L'effet de l'hétérogénéité de contrainte sur l'auto-échauffement des polymères/élastomères renforcés

The effect of stress heterogeneity on the heat build-up of reinforced thermoplastics/rubbers

• Auteur / Autrice : Lili Wan
• Direction : Lucien Laiarinandrasana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 23/06/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre des Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Yann Marco
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucien Laiarinandrasana, Gerald Pinter, Alexander Lion, Jean-Benoît Le Cam, Henri-Alexandre Cayzac, Cristian Ovalle Rodas, Alba Marcellan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gerald Pinter, Alexander Lion

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés thermiques

Plasticité

Matériaux

Mots clés libres

Auto-Échauffement

Hétérogénéité de contrainte

Thermoplastique renforcé

Élastomères renforcés

Modélisation

Heat buid-Up

Stress heterogeneity

Reinforced thermoplastic

Reinforced rubbers

Modeling

Résumé

Ce travail a étudié l’effet de l’hétérogénéité de contrainte sur l’auto- échauffement des thermoplastiques/élastomères renforcés. Pour les thermoplastiques, les méthodes expérimentales, théorique et numérique ont été utilisées. Des éprouvettes plates entaillées et pré-fissurées, dont l’ état de contrainte analytique a été proposé par Bridgman et Rice-Johnson respectivement,ont été testées sous chargement de traction. La modélisation numérique 2D/3D par la méthode des éléments finis a été réalisée, dans laquelle l’ échauffement adiabatique a été pris en compte. Une corrélation satisfaisante a été obtenue entre les résultats expérimentaux, théoriques et numériques, y compris l’ élévation de température et les contraintes/déformations. L’augmentation de température est plus étroitement liée aux états de contrainte qu’ `a la déformation.De plus, l’augmentation de température hétérogène et la contrainte numérique dans l’ épaisseur ont révélé la nécessité d’une modélisation 3D. L’ étude a également examiné les propriétés mécaniques et l’augmentation de température des élastomères. Une dépendance du temps et de la température du module de compressibilité a été obtenue pour les élastomères soumis `a une contrainte hydrostatique.

This work studied the effect of stress heterogeneity on the heat build-up of reinforced thermoplastics and rubbers. Forthermoplastics, experimental, theoretical and numerical methods were used. Notched and fracture mechanic samples,whose analytical stress states were proposed by Bridgman and Rice-Johnson respectively, were tested under tensileloading. 2D/3D numerical modeling by finite element method was conducted, in which adiabatic heating was considered.A satisfactory agreement was obtained between experimental, theoretical and numerical results including stress/strainand temperature rise. The temeprature rise is more closely in line with stress states than with strain. Additionally, theheterogeneous temeprature rise and numerical stress in thickness revealed the necessity of 3D modeling. The study alsoinvestigated the mechanical properties and surface temrperature rise of rubbers. A temperature and time dependent bulkmodulus was obtained for rubbers under hydrostatic stress.