Modélisation thermomécanique visco-hyperélastique du comportement d'un polymère semi-cristallin PDF Download
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Author: Erwan Baquet
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Languages : fr
Pages : 171
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Book Description
Cette étude doctorale porte sur une matrice polyamide 6.6, utilisé dans les matériaux renforcé fibre de verre courtes, et consiste en la mise en place d'une modélisation thermomécanique, autour de la transition mécanique α du polymère. Une première partie consiste en la mise en évidence expérimentale du comportement thermomécanique du matériau de l'étude. Une campagne d'essais mécanique en traction et cisaillement a été menée, où un effort important sur le protocole expérimental a été mené. Les techniques d'analyse de déformation par corrélation d'images, et de suivi pyrométrique de la température ont, par exemple, été utilisées. La construction de la base expérimentale met à profit les équivalences vitesses / températures, sur une gamme de température comprise entre -10° et +60°, et une gamme de vitesse de déformation comprise entre 10-4 et 10 s-1, soit 21 décades suivant la grandeur caractéristique de ces essais, i.e. la vitesse de déformation équivalente à une température de référence. Une seconde partie consiste en un développement d'un modèle de comportement visco-hyperélastique, décrit dans le cadre formel de la thermodynamique des processus irréversible, et physiquement basé sur les modèles de statistique de chaînes modifiés. L'introduction d'un processus de relaxation, d'une partie de l'énergie élastique emmagasinée dans le réseau comme source d'anélasticité entropique a été proposée, puis confrontée avec la base expérimentale. Le modèle prend en compte les couplages thermomécaniques forts, et permet, avec un nombre de paramètres réduits, de représenter le comportement global de l'ensemble de nos essais expérimentaux.
Author: Erwan Baquet
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Languages : fr
Pages : 171
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Book Description
Cette étude doctorale porte sur une matrice polyamide 6.6, utilisé dans les matériaux renforcé fibre de verre courtes, et consiste en la mise en place d'une modélisation thermomécanique, autour de la transition mécanique α du polymère. Une première partie consiste en la mise en évidence expérimentale du comportement thermomécanique du matériau de l'étude. Une campagne d'essais mécanique en traction et cisaillement a été menée, où un effort important sur le protocole expérimental a été mené. Les techniques d'analyse de déformation par corrélation d'images, et de suivi pyrométrique de la température ont, par exemple, été utilisées. La construction de la base expérimentale met à profit les équivalences vitesses / températures, sur une gamme de température comprise entre -10° et +60°, et une gamme de vitesse de déformation comprise entre 10-4 et 10 s-1, soit 21 décades suivant la grandeur caractéristique de ces essais, i.e. la vitesse de déformation équivalente à une température de référence. Une seconde partie consiste en un développement d'un modèle de comportement visco-hyperélastique, décrit dans le cadre formel de la thermodynamique des processus irréversible, et physiquement basé sur les modèles de statistique de chaînes modifiés. L'introduction d'un processus de relaxation, d'une partie de l'énergie élastique emmagasinée dans le réseau comme source d'anélasticité entropique a été proposée, puis confrontée avec la base expérimentale. Le modèle prend en compte les couplages thermomécaniques forts, et permet, avec un nombre de paramètres réduits, de représenter le comportement global de l'ensemble de nos essais expérimentaux.
