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Contribution à l'étude de la déformation et de l'endommagement des polymères vitreux homogènes et à renforts caoutchoutiques

type de publication      thèse de doctorat
date de publication 17-12-2004
auteur(s) Zaïri Fahmi
jury Woznica K.;Nait-Abdelaziz M.;Remond Y.;Heymans N.;Pilvin P.;Fond C.;Gloaguen J.-M.;Dufrenoy P.
  
résumé L'utilisation des polymères, renforcés ou non, s'est répandue dans de nombreux domaines de l'industrie. En dépit de l'introduction massive des polymères à l’étât vitreux comme matériaux de structure, leur modélisation reste encore un sujet ouvert. Des développements récents, aussi bien au niveau des méthodes expérimentales, théoriques que numériques, permettent de se poser la question de leur modélisation. Ce travail constitue une contribution visant à décrire le comportement non-linéaire et l'endommagement des polymères vitreux homogènes et renforcés par l'adjonction de particules d'élastomère sphériques. Un modèle viscoplastique à variables internes, dont les hypothèses fondamentales sont basées sur des considérations phénoménologiques, a été développé et implémenté dans un code de calcul par éléments finis, pour caractériser le comportement fortement non-linéaire des polymères vitreux. Une stratégie d'identification des paramètres qui interviennent dans le modèle a également été élaborée. Les équations constitutives non-linéaires du modèle sont intégrées à l’aide d'un algorithme itératif explicite. Les résultats des simulations ont été ensuite validés expérimentalement par comparaison avec les données expérimentales obtenues sur différents polymères vitreux typiques. Afin d'obtenir de nouveaux matériaux polymères, le mélange polymère vitreux-polymère caoutchoutique est couramment utilisé dans l’industrie. Un mélange typique, le RT-PMMA, a été caractérisé expérimentalement et l'influence de différents paramètres clefs (température, vitesse de déformation, concentration en particules) sur le comportement a été dégagée. Le modèle viscoplastique couplé à une formulation micromécanique a été ensuite validé sur les résultats expérimentaux obtenus. Des simulations numériques par la méthode des éléments finis ont été ensuite réalisées pour essayer d'apporter des éléments de réponse à la légère densification du matériau mise en évidence en traction. La déformation volumique plastique peut dans certaines conditions représenter une part importante de la déformation totale et augmenter ainsi l'énergie consommée au sein du matériau. L'activation locale des mécanismes de déformation (cavitation des particules-bandes de cisaillement) dans les mélanges a fait l'objet d'un intérêt tout particulier. Le rôle critique de la pression hydrostatique sur l'instabilité cavitationnelle a notamment été analysé. La compréhension qualitative des mécanismes de déformation sur le comportement à l’endommagement ductile du RT-PMMA a également été entreprise. Le modèle de Gurson-Tvergaard a été ensuite couplé au modèle viscoplastique développé. Une nouvelle vitesse de déformation macroscopique, qui n'est plus que déviatorique à cause de la dilatation, est donnée. Le nouveau modèle ainsi réalisé a été validé sur les résultats expérimentaux obtenus sur un RT-PMMA. L'aptitude du modèle développé dans ce travail à appréhender les observations expérimentales, permet de dégager les perspectives de l'analyse prédictive de l'endommagement des polymères.
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