Academic literature on the topic 'Caoutchouc – Contraintes (mécanique) – Déformations (mécanique)'

Trois étapes sont mises en oeuvre ici : la méthode de localisation, la fonction de dommage matériau et le processus de détermination des chargements équivalents en fatigue (CEF). De nombreux essais de fatigue ont été réalisés (415 au total) pour étudier le comportement en fatigue sous chargement multiaxial relaxant et non relaxant sur des éprouvettes de caoutchouc naturel. La durée de vie et les caractéristiques des fissures sont analysées pour finalement introduire un critère de fatigue approprié basé sur le plan critique et permettant de rendre compte de l'effet de déformation moyenne. Ce critère est généralisé à travers une méthode originale de recherche du plan critique. Pour estimer la réponse mécanique locale (méthode de localisation), une méthode de couplage des axes adaptée à la nature non linéaire des structures élastomères est proposée. Elle est basée sur la décomposition multiplicative des tenseurs du gradient de la déformation. Ces deux étapes sont ensuite mises en oeuvre dans le cadre du processus de détermination du CEF. Pour cela, une méthode d'optimisation globale est ajoutée pour déterminer les chargements simplifiés, induisant partout localement le même endommagement en fatigue dans la structure étudiée que le RLD. Le temps de calcul de cette optimisation est réduit en ne considérant qu'un sous-ensemble de points matériels, les plus endommagés, pour la détermination du CEF. Enfin, la méthode a été testée sur une éprouvette afin de souligner ses capacités et de valider l'approche
This thesis introduces an Equivalent Fatigue Load (EFL) approach for the multiaxial fatigue design of elastomeric parts. As direct Finite Element Analysis (FEA) calculations of automotive in-service loads (Road Load Data (RLD)) are too expensive, the objective is to derive simplified load blocks as a realistic input for numerical damage calculations. Three streps are applied for this method: the localization method, the material damage function and the EFL determination process. Various fatigue tests have been conducted (415 samples) to study the fatigue behavior of this complex type of relaxing and non-relaxing multiaxial loading on natural rubber specimens. Lifetime and crack features are analyzed to eventually introduce an appropriate critical planebased fatigue measure and to establish a novel mean strain effect model. This criterion is generalized throughout an original critical plane search method. To estimate the local mechanical response (localization method), this thesis identifies an axes-coupling method that is fitted for the nonlinear nature of elastomeric structures. It is based on the multiplicative decomposition of the deformation gradient tensors. These two steps are then implemented in the framework of the EFLdetermination process. For this, a global optimization method is added to determine the simplified load blocks, causing locally the same fatigue behavior in the given structure. The computational costs of this optimization are reduced by only considering a subset of the most damaged material points for EFLdetermination. Finally, the method has been challenged on a specimen to outline its capabilities and to validate the approach

Méthode d'analyse des écoulements plastiques en forgeage plan et axisymétrique. Méthode de prévision de la contrainte normale à l'interface outil-matière. Application de ces méthodes à des problèmes de mise en forme de difficultés croissantes

