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Déformation, endommagement, fatigue et rupture des polymères

type de publication      thèse HDR
date de publication 10-12-2012
auteur(s) Zaïri Fahmi
jury M. Nait Abdelaziz, S. Ahzi, R. Estevez, J.M. Lefebvre, L. Laiarinandrasana, E. Verron
  
résumé Les travaux présentés dans cette habilitation à diriger des recherches portent sur la déformation, l’endommagement, la fatigue et la rupture des polymères. Quelle que soit l’échelle de description retenue le dénominateur commun des travaux réside dans la compréhension du comportement macroscopique des polymères, renforcés ou non, et de leurs mécanismes de déformation et d’endommagement sous chargement monotone et cyclique.
L’un des aspects des activités de recherche concerne le développement et la validation expérimentale de modèles macroscopiques et micromécaniques permettant de décrire le comportement mécanique des polymères et, des composites et nanocomposites à matrice polymère. Les modèles macroscopiques développés pour décrire le comportement des polymères thermoplastiques combinent les théories issues de la viscoélasticité, de l’hyperélasticité, de la viscoplasticité et de l’endommagement et, s’appuient sur des approches purement phénoménologiques ou intègrent des éléments se référant à la microstructure et à son évolution (structure macromoléculaire, endommagement par cavitation et son évolution anisotrope, présence de renforts, cristallinité, etc.). L’objectif est l’enrichissement continu des modèles de comportement en prenant en compte les différents aspects de la réponse mécanique jusqu’aux grandes déformations et leur sensibilité vis-à-vis de paramètres tels que la température, la vitesse de déformation, la triaxialité des contraintes ou encore le vieillissement. La prédiction du comportement mécanique linéaire et non-linéaire des composites et nanocomposites est abordée à partir de méthodes de transition d’échelles basées sur les concepts d’homogénéisation micromécanique. A l’échelle atomique, la simulation de dynamique moléculaire permet d’affiner la compréhension des mécanismes de renforcement dans les nanocomposites à renforts plaquettaires d’argile. Dans l’objectif de contrôler la microstructure des polymères et, des composites et nanocomposites, nous nous sommes également intéressés à l’optimisation d’un procédé d’extrusion à l’état solide ayant pour but d’induire une texturation par hyperdéformation plastique sans modification de la section de l’échantillon extrudé. Enfin, les résultats d’une activité biomécanique sur des problématiques liées au rachis sont exposés.
Un autre aspect des activités de recherche présentées dans cette habilitation est dédié à la fatigue et à la rupture des polymères. Les travaux associés à l’endommagement en fatigue se sont focalisés sur les élastomères. Deux voies ont été suivies. La première est basée sur l’introduction d’une cinétique d’altération du réseau macromoléculaire dans une modélisation de type viscohyperélastique dans le but de décrire l’adoucissement cyclique. La seconde est basée sur la construction de modèles utilisant la mécanique de l’endommagement continu afin de prédire la durée de vie en fatigue polycyclique sous chargement multiaxial à amplitude constante et variable. Outre la caractérisation des polymères utilisant les approches classiques de la mécanique de la rupture, un critère de rupture original, s’appuyant sur le concept de défaut intrinsèque, est proposé dans le but de prédire la rupture des polymères sous chargement monotone et multiaxial. Parallèlement à ces activités, des travaux sur les mécanismes d’endommagement et de fissuration dans les matériaux vitreux fragiles, sous chargement statique et dynamique, ont également été menés à l’aide d’une modélisation issue de la mécanique de l’endommagement continu anisotrope.
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