Author: Montassar Zrida
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Languages : fr
Pages : 161
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Ce travail est consacré à l'étude expérimentale et numérique du comportement mécanique des matériaux polymères semi-cristallins, en l'occurrence le polypropylène. Ces matériaux sont souvent destinés aux pièces de sécurité dans le domaine de l'automobile. Ils ont l'avantage d'être peu onéreux et d'avoir une bonne résistance aux chocs. Ils présentent également l'avantage d'être recyclables. L'étude porte sur le comportement mécanique en statique et en dynamique rapide de trois nuances de polypropylène. Le but est d'identifier un modèle de comportement original de type Hyper- Visco-Hystérésis. Ce modèle, déjà utilisé sur les alliages à mémoire de forme, les aciers et les élastomères doit être adapté pour les polymères semi-cristallins. Il intègre de manière additive des contributions en contraintes de type hyper-élastique, visqueuse, et hystérétique. Des essais quasi-statiques (traction, relaxation, cyclique, torsion) et dynamiques rapides (essais de traction pour des vitesses de déformation de l'ordre de 200 's-l) ont été effectués pour constituer une base de données expérimentale. Cette base de données nous a permis ensuite d'identifier les différents paramètres du modèle de comportement en tenant compte de tous les types de sollicitations mis en place (statique ou dynamique) en regard des propriétés physico-chimiques du matériau. Une fois ce comportement connu, des simulations d'essais de torsion et de traction rapide, effectuées sur le code par éléments finis en grandes transformations (HEREZH++), ont permis de montrer la validité du modèle de comportement.
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Languages : fr
Pages : 205
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LE COMPORTEMENT MECANIQUE DES POLYMERES SEMI-CRISTALLINS DEPEND FORTEMENT DE LEUR MORPHOLOGIE MICROSTRUCTURALE. MODELISER LE COMPORTEMENT DE CES MATERIAUX BIPHASES NECESSITE DONC DE COMPRENDRE LA RELATION QUI EXISTE ENTRE LA MICROSTRUCTURE ET LES MECANISMES DE DEFORMATION MACROSCOPIQUE. LE TRAVAIL PRESENTE SE PROPOSE D'ETUDIER LE COMPORTEMENT MECANIQUE UNIAXIAL D'UN POLYMERE SEMI-CRISTALLIN, LE POLYPROPYLENE (PP), DANS LE DOMAINE PRE-STRICTION EN VUE DE MODELISER SON COMPORTEMENT. DES ESSAIS MECANIQUES ONT ETE MENES POUR CARACTERISER LE COMPORTEMENT MECANIQUE DU PP. CEUX-CI ONT PERMIS DE DISTINGUER LE COMPORTEMENT VISCOELASTIQUE DU COMPORTEMENT VISCOPLASTIQUE. LES OUTILS DEVELOPPES DEPUIS LONGTEMPS POUR ETUDIER LES METAUX ONT ETE EMPLOYES AFIN D'EXAMINER L'EFFET DES HETEROGENEITES SUR LES DIFFERENTES CARACTERISTIQUES DU COMPORTEMENT VISCOPLASTIQUE DU POLYMERE. DES DEVELOPPEMENTS PARTICULIERS ONT ETE NECESSAIRES POUR ADAPTER CES METHODOLOGIES AU POLYPROPYLENE ; LA PARTITION DE LA CONTRAINTE MACROSCOPIQUE INITIALEMENT INTRODUITE PAR COTTRELL A PERMIS DE DISTINGUER LA CONTRAINTE EFFECTIVE ASSOCIEE A LA PHASE AMORPHE, DE LA CONTRAINTE INTERNE ASSOCIEE A DES HETEROGENEITES DE DEFORMATION. CETTE CARACTERISATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DU PP SE TERMINE PAR UNE PROPOSITION DE MECANISMES DE DEFORMATION SE PRODUISANT LORS DE LA SOLLICITATION UNIAXIALE D'UN POLYMERE SEMI-CRISTALLIN. LA MODELISATION DU COMPORTEMENT VISCOELASTOPLASTIQUE DU PP EST EFFECTUEE SUR LA BASE DE LA PARTITION DE LA DEFORMATION TOTALE EN UNE DEFORMATION VISCOELASTIQUE ET UNE DEFORMATION VISCOPLASTIQUE. LE MODELE RHEOLOGIQUE DE ZENER SERT DE POINT DE DEPART POUR LA DESCRIPTION DU COMPORTEMENT VISCOELASTIQUE. LA MODELISATION VISCOPLASTIQUE REPOSE QUANT A ELLE SUR LA CARACTERISATION DU COMPORTEMENT EFFECTUEE EN PREMIERE PARTIE DU TRAVAIL. LA REPONSE DU MODELE VISCOELASTOPLASTIQUE EST ENSUITE CONFRONTEE A DES ESSAIS EXPERIMENTAUX DE CHARGE-DECHARGE-RECOUVRANCE ET DE CHARGE-RELAXATION-DECHARGE-RECOUVRANCE.