La demande de plus en plus importante de calculs restituant la réponse de structures à des sollicitations dynamiques nécessite le développement de modèles de comportement très élaborés. En effet, la résolution de ce type de problèmes fait appel aux équations d'état d'une part, et, d'autre part, aux lois de comportement mécanique des matériaux en cause. La formulation de ces dernières doit répondre à deux impératifs: retranscrire un ensemble de faits experimentaux et prédire le comportement du matériau sous certaines conditions de chargement. A partir du comportement mécanique du tantale, nous avons tenté de comprendre et de retranscrire les phénomènes régissant le comportement des matériaux à structure C. C. Il a été mis en évidence que la déformation plastique ne peut pas rendre compte de l'état physique du matériau car la contrainte d'écoulement dépend du trajet de chargement. Le modèle formulé par J. R. Klepaczko qui se base sur l'évolution d'un unique paramètre d'état (la densité totale de dislocations) a déjà montré un très bon accord avec les résultats expérimentaux pour les métaux à structure C. F. C. Nous avons effectué sur un tantale polycristallin de haute pureté et à température ambiante des torsions quasi statiques, dynamiques ainsi que des essais de saut de vitesses en utilisant un dispositif de barres de Hopkinton de torsion. Bien qu'il soit possible d'adapter ce modèle à un paramètre aux données expérimentales avec une bonne adéquation, l'introduction d'un second paramètre d'état (la densité de dislocations mobiles) est apparue nécessaire pour une meilleure compréhension et restitution des phénomènes qui surviennent au cours de l'écoulement plastique. Nous présentons une procédure permettant de déterminer analytiquement les contributions de la microstructure et des conditions de chargement sur la contrainte d'écoulement. Nous comparons enfin les résultats en compression et en torsion. Le comportement du tantale se révèle très sensible au type de sollicitation ce qui limite aujourd'hui le modèle proposé
The growing interest numerical results showing the response of structures to dynamic loading conditions implies the development of very sophisticated constitutive models. These models must take two points into account: transcribe a bunch of experimental facts and predict the behaviour of the material under specific loading conditions. Through the mechanical behaviour of tantalum, we tried to understand and describe the phenomena occuring in b. C. C. Metals. Plastic strain cannot be considered as a parameter describing the physical state of the material. Klepaczko's model based on the evolution of a single state parameter (the total dislocations density) fitted already fairly well with the experimental results for f. C. C. Metals. We performed quasistatic and dynamic torsion tests on high-purity polycrystalline tantalum at room temperature. Moreover, on the same type of samples, we performed jump tests in strain rate with Split Hopkinson Torsion Bars. Although Klepaczko's model can correctly fit our experimental results, the introduction of a second state parameter (the mobile dislocations density) seems necessary for a better understanding and restituion of the phenomena occuring during plastic flow. We present a proceeding to determine analytically the contributions to the flow stress of the microstructure and of the loading conditions (temperature and strain rate). Finally, we compare the results in compression and torsion. It appears that the kind of solicitation has a major role on the mechanical behaviour of tantalum which limits at present the proposed model

Ce travail de these a ete consacre a l'etude de poutres composites constituees de materiaux orthotropes dont une direction principale d'orthotropie est quelconque vis-a-vis de l'axe longitudinal de la poutre. Dans un premier temps, une methode analytique approchee et developpee pour l'etude de poutres caissons-minces composites soumises a diverses sollicitations. Cette methode permet de definir rapidement et sans gros moyens de calculs, les contraintes et deformations dans la section droite. Une comparaison avec les resultats issus d'un logiciel de calculs par elements finis permet de valider le modele propose avec une bonne correlation. Une methode de type elements finis, basee sur les principes variationnels, est ensuite developpee et appliquee aux poutres composites dont la section droite presente un plan de symetrie. Finalement, cette etude est etendue aux poutres composites de section quelconque. A partir du principe des travaux virtuels associe a la technique des multiplicateurs de lagrange, le probleme est ramene a la minimisation d'une fonctionnelle. La resolution est effectuee, sur une discretisation de la section droite, par la methode des elements finis. La comparaison avec un logiciel de calculs par elements finis valide les hypotheses formulees ainsi que la methode utilisee

