Rupture des interfaces fibre / élastomère sous chargement complexe

  1. Accueil
  2. Offres emplois
  3. Thèse
  4. Rupture des interfaces fibre / élastomère sous chargement complexe

Description du contexte scientifique de la recherche :

Les élastomères sont des matériaux aujourd’hui incontournables pour nombre d’applications, les plus connus étant les pièces antivibratoires, les éléments d’étanchéité, la tuyauterie, les pneumatiques ou encore certains adhésifs. Pour modifier/améliorer les propriétés mécaniques des élastomères en termes de rigidité et résistance, des renforts particulaires ou fibreux de différentes tailles, forme et/ou nature sont utilisés. Dans ce contexte, ainsi que pour tout composite, les performances du matériau sont très dépendantes de l’adhésion nominale entre renforts et matrice élastomère et de sa dégradation en service. Obtenir une interface adhésive forte et durable est en toute situation un objectif difficile à atteindre du fait de la multiplicité et la complexité des mécanismes qui conduisent à sa formation et pilotent son évolution. Industriellement, cette adhésion est obtenue au moyen de procédés anciens et éprouvés mais développés selon une approche assez empirique. Ils font souvent usage de produits ciblés par les nouvelles normes Environnementales qui proscrivent l’utilisation de produits considérés comme nocifs. Dès lors, la proposition de procédés alternatifs à faible impact environnemental devient stratégique. Un frein important à ces développements reste le manque de tests réellement discriminants pour caractériser de façon fine le comportement mécanique de ces interfaces. En effet, s’agissant de l’adhésion des renforts fibreux qui nous concerne plus particulièrement ici, les protocoles sont peu nombreux (Fragmentation, push in / pull out, micro-droplet, essais sur composite …) et leur interprétation souvent difficile. Le plus souvent ces tests sollicitent l’interface principalement en cisaillement associé à un mode de fissuration de type II qui ne couvre pas l’ensemble des cas d’usage. Dans le cadre de travaux antérieur avec Michelin SA, un test original a été mis au point pour caractériser l’adhésion entre un mélange caoutchoutique et un renfort unitaire sous la forme d’un fil d’acier tréfilé et revêtus. Le test, en réalité plus générique que dédié à la seule application Michelin, consiste en l’injection d’un fluide sous pression à l’interface entre matrice et fibre pour amorcer et propager de façon stable une décohésion le long de l’interface (Figure 1). Lors de la propagation de la décohésion, une pression stable est mesurée à partir de laquelle est déterminée l’ « énergie de rupture », qui est une caractéristique intrinsèque de l’interface.

Objectif de la thèse :

L’objectif du présent projet est de poursuivre les développements numériques et expérimentaux autour de ce test.

Figure 1. RCAIT (Rubber Cords Adhesion Inflation Test) – principe

Le projet s’articule autour ainsi autour de trois principaux volets.

Volet 1 : Expérimentation / instrumentation

Afin de caractériser l’interface pour des gammes de sollicitations plus étendues et plus représentatives de celles rencontrées en service, de nouveaux actionneurs seront adjoint au dispositif de façon à agir sur le rapport de mixité modale vu par la décohésion. Ces actionneurs supplémentaires permettront en outre de contrôler l’évolution temporelle du chargement mécanique appliquée à l’interface pour étudier l’endommagement par fatigue en encore la fissuration sous critique sous chargement stationnaire.

 

Volet 2 : Analyse théorique / Modélisation numérique

L’analyse des données expérimentales doit permettre d’identifier des paramètres intrinsèques et locaux pilotant la décohésion de l’interface. Des modélisations sont dès lors nécessaires pour corréler données d’essai et caractéristiques de l’interface ou encore permettre de relier conditions expérimentales et nature des sollicitations vues par l’interface. En particulier une modélisation complète de l’essai sera réalisée sur Abaqus intégrant les nombreuses non linéarités du problème (matériau hyperélastique, endommagement, grandes transformations, frottement, fissuration) pour étudier les processus d’endommagement au voisinage de la décohésion.

 

Volet 3 : Matériaux

Accompagnant le développement du test, de nombreuses campagnes expérimentales seront réalisées pour mettre en évidence les relations structures/propriétés/procédés sur ce type de systèmes en utilisant la configuration expérimentale existante et tirant parti des développements à venir. Ces tests appuieront la recherche de formulations de systèmes plus durables et permettront de qualifier les performances mécaniques de ces nouvelles interfaces et leur durabilité.

Références bibliographiques :

Kane, K., Jumel, J., Lallet, F., Mbiakop-Ngassa, A., Vacherand, J. M., & Shanahan, M. E. R. (2019). A novel inflation adhesion test for elastomeric matrix/steel cord. International Journal of Solids and Structures160, 40-50.

Kane, K., Jumel, J., Lallet, F., Mbiakop-Ngassa, A., Vacherand, J. M., & Shanahan, M. E. R. (2020). Experimental study of the rubber cord adhesion inflation test. Engineering Fracture Mechanics224, 106783.

Kane, K., Jumel, J., Mbiakop-Ngassa, A., Lallet, F., Vacherand, J. M., & Shanahan, M. E. (2021). Rubber cord adhesion inflation test: Effect of constitutive rubber model on evaluation of Gc. Engineering Fracture Mechanics244, 107547.

Profil du candidat doctorant :

 Ingénieur ou Master en mécanique – Compétences en modélisation et simulation mécanique et mécanique expérimentale – Science des matériaux, matériaux polymères, adhésion

Financement : Région Bretagne / dispositif ARED / ACQUIS

Candidature :

Envoi de CV, relevés de note et tout document utile par courrier électronique à julien.jumel@ensta-bretagne.fr

Direction / coDirection de la thèse :

Mr Julien JUMEL (contact – Julien.jumel@ensta-bretagne.fr)
Mr Yann Marco  – Mr Vincent Lesaux

Lieu d’activité :

Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL), CNRS UMR 6027

Site ENSTA Bretagne, 2 rue François Verny, 29200 Brest

Article précédent
Développement d’une plateforme de détection en polymère nanocomposite pour une application médicale
Article suivant
Calibration of strain rate and temperature dependent models up to rupture of high strength steels

PARTAGER

Dernières offres

Menu
WordPress Appliance - Powered by TurnKey Linux