Author: Georges Ayoub
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Languages : fr
Pages : 239
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Deux types de polymères représentatifs sont étudiés dans cette thèse : un thermoplastique semi-cristallin (le polyéthylène) et un élastomère (le styrène-butadiène SBR). Pour décrire le comportement mécanique en grandes déformations du polyéthylène, un modèle hyperélastique-viscoplastique à base physique, intégrant de manière explicite l’influence de la cristallinité, a été développé. Ce modèle permet de reproduire aussi bien le comportement mécanique des thermoplastiques (viscoplastique-hyperélastique) que celui plus spécifique des élastomères (visco-hyperélastique). La modélisation du comportement sous chargement cyclique du polyéthylène est ensuite réalisée en incorporant au développement précèdent une composante viscoélastique non linéaire. Afin de décrire le processus d’endommagement sous chargement cyclique multiaxial du SBR, deux approches complémentaires ont été suivies. La première, basée sur une théorie d’altération du réseau macromoléculaire, permet de décrire l’adoucissement cyclique jusqu’à rupture. La confrontation du modèle proposé à des résultats expérimentaux obtenus en chargement uniaxial a mis en évidence la pertinence d’une telle approche. La seconde, basée sur la mécanique de l’endommagement continu, a pour vocation de prédire la durée de vie des élastomères en fatigue multiaxiale sous chargements complexes. Dans cette approche, on dérive la variable d’endommagement à partir de l’énergie de fissuration. Après identification des paramètres d’endommagement sur des essais uniaxiaux, les capacités prédictives du modèle proposé sont mis en évidence sur de essais multiaxiaux, combinant traction et torsion.
Author: Yun Mei Luo
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Languages : fr
Pages : 0
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Le soufflage des bouteilles en polyéthylène téréphtalate (PET) génère des modifications importantes des propriétés mécaniques du matériau comme le montre l'étude de caractérisation des propriétés hétérogènes et anisotropes réalisée sur le fond pétaloïde, une partie 3D de géométrie complexe de bouteille soufflée présentée en fin de mémoire. L'étude principale présentée dans ce rapport s'inscrit dans le cadre du procédé de soufflage par bi-orientation où le matériau, qui se trouve à des températures légèrement supérieures à la température de transition vitreuse (Tg), est fortement biétiré générant ainsi de grandes modifications de morphologie microstructurale. Pour permettre à terme une simulation numérique du procédé qui prenne en compte ces modifications de propriétés en cours de soufflage, l'objectif de la thèse est de décrire le comportement du PET par un modèle visco hyperélastique original en grandes déformations, d'identifier ce modèle couplé à la thermique à partir des données expérimentales très récentes de tension biaxiale à des conditions de vitesse et de température proches du procédé et enfin d'implanter ce modèle pour la simulation du procédé. En parallèle, les aspects thermiques, qui s'avèrent fondamentaux pour le procédé, sont explorés via une identification des propriétés thermiques réalisée sur la base d'essais de chauffage infrarouge et de mesure de champs par caméra thermique. La proximité de Tg rend les propriétés mécaniques très sensibles aux moindres variations de température aussi est-il particulièrement important de prédire correctement les conditions thermique initiales de la préforme avant soufflage. De plus, la très forte viscosité à ces températures génère une dissipation importante et qui contribue à l'auto échauffement du matériau modifiant les propriétés mécaniques au cours du temps. La formulation de ce problème thermo-mécanique couplé est implémenté et résolu par la méthode des éléments finis pour simuler le gonflage des préformes.
