Characterization and modeling of the tearing behavior of elastomers damaged by multiaxial loadings

Autor: Roucou, David
Přispěvatelé: Laboratoire de Mécanique Multiphysique Multiéchelle (LaMcube), Université de Lille-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centrale Lille Institut, Mathias Brieu, Julie Diani, Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Centrale Lille Institut, 2020. Français. ⟨NNT : 2020CLIL0001⟩
Popis: Rubber-like materials are currently used in machine design for suspension or connection functions, such as pneumatic tyres. The elastomers of interest are reinforced by carbon-black particles. The addition of these particles improves mechanical properties such as stiffness and abrasion resistance. However, it also leads to undesired strong softening of these materials, commonly known as Mullins effect, when first stretched. Elastomers can be submitted to extreme loading conditions according to the applications, generating critical crack propagation.This works studies the impact of softening caused by Mullins effect on crack propagation in filled rubbers submitted to monotonic loading.Some early experimental results point out the difficulties to characterize a crack propagation criterion. A local analysis is developed, allowing to study the highly heterogeneous strain fields witnessed when loading notched specimens. These observations lead to the validation of assumptions, which enable to calculate the strain energy release rate that characterizes the crack propagation. An experimental campaign was then performed to evaluate the impact of various preloads on crack propagation in a carbon-black filled rubber. In order to explain some of the results obtained, the theoretical global energy balance when the crack propagation occurs was revisited in order to take into account the dissipation caused by the Mullins softening. Finally, the experimental measures of local strain were used to complete the energy balance and characterize the localized energy dissipation due to Mullins effect.; Les élastomères sont utilisés dans les systèmes mécaniques pour assumer des tâches de suspension ou de liaison, comme dans le cas des pneumatiques. Les élastomères d’intérêt sont renforcés par des particules de noir de carbone. L’ajout de charges améliore certaines propriétés mécaniques telles que la raideur ou la résistance à l’abrasion, mais induit aussi un fort adoucissement de ces matériaux, dit effet Mullins, lors de l’étirement initial. Certaines applications soumettent des élastomères à des sollicitations extrêmes, pouvant provoquer une fissuration critique.Ce travail étudie l’impact de l’adoucissement par effet Mullins sur la propagation de fissures lors de chargements monotones.Des résultats expérimentaux préliminaires font ressortir des difficultés à caractériser la fissuration dans les matériaux étudiés. Une méthode d’analyse locale est développée, estimant les champs de déformation fortement hétérogènes auxquelles sont soumises les éprouvettes pré-entaillées. Ces observations valident des hypothèses permettant le calcul du taux de restitution d’énergie, qui caractérise la fissuration. Une campagne expérimentale est menée pour évaluer l’impact de précharges variées sur la propagation de fissures dans un élastomère chargé au noir de carbone. Afin d’expliquer certains résultats obtenus, l’équilibre énergétique théorique inhérent à la propagation de fissure est réévalué pour prendre en compte le caractère dissipatif de l’adoucissement. Enfin, les mesures expérimentales de la déformation locale sont ensuite exploitées pour compléter le bilan énergétique, en caractérisant la dissipation énergétique localisée due à l’effet Mullins.
Databáze: OpenAIRE
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