Contribution à l'utilisation des polymères à mémoire de forme pour les structures à amortissement contrôlé

Contribution to using shape memory polymers for the control of structural damping

• Auteur / Autrice : Pauline Butaud
• Direction : Morvan Ouisse, Emmanuel Foltête, Cécile Rogueda-Berriet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 01/12/2015
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Deü
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Morvan Ouisse, Emmanuel Foltête, Cécile Rogueda-Berriet, Jean-François Deü, Fabrizio Scarpa, Yann Marco, Renaud Rinaldi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrizio Scarpa, Yann Marco

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages à mémoire de forme

Mots clés libres

Polymères à mémoire de forme

TBA / PEGDMA

Matériaux viscoélastiques

Caractérisation expérimentale large bande

Structures sandwichs

Amortissement contrôlé

Shape memory polymer

TBA / PEGDMA

Viscoelastic materials

Wide band experimental caracterization

Sandwich structures

Damping control

Résumé

Ces travaux de thèse proposent utiliser les polymères à mémoire de forme comme moyen de contrôle desvibrations des structures. Outre hystérésis de mémoire qui est classiquement mis en avant, ces matériauxpossèdent des propriétés amortissantes intrinsèques qui sont d'autant plus intéressantes lorsque l’effetmémoire de forme est important. Dans un premier temps une caractérisation des propriétés mécaniques dutBA/PEGDMA, polymère à mémoire de forme de l'étude, est effectuée par analyse dynamique mécanique.Un modèle rhéologique basé sur lʹéquivalence temps-température, le 2S2P1D, est utilisé pour rendre comptedu comportement viscoélastique du polymère. Dans un deuxième temps, une campagne expérimentale estmenée, sur une large bande de fréquences et de températures, grâce à divers moyens expérimentaux(statiques, modaux, nano-indentations, ultrasons, dynamiques hautes fréquences, microscopie acoustique)afin de définir le domaine de validité, fréquentiel et thermique, du modèle rhéologique. Dans un troisièmetemps, le polymère à mémoire de forme est intégré à une structure composite de type sandwich pour mettreen évidence le pouvoir amortissant impressionnant du matériau. Enfin, une méthodologie de contrôle delʹamortissement par la température est proposée. En effet, la dissipation d’énergie dans le sandwich sʹavèrecontrôlable, la température permettant d’ajuster la rigidité et le facteur de perte du tBA/PEGDMA pour unamortissement optimal sur une large bande de fréquences.

This work proposes to use shape memory polymers to control structural vibrations. These materials exhibit amemory hysteresis which is practically associated with intrinsic damping properties which are very highwhen the memory effect is strong. First, a thermomechanical characterization of the shape memory polymerof interest (tBA/PEGDMA) is performed by dynamic mechanical analysis. A rheological model based on timetemperaturesuperposition is used to represent the viscoelastic behavior of the polymer. Secondly, anexperimental campaign is performed over a wide frequency and temperature range, through variousexperimental techniques (static, modal, nanoindentation, ultrasounds, high frequency dynamic analysis,acoustic microscopy) to define the area of validity, in frequency and temperature, of the rheological model.Third, the shape memory polymer is integrated into a composite sandwich structure to highlight the awesomedamping capabilities of the material. Finally, a damping tuning methodology by temperature control isproposed. Indeed, the power dissipation in the sandwich is related to physical properties of the tBA/PEGDMA core which are temperature-controlled to optimize the damping over a given frequency range.