Experimental characterization and modelling of the behaviour of elastomers under fast dynamic loading. Application to suspension mounts
Caractérisation expérimentale et modélisation du comportement des élastomères en dynamique rapide. Application aux plots de suspension.
Résumé
The mechanical response of elastomers is known for its non-linearity depending on the strain level but also on the strain rate. In this context, the objective of the present Ph.D. thesis is to experimentally characterize the mechanical response of elastomers under dynamic loading and define one (or more) relevant model(s). Tensile and compression tests were carried out at constant true strain rate in order to highlight the influence of strain rate on the material behaviour. New test facilities have been developed because traditional testing methods are not adapted for average strain rates. We have highlighted the stiffening of the material with strain rate as well as the increase in energy dissipation over the range of strain rates considered; it is mainly due to the viscoelastic nature of the material. To model the response of these materials, large strain viscoelastic constitutive equations were investigated. A comparison of the two most widely used approaches, namely integral and differential approaches, is proposed to determine the most suitable one to predict the behaviour of elastomers under average strain rates. The integral approach has been adopted. The parameters of a model of this type have been determined with the help of the tensile tests. Eventually, this law has been implemented in the LS-DYNA code. Validation tests were carried out for different types of loading conditions: tension, compression but also propagation of tensile waves. Those different loading conditions are generally well represented, so simulations of a suspension mount under various loading conditions are proposed; they allow to propose a macro-element that reproduces the overall behaviour of the rubber mount.
Les travaux présentés dans cette thèse visent à caractériser expérimentalement le comportement des élastomères sous sollicitation dynamique en grandes déformations et de définir un (ou des) modèle(s) de comportement adapté(s). Des essais de traction et de compression à vitesse de déformation vraie constante ont été menés afin de mettre en évidence l'influence de la vitesse de déformation sur le comportement du matériau. Pour cela, des moyens d'essais originaux ont été développés. La rigidification du matériau avec la vitesse de déformation ainsi qu'une augmentation de la dissipation d'énergie sur la gamme de vitesse de déformation considérée ont été mises en évidence. Pour modéliser ces matériaux, des lois de comportement viscoélastiques en grandes déformations ont été choisies. Une comparaison des deux approches les plus utilisées dans ce domaine, à savoir intégrale et différentielle, a été effectuée afin de déterminer la plus apte à modéliser le comportement des matériaux élastomères dans le cadre de chargement à moyenne vitesse de déformation ; l'approche intégrale a été retenue. Les paramètres d'un modèle de ce type ont été recalés de façon satisfaisante à partir des essais de traction. Finalement, cette loi a été implantée dans le code de calcul LS-DYNA. Des essais de validation ont ensuite été effectués pour différents modes de sollicitation : traction, compression mais aussi propagation d'ondes de traction. Les différents modes de sollicitation étant globalement bien représentés, des simulations d'un plot de suspension utilisé dans les sous marins sont proposées sous divers chargements ; elles permettent la mise en oeuvre d'un macro-élément reproduisant le comportement global du plot.
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