Comportement et fatigue multiaxiale d'un élastomère chargé (NR-CB)
Institution:
Paris, ENMPDisciplines:
Abstract EN:
This work explores the mechanical behaviour of a carbon-black reinforced natural rubber (NR-CB) subjected to monotonic, cyclic, uniaxial and multiaxial loading. Several physical phenomena have been identified. In particular, we have characterised the material compressibility under various kinds of loading conditions and confirmed the results by means of microscopic observations. Consequently, in order to describe the material behaviour, we have considered and compared two constitutive models: the first one is hyperelastic incompressible whereas the second one is more realistic as it uses a damage-induced compressible approach. Furthermore, fatigue experimental results obtained under complex loading histories allow to describe the interaction between axial and torsional loading. In particular, the phase angle effect on the lifetime and the crack location have been determined. These analyses were supported by fractographic observations that allow the identification of different tearing steps (macroscopic scale) and initiation sites (microscopic scale). Finally, we have established a model able to predict the location and orientation of cracks, as well as lifetime under complex loading. This criterion has been validated for complex geometry and industrial components. Finally, we have compared this model with another taken in literature.
Abstract FR:
Cette étude contribue à une compréhension assez fine du comportement du matériau, caoutchouc naturel renforcé avec du noir de carbone (NR-CB). Des sollicitations, monotones et cycliques, uniaxiales et multiaxiales, ont permis de dégager les principaux phénomènes physiques ainsi que leur influence sur le comportement de l’élastomère. Ensuite, nous avons modélisé le comportement du matériau par deux lois : la première est hyperélastique incompressible et la seconde est compressible endommageable. Enfin, une comparaison entre ces deux modèles a été effectuée. Par ailleurs, l’étude expérimentale de la fatigue sous chargements complexes a permis de décrire les interactions entre les sollicitations axiales et de torsion ainsi que l’effet du déphasage sur la localisation et la durée de vie. Cette analyse est complétée par des études fractographiques permettant l’identification des différentes phases de fissuration (échelle macroscopique) et des sites d’amorçage (échelle microscopique). Enfin, nous avons établi un critère de prévision de la durée de vie robuste sous chargements complexes. Ce critère prévoit la localisation de l’amorçage, l’orientation de fissures et le nombre de cycles à l’amorçage. Il a été validé sur des éprouvettes de structure et sur des pièces industrielles. Enfin, nous avons comparé ce critère à un modèle pris dans la littérature.