Thèse : Intégration dans un code Eléments Finis d'un modèle de comportement en grandes déformations pour les polymères amorphes

Soutenance de thèse : Chrystelle BERNARD

Équipe : MMB

Titre : Intégration dans un code Eléments Finis d'un modèle de comportement en grandes déformations pour les polymères amorphes : applications à une large gamme de vitesse de déformation et à la mise en forme

Résumé : De nos jours, de nombreuses pièces mécaniques sont fabriquées en polymères. Ces matériaux présentent un comportement complexe très sensible à la vitesse de déformation et à la température. De nombreux modèles de comportement mécanique, tenant compte de cette double sensibilité, ont été développés au cours des dernières années dans le but de décrire le comportement élasto-viscoplastique des polymères en grandes déformations sur de larges plages de vitesses de déformation et de températures. Afin de prévoir la tenue de pièces mécaniques en polymère soumises à un ensemble de sollicitations complexes, l'utilisation de méthodes numériques, telles que la méthode des \'Eléments Finis (EF), s'avèrent incontournables. Cependant, la qualité de la prévision numérique est fortement dépendante de la loi de comportement utilisée. Ainsi, nous proposons d'étudier deux modèles de comportement qui ont été introduits dans deux codes de calcul par EF : un modèle phénoménologique simple, introduit dans CAST3M, et un modèle micromécanique, introduit dans ABAQUS/Explicit. Le modèle phénoménologique permet de modéliser le comportement mécanique des polymères vitreux en petites déformations sur une plage de vitesses de déformation et de températures réduite. Un essai de compression reproduisant le dispositif des barres d'Hopkinson a été simulé pour plusieurs vitesses de déformation et températures. Une bonne corrélation a été trouvée entre résultats expérimentaux et les prévisions numériques. De plus, de rapides estimations du coefficient de Taylor-Quinney et de la contrainte à l'interface, liée au frottement entre l'échantillon et les barres de compression, ont pu être trouvées. Le modèle micromécanique décrit le comportement des polymères amorphes en grandes déformations sur de larges gammes de vitesses de déformation et de températures. Il a été développé au sein de notre équipe de recherche par Richeton et al. [Int. J. Solids Struct. 44 (2007) 7938] et propose une dépendance à la vitesse de déformation et à la température de différentes propriétés matériau (module élastique, contrainte seuil, durcissement structural). Afin de modéliser le comportement de structures polymères soumises à des chargements dynamiques ou à de la mise en forme, un sous-programme VUMAT est écrit. Après validation de l'intégration numérique du sous-programme sur des essais de compression/traction simple, deux applications ont été simulées. La première application a consisté en la modélisation d'un essai d'impact d'un plaque polymère par un projectile hémisphérique. La seconde application est un essai de forgeage à froid. Dans les deux cas, les prévisions numériques sont en accord avec les résultats expérimentaux issus de la littérature.

Cette thèse a été dirigée par Nadia Bahlouli et Saïd Ahzi et co-encadrée par Joao Pedro de Magalhaes Correia. Le jury est composé de Noëlle Billon (CEMEF, Mines ParisTech), de Loîc Daridon (Université de Montpellier), de Laurent Gornet( (GeM, Ecole Centrale de Nantes), de Joao Pedro de Magalhaes Correia, de Nadia Bahlouli, de Saïd Ahzi, de Christophe Fond et d'Yves Rémond (Université de Strasbourg).

La présentation aura lieu le mardi 16 juin 2015 à 14h00 dans la salle des séminaires, 4 rue de Boussingault à Strasbourg sous réserve de l'avis favorable des rapporteurs.