Author: Iryna Yakimets-Pilot
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Languages : fr
Pages : 184
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Ce travail s'articule autour d'un modèle viscoélastique développé pour un polymère semi-cristallin dans le domaine des faibles déformations. Ce modèle issu d'une approche rhéologique, contient trois branches associées à la phase cristalline, à la phase amorphe liée (définie comme interphase) et à la phase amorphe libre. Un mécanisme particulier de déformation des deux phases amorphes a été intégré dans ce modèle qui reproduit avec satisfaction l'évolution de la viscoélasticité sous diverses sollicitations. Dans cette étude, le polypropylène a été utilisé comme matériau-modèle. Ce modèle viscoélastique a été ensuite généralisé en 3D pour prédire le comportement sous sollicitations mécaniques complexes de type traction-compression-torsion proportionnelles et non proportionnelles. Le comportement mécanique après sollicitations physico-chimiques dues au vieillissement par photo-oxydation a été également analysé grâce à ce modèle.
Author: Matthieu Zinet
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Languages : fr
Pages : 181
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En plasturgie, la maîtrise de la régulation thermique des outillages apparaît aujourd’hui comme une des composantes essentielles de l’amélioration de la productivité des procédés et de la qualité des produits. S’inscrivant dans le contexte du développement d’outils numériques dédiés à l’optimisation de la « fonction refroidissement » des outillages, ce travail répond à deux besoins. Le premier est la nécessité de disposer d’un modèle précis du comportement thermique des polymères semi-cristallins au cours du refroidissement et de l’influence de cette phase sur la microstructure du matériau, conditionnant ses propriétés finales. Un modèle numérique de la cristallisation d’un polymère soumis à un écoulement anisotherme est développé. Le 1er invariant du tenseur des extra-contraintes, représentative du comportement rhéologique viscoélastique du matériau, est considérée comme la force motrice d’une germination additionnelle s’ajoutant à la germination induite par la thermique. La croissance de ces germes est décrite par deux systèmes d’équations de Schneider. Le modèle est ensuite appliqué la cristallisation d’un polypropylène isotactique dans un écoulement de cisaillement (écoulement de Couette). Les effets thermiques et rhéologiques sur la cristallisation sont alors quantifiés en termes d’accélération de la cinétique et de répartition morphologique finale (type, densité et tailles moyennes des cristallites). D’autre part, l’optimisation des performances thermiques des outillages fait appel à des techniques de mesure du transfert de chaleur précises, fiables et adaptées aux contraintes du procédé, dans le but d’alimenter et de valider les simulations numériques. Une technologie innovante d’instrumentation thermique est mise en œuvre sur un moule d’injection, sous forme d’un insert fluxmétrique, afin d’évaluer localement les transferts de chaleur entre le polymère et l’outillage. L’influence des conditions d’injection sur la réponse du capteur est analysée. Les « signatures thermiques » du procédé ainsi obtenues permettent de valider un modèle simplifié des transferts thermiques lors de la phase de refroidissement.
Author: Amine Ammar
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ISBN: 9782110927316
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Languages : fr
Pages : 209
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Nous nous intéressons dans ce travail au développement d'un modèle de cristallisation afin de simuler la phase de remplissage lors de l'injection d'un thermoplastique. La cinétique de changement de phase est affectée par l'histoire thermomécanique subie par le matériaux. Nous développons alors dans le cadre des matériaux standards généralises un modèle qui permet de prédire la cristallisation induite par l'écoulement d'un polymère. Nous utilisons d'abord ce modèle avec des comportements visqueux. Pour étudier l'effet de l'orientation et de l'étirement moléculaire sur l'écoulement et sur la cinétique de cristallisation, nous utilisons ensuite le modèle pompom (modèle de comportement viscoélastique de polymères ramifies). A l'aide d'une technique de partition des déformations nous montrons par des simulations numériques l'effet viscoélastique sur le champ de vitesse, d'étirement et de contraintes notamment en présence de singularités géométriques. Enfin, dans le but d'étendre le modèle de cristallisation induite aux comportements viscoélastiques, nous proposons un cadre qui permet l'écriture thermodynamique des modèles viscoélastiques en grandes transformations. Les résultats d'une simulation numérique d'injection montrent l'effet de l'étirement et de l'orientation moléculaire sur l'apparition de la cristallisation induite.
