Note publique d'information : Grâce à leur propriété d'amortissement, les élastomères chargés sont couramment utilisés
dans l'industrie pour réaliser des pièces anti-vibratoires. Cependant, des phénomènes
complexes et couplés, comme l'effet Mullins et l'effet Payne, rendent le comportement
de ces matériaux fortement non-linéaire. Peu de modèles permettent de prédire la réponse
dynamique de ces pièces quelle que soit la sollicitation appliquée. L'objectif principal
de cette étude est de proposer un modèle de comportement mécanique du matériau intégrant
la prise en compte de l'effet Payne afin de mieux prévoir la réponse dynamique de
pièces anti-vibratoires en élastomère chargé et de permettre notamment une meilleure
conception de ces pièces en fonction de leur utilisation (fréquence à atténuer, charge
statique supportée ...). Ensuite, nous avons développé une chaîne de modèles allant
du modèle de comportement matériau au modèle de substitution de la liaison souple
intégrable dans un modèle dynamique de grand système, comme un avion par exemple.
Pour cela, une méthode de réduction d'ordre de modèle a notamment été développée pour
résoudre efficacement le problème paramétrique relatif à la construction du modèle
de substitution. Ainsi, dans un premier temps, une campagne d'essais dynamiques, caractérisés
par une fréquence, une amplitude de déformation et une déformation statique, sur éprouvettes
à la fois en cisaillement puis en compression a été menée. Ceux-ci ont notamment permis
de caractériser l'effet Payne vis à vis de ces différents paramètres. Ensuite, nous
avons cherché à développer un modèle de comportement matériau permettant de simuler
ces essais et donc de prédire la réponse dynamique de la liaison souple, notamment
en terme de rigidité et de dissipation, quelles que soient les sollicitations statiques
et dynamiques appliquées. Pour cela, un modèle de comportement hyperviscoplastique
: le modèle DyMPPlEC, basé sur celui de Qi-Boyce, a été enrichi au Centre des Matériaux.
Les paramètres matériau, associés au modèle développé, ont été identifiés à partir
des données expérimentales sur un élément de volume représentatif puis le modèle a
été validé sur une structure réelle. Enfin, la capacité de ce modèle à prévoir l'effet
Payne même pour des sollicitations dynamiques de déformation statique non nulle tout
en intégrant l'effet Mullins a été mise en avant.
Note publique d'information : Thanks to their damping property, filled elastomers are commonly used to make antivibration
devices. Nevertheless, their behavior is highly non-linear due to complex and coupled
phenomema, such as Mullins effect and Payne effect. Thus, few models make it possible
to predict the dynamical response of those devices for all kind of loading. The main
goal of this study is to build a constitutive model able to take into account of the
Payne effet in order to better predict the dynamical response of filled elastomers
under dynamical loading and then optimize the design of those devices regarding to
their use. Then we went through a series of models from a behavior model to a surrogate
model integrable in the model of a larger structure, such as an airplane for instance.
To this aim, we made use of a reduction order model method, the APHR, to efficiently
solve the parametric problem associated to the definition of the surrogate model.
To characterize the material behavior, many dynamical tests have been carried out
with different frequencies, strain amplitude and static strain on both shear and compression
samples. Thanks to those tests, we were able to point out Payne effect features regarding
to the different parameters. Then, the aim was to be able to simulate those tests
with a constitutive model in order to predict the dynamical response of filled elastomer
especially in terms of rigidity and damping. That is why an hyperviscoplastic model
: the DyMPPlEC model, based on the Qi-Boyce model, was enriched at "Centre des Matériaux".
The model parameters of this model have been identified from the experimental tests
and then the model has been checked on a real structure. With this model we not only
make it possible to take into account of the Payne effect in the prediction of the
dynamical response but also to simulate the response of vibration loading with a non
zero static level of strain. Furthermore, the Mullins effect is also predicted by
the model.
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