Des travaux théoriques récents ont été consacré à l'étude de la déformation du front d'une fissure 3D au cours de sa propagation coplanaire. Ils ont généralement montré une croissance dans le temps du « désordre géométrique » du front. Ces études ne considèrent que le cas d'une fissure unique. L'objectif est de les étendre à la coalescence de fissures coplanaires. Le présent travail comporte deux volets, faisant chacun un usage fondamental de la théorie des fonctions de poids de Bueckner-Rice. Celle-ci permet, dans certains cas, de déterminer la distribution des facteur d'intensité des contraintes le long du front de fissures planes sans avoir à résoudre le problème d'élasticité 3D impliqué. Elle peut être utilisée de manière analytique ou numérique, suivant la complexité du problème. Le premier volet de cette thèse consiste en une étude analytique du cas-modèle d'un système de deux tunnel-cracks parallèles. Il s'agit de quantifier l'influence du rapprochement progressif des fronts sur la rapidité du développement de leur désordre géométrique. Le résultat majeur de cette étude est que, contrairement au cas d'une fissure isolée, le désordre s'amplifie continuellement lors de la propagation. Le second volet est lui aussi consacré au problème de la coalescence mais, cette fois, par le biais numérique. Il s'agit d'étendre le programme de Lazarus (2003), écrit pour une fissure isolée en mode I, au cas de deux fissures circulaires coplanaires. Les simulations montrent que l'attraction mutuelle des deux fronts au cours du rapprochement (i) se fait sentir de façon significative uniquement lorsque les fronts sont très proches et (ii) a un faible impact sur le chargement

Les systèmes mécaniques ainsi que les différents procédés de mise en forme des matériaux font tous intervenir des contacts charges entre surfaces. Comment la microgéométrie de ces surfaces intervient-elle, conjointement avec les caractéristiques mécaniques des matériaux concernés, dans le comportement de ces surfaces ? C'est ce que nous avons souhaité étudier expérimentalement dans ce travail. Après quelques rappels sur la métrologie des états de surfaces à partir de l'examen de profils, nous avons abordé leur mesure tridimensionnelle et proposé des moyens permettant de l'optimiser. Nous avons ensuite considéré les théories élémentaires de la mécanique du contact et le principe d'établissement des différents indices de plasticité, puis nous avons mis en évidence les limites de ceux-ci. La suite de notre travail a consisté à concevoir et à construire une machine destinée à étudier expérimentalement l'indentation des surfaces : cette machine permet notamment de calculer les énergies plastiques et élastiques mises en oeuvre dans un problème de contact. Dans la dernière partie de cette étude nous avons voulu chercher à établir une méthode prévisionnelle d'analyse des contacts rugueux à partir, d'une part de l'examen globale de la rugosité, en considérant la courbe de répartition des points représentant ces surfaces, et d'autre part du comportement plastique de la matière, en utilisant les informations fournies par notre machine d'essai. Nous avons pu constater que, tout du moins dans certaines conditions bien définies, cette méthode donne des résultats tout à fait cohérents et qu'elle mérite, selon nous, d'être approfondie dans l'avenir.