Author: Kai͏̈s Mrabet
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Languages : fr
Pages : 173
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Book Description
Les polymères semi-cristallins font l'objet de nombreuses recherches scientifiques visant à comprendre leurs mécanismes de déformation microscopiques. Néanmoins, les modèles présentés aujourd'hui dans la littérature n'abordent que rarement les essais mécaniques avec décharge et les essais cycliques en grandes déformations. Les raisons de ces insuffisances sont surtout liées à la difficulté d'établir une description physique mettant en jeu la multiplicité des processus de réorganisation interne. Aussi, un élément important du comportement mécanique du polymère semi-cristallin est souvent ignoré, il s'agit de la notion d'état relaxé. Dans le cadre du formalisme D.N.L.R. (Distribution of Non Linear Relaxation) nous nous intéressons de plus près à ces deux aspects du comportement mécanique: multiplicité des processus et état relaxé. Pour clarifier ses deux notions nous nous sommes donné pour objectif de caractériser l'état relaxé en grandes déformations et de le modéliser en exploitant la thermodynamique de processus irréversibles tout en prenant en compte l'aspect microscopique de la déformation. La distribution des poids des différents modes de dissipation est décrite suite à des observations issues d'un essai clip test. Le matériau utilisé est le polyéthylène à Haute Densité moléculaire PEHD. Les essais sont effectués selon la technique de VideoTraction. Le module de l'état relaxé mesuré lors du chargement en traction est nettement plus important que celui mesuré lors de la décharge, ce qui traduit un phénomène d'endommagement. Nous avons montré que l'irréversibilité de l'état relaxé impose qu'il soit modélisé par une fonctionnelle qui intègre les effets de mémoire et d'endommagement. Par ailleurs, l'essai dip test a révélé la présence d'un cross over mécanique. Une étude bibliographique nous a montré que ce phénomène est lié à la multiplicité des processus, et nous a incité à réexaminer la partition modale intervenant dans la loi de comportement DNLR. Nous avons montré que le modèle physique ainsi élaboré est capable de reproduire des chargements complexes, notamment les essais cycliques avec relaxation, et de prédire des comportements très dépendants de l'histoire du chargement et liés à la non réversibilité de l 'état relaxé.
Author: Rami Bouaziz
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Le polyuréthane thermoplastique à mémoire de forme est un matériau "intelligent", réactif, capable de répondre à un stimulus thermique en déployant de grandes déformations et de retrouver ensuite sa forme initiale lors d'un cycle thermomécanique. Cette réversibilité totale est possible sur plusieurs cycles. Afin de Dimensionner un composant à mémoire de forme dans un système mécanique, un modèle de simulation numérique thermo-viscoélastique en grandes déformations de l'effet mémoire de forme est proposé. L'identification des paramètres de ce modèle est réalisée sur la base d'essais thermomécaniques (analyse mécanique dynamique DMA, traction-relaxation en température, recouvrements libres et contraints). La loi de comportement ainsi formulée, qui découple la contrainte hyperélastique et la contrainte viscoélastique, est programmée dans le logiciel de simulation numérique Comsol Multiphysics. Les résultats de la simulation montrent une très bonne concordance avec la réponse expérimentale du matériau au cours de plusieurs cycles de mémoire de forme. Afin d'améliorer les performances mécaniques statiques et dynamiques du polymère à mémoire de forme du polyuréthane thermoplastique (TPU), nous proposons d'ajouter des faibles pourcentages de nanotubes de halloysite (HNT) en utilisant un processus d'extrusion à l'état fondu avec du polyuréthane thermoplastique. Ce processus a induit une répartition homogène et une bonne dispersion de nanotubes dans toute la matrice TPU. Les essais mécaniques en tension ont démontré que la force et le module des nanocomposites augmentaient de manière significative avec l'ajout de halloysites sans perte de ductilité. En outre, les tests de mémoire cyclique en grande souplesse ont montré que les propriétés de la mémoire de forme, principalement la vitesse de récupération, étaient également améliorées. Nous avons, finalement, étudié l'effet de l'ajout des nanotubes sur les paramètres mécaniques du modèle proposé.
