Comportement Visco-hyperélastique des élastomères - Viscoélasticié non linéaire, Application aux Multicouches


Thèse de Hatem GACEM (Vibroacoustique et Structures)

Type :

Doctorat

Date de soutenance :

13/12/2007

Lieu de soutenance :

SUPMECA Paris

Mots-clés :

élastomère, hyperélasticité, viscoélasticité non linéaire, grandes déformations, comportement dynamique, composites visco-hyperélastiques, caractérisation expérimentale

Directeur(s) de thèse :

Yvon CHEVALIER

Co-directeur(s) externe(s) :

M. REZGUI B., Professeur, E. N. I. Tunis

Encadrant(s) :

Jean-Luc DION

Ecole doctorale :

Université Pierre et Marie Curie


Jury :

Yvon CHEVALIER - directeur
Jean-Luc DION - encadrant
M. REZGUI B., Professeur, E. N. I. Tunis - co-directeur
M. LAIARINANDRASANA L., Maître de recherche, ENS Mines Paris - rapporteur
M. HADDAR M., Professeur, E. N. I. Sfax, Tunisie - rapporteur
M. MULLER P., Professeur, IUT Cergy-Pontoise
M. SOULA M., Maître assistant, E. N. I. Tunis
M. BEDA T., Maître de Conférences, E. N. S. P. Y., Cameroun

Résumé :

Le travail réalisé constitue une contribution à l'étude du comportement viscoélastique non linéaire des structures en élastomères. On s'intéresse particulièrement à la modélisation du comportement dynamique des composites stratifiés visco-hyperélastiques minces élastomères/métal, utilisés pour l'isolation vibroacoustique dans les systèmes de freinage automobile.
Une première partie bibliographique est consacrée à introduire les propriétés mécaniques des élastomères, à savoir l'hyperélasticité et la viscoélasticité. Nous mettons l'accent sur la viscoélasticité non linéaire en termes de non linéarité comportementale ainsi que géométrique.
Par la suite, un formalisme général original modélisant le comportement viscoélastique non linéaire des élastomères est développé. Dans cette optique, nous nous basons sur une approche fonctionnelle généralisant la loi de Knauss.
Le formalisme général développé en viscoélasticité non linéaire est appliqué par la suite dans deux cas : Une première application en statique. Dans ce cadre, une approche de prévision du comportement en fluage à longue durée à partir d'essais de courte durée est présentée. L'idée est basée sur une équivalence physique contrainte/temps. Ainsi, une augmentation du temps est équivalente à une augmentation de la contrainte moyennant un modèle viscoélastique non linéaire. Cette approche a été vérifiée par la réalisation d'essais de fluage à différentes charges sur un élastomère, à court terme ainsi qu'à long terme.
L'étude du comportement dynamique des stratifiés minces visco-hyperélastiques, sollicités en petites perturbations sous préchage, fait l'objet d'une seconde application du formalisme général développé en début de la thèse et qui concerne la viscoélasticité non linéaire. L'idée est basée sur une approche de linéarisation autour d'une précharge d'un modèle vicoélastique non linéaire. L'accent est mis sur le calcul du tenseur de relaxation tangent. L'approche développée a été appliquée à l'étude des multicouches élastomères/métal utilisés dans les systèmes de freinage automobile pour l'isolation vibroacoustique. En effet, un formalisme de calcul du comportement dynamique de ces structures, en petites perturbation de cisaillement autour d'une précharge de compression est développé. Ces sollicitations caractérisent les chargements appliques à ces structures lors du freinage. On s'est intéressé au calcul du module de cisaillement tangent global du stratifié. Le modèle développé permet de caractériser le comportement mécanique temporel et fréquentiel du composite en fonction de la précharge.
Pour tester la pertinence du modèle développé, on a fait d'une part une confrontation expérimentale par la réalisation d'essais de cisaillement dynamique sous précharge de compression sur multicouche viscohyperélastique. D'autre part, dans l'objectif de comparer les résultats de notre modèle avec les résultats de calcul par éléments finis, on a simulé le même problème sur le code Abaqus. Ainsi, on a constaté qu'a moindre coùt, notre modèle permet d'appréhender au mieux le module de cisaillement dynamique global du multicouche. Ceci est expliqué par la complexité de calcul par élément finis de ce type de problème, en termes de non linéarité comportementale et géométrique, ainsi qu'en termes de difficulté de calcul de la pression hydrostatique dans les problèmes de cisaillement. Par ailleurs, on a testé à hautes fréquences, l'aptitude de notre modèle à caractériser des effets de masse relatifs aux couches métalliques.