de chauffage intégré, a permis de réaliser des essais in-situ pour la caractérisation microstructurale des thermoplastiques chargés ou non par rayonnement X synchrotron dans les conditions de vitesse et de température proches du procédé industriel. Le comportement mécanique du PET a été décrit par un modèle visco-hyperélastique anisotrope en grandes déformations, identifié à partir des données expérimentales de traction multi-axial. Une modélisation de l'évolution de microstructure en lien avec les propriétés mécaniques est alors possible, pour à terme coupler la microstructure au modèle visco-hyperélastique. Nous présentons ensuite une méthode pour identifier l'ensemble des propriétés mécaniques d'une bouteille soufflée avec un modèle élastique orthotrope à partir d'un essai unique pour limiter les dispersions des propriétés du matériau

The identification of the mechanical properties of polyethylene terephthalate (PET) induced by the blowing process is necessary to ensure the accuracy of bottle strength simulations. To our knowledge, there is no method to numerically predict the final mechanical characteristics of the polymer after the manufacturing process. The difficulty lies in the strong coupling between the thermomechanical stresses and the microstucture of the material. The main application is for characterization tests of polyethylene terephthalate (PET) plates. The design of an original biaxial bench with integrated heating system has made it possible to carry out in-depth testsfor the microstructural characterization of thermoplastics charged or not by synchrotron X-ray in conditions of speed and temperature close to the industrial process. The mechanical behaviour of the PET was described by an anisotropic visco-hyperelastic model in large deformations, identified from the multi-axial traction experimental data. Modelling of the evolution of microstructure in relation to the mechanical properties is then possible, for eventually coupled the microstructure to the visco-hyperelastic model. We then present a method to identify all the mechanical properties of the blown bottle with an orthotropic elastic model from a single test to limit the dispersions of the material properties