Les propriétés des élastomères (grandes déformations, amortissement) rendent leur utilisation très intéressante d'un point de vue industriel. Ces matériaux sont aujourd'hui de plus en plus utilisés notamment dans des secteurs de l'industrie tels que l'automobile ou l'aéronautique. Cette utilisation concerne généralement des pièces qui sont soumises à de fortes sollicitations mécaniques (statiques et dynamiques). Le comportement à modéliser est alors fortement non linéaire, les non linéarités étant aussi bien géométriques (dues aux grandes déformations imposées) que comportementales (les lois de comportement utilisées sont non linéaires). Pour représenter ces aspects, des lois de comportement complexes sont implantées dans des codes de calcul éléments finis. Mais leur utilisation aboutit à des modèles coûteux numériquement, et comportant un grand nombre de degrés de liberté. De plus cela ne permet pas d'écrire une relation analytique utilisable dans des logiciels multicorps pour simuler le comportement d'une pièce en élastomère. Ce travail de thèse propose un modèle simplifié à peu de degrés de liberté pour approximer la réponse des liaisons élastiques en élastomère utilisées dans l'industrie automobile. Pour ce faire on utilise une approximation de Ritz pour décrire les déplacements et la géométrie des pièces. Cela permet d'obtenir une approximation des courbes effort déplacement. Des lois de comportement hyperélastiques et viscoélastiques sont prises en compte dans le modèle. Une deuxième partie est consacrée à l'extension du modèle pour prendre en compte la dissipation non linéaire des élastomères. De nombreux essais sont réalisés à différents niveaux d'amplitude d'excitation, de fréquence, et de précharge. Pour approcher la dépendance en amplitude du module dynamique, on effectue un développement en séries de Volterra de la relation contraintes déformations. L'influence de la précharge est prise en compte par linéarisation d'un modèle hyperviscoélastique
We develop a numerical model to compute non linear rubber bush response. The objective is to take into account elasticity, damping, and non linear properties in a simple model dedicated to full vehicle modelling simulation. It is therefore important that the constitutive model a accurately capture theses aspects of the mechanical behaviour. To take into account these properties, Finite Element Codes use several complex constitutive laws. All these constituve equations can be integrated in finite element models and many algorithms are developed for this purpose. The main drawback of this procedure is its complexity. The number of dof is too high to be integrated in a vehicle study. Our work aims at giving a simplified approximation of the force as a function of the displacement and its derivatives, starting from a microscopic constitutive equation. Starting from a finite element model and a constutive law, we want to generate an equivalent rheological model, with a few dof. This model aims at predicting the frequency response of the bush, function of its geometry, of the load, of the parameters of the constitutive law. To do so, we approximate the displacement as a linear combination of admissible kinematic displacement fields, according to the Rayleigh-Ritz approximation. Hyperelastic models are used to fit on linear quasi static force deflection curves. Viscoelastic constitutive laws are also developped. In order to predict amplitude dependency observed when we measure steady state harmonic response, we use a Volterra development of the stress strain constitutive equation. To take into account preload effects, we linearize a viscohyperelastic model. The predictions of these models are compared to experimental data

La maîtrise dimensionnelle des pièces composites représente un frein significatif à l'expansion large des matériaux composites. Ceci entraine une limitation de la complexité des pièces ainsi qu'une augmentation des assemblages de structure. Ces travaux s'intéressent en particulier aux déformations induites par le procédé d'infusion de résine. L'objectif étant d'améliorer la compréhension des interactions produit-procédé-ressources sur la géométrie finale de la pièce. Il a été mis en évidence, sur des pièces planes, un mécanisme de déformation spécifique au procédé d'infusion de résine résultant de l'interaction équipements d'infusion-pièce. Une analyse expérimentale a été mené afin d'identifier et de pondérer l'influence de paramètres procédé et ressources sur l'amplitude de gauchissement. A partir de ces résultats expérimentaux, un modèle de prédiction de l'amplitude de déformation a été mis en place et évaluer. Au vue du caractère spécifique du procédé d'infusion, des investigations ont été menés afin d'identifier la contribution de l'interaction équipements d'infusion-pièce sur des pièces en angle. Le renferment d'angle (ou " spring-in ") reste dominer par des contributions intrinsèques. Cependant, nos travaux ont mis en évidence une part non négligeable de l'angle mesuré résultant d'interactions avec les ressources. L'infusion de résine peut engendrer un transfert de contraintes significatif dans la pièce composite. Ces travaux permettent de les estimer en fonction de divers paramètres d'industrialisation
The dimensional instability of the composite parts limits the large diffusion of composites materials. It has to effect a shape complexity limitation and the increasing of the joined part number. This works is focused on the deformation induced by liquid resin infusion process. The main purpose is the characterization of the link between the product-processresources interactions and the final part shape. Experimental analyze on flat composite part has underlined a specific deformation mechanism, responsible of a majority of the transferred stress. The influence of industrialization parameters has been experimentally highlighted. Based on this experimental data, a prediction model has been established and his robustness has been evaluated. Than, the role of theses interactions in case of angled part has been investigated. Their contribution on the spring-in angle is minor compare to the intrinsic contribution such as the thermal and cure shrinkage anisotropies. Liquid resin infusion process can induce significant stress transfer into the part. This work represents a tool that enable a prediction of the deformation amplitude as function of number of industrialization parameters