| Fatigue multiaxiale du caoutchouc naturel : renforcement de la durée de vie sous chargement en torsion à différentes températures (Multiaxial fatigue of natural rubber : lifetime reinforcement under torsion loading at different temperatures) Mouslih, Yasser - (2023-12-20) / Université de Rennes - Fatigue multiaxiale du caoutchouc naturel : renforcement de la durée de vie sous chargement en torsion à différentes températures
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Le Cam, Jean-Benoît Discipline : Mécanique des solides, des matériaux, des structures Laboratoire : Institut de Physique de Rennes Ecole Doctorale : S3M Classification : Physique Mots-clés : caoutchouc naturel, fatigue, renforcement de la durée de vie, torsion, cristallisation sous tension, hétérogénéité de l’accommodation
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Résumé : Le caoutchouc naturel chargé de noir de carbone (CB-NR) est largement utilisé dans les applications antivibratoires pour ses propriétés mécaniques. En fatigue, le CB-NR présente un renforcement de la durée de vie sous chargement non-relaxant, généralement attribué à la cristallisation sous tension (CST). Le renforcement de la durée de vie est principalement étudié en traction uni-axiale, bien que les applications industrielles impliquent différents types de chargement non-relaxants et à température élevée. L'étude se focalise sur l'effet des chargements non-relaxants en torsion sur le renforcement de la durée de vie en fatigue du CB-NR à 23 et 90°C. Des essais en torsion ont été réalisés avec des éprouvettes axisymétriques entaillées. La méthode des éléments finis est utilisée pour prédire la réponse mécanique en tout point des éprouvettes, en prenant en compte l’hétérogénéité de l’accommodation. Les résultats ont été analysés en utilisant le diagramme de Haigh en torsion construit par une approche par plans critiques. Il a tout d’abord été montré que la torsion non-relaxante induit un fort renforcement de la durée de vie. Par ailleurs, le renforcement est de même intensité que celui obtenu sous traction uni-axiale avec le même matériau. À 90°C, le renforcement persiste, à un niveau inférieur à celui observé à 23°C, mais restant similaire au cas de la traction uni-axiale à cette température. L'analyse post-mortem réalisée à l'échelle macroscopique et microscopique nous a permis d'identifier les mécanismes d'endommagement en torsion, et de les lier aux conditions de chargement via un pseudo-diagramme de Haigh. Les résultats ont permis de déterminer le rôle de la CST dans les mécanismes d’endommagement en torsion. Abstract : Carbon Black filled Natural Rubber (CB-NR) is the most commonly used crystallizable elastomer for antivibratory applications due to its mechanical properties. In fatigue, CB-NR exhibits a lifetime reinforcement under non-relaxing loading, generally attributed to strain-induced crystallization. This lifetime reinforcement is primarily investigated under uniaxial tension, despite industrial applications involving various types of non-relaxing loading and at high temperature. The study focuses on the effect of non-relaxing torsion loading on the lifetime reinforcement of CB-NR at 23 and 90°C. Torsion tests were conducted with axisymmetric-shaped specimens. Finite element analysis is used to predict the mechanical state at any point of the specimen with a constitutive model accounting for stress softening. The results were discussed using the Haigh diagram under torsion at both temperatures, built through a critical plane approach. It was demonstrated that non-relaxing torsion induces a significant lifetime reinforcement. Moreover, the reinforcement is of the same amplitude as the one obtained under uniaxial tension with the same material. At 90°C, the reinforcement is still present, but at a lower level than at 23°C, being comparable to uniaxial tension at this temperature (90°C). Macro- and microscopic post-mortem analysis enabled the identification of the damage mechanisms under torsion loading, and to link them with the loading conditions through a pseudo-Haigh diagram. The results enabled to determine the role of SIC on damage mechanisms under torsion loading. | |||