Etude du comportement thermomécanique d'un fil fin de NiTi par spectromètre dynamique mécanique et thermique

National audienceLes alliages à mémoire de forme de type NiTi présentent des phénomènes de déformation complexes liés aux transformations entre les différentes phases Austénitique (A), Martensitique (M) et phase R (R). Ces phénomènes sont observés à l'aide de nombreux dispositifs expérimentaux ayant pour objectif de déterminer les caractéristiques nécessaires pour la modélisation et la simulation. Ce travail présente les résultats expérimentaux issus d'une analyse par un dispositif non conventionnel, qui couple un spectromètre mécanique et thermique, plus connu sous le nom DMTA (Dynamical Mechanical and Thermal Analysis) à une machine de traction classique. Des mesures du module de conservation (E') ont été effectuées pendant deux types d'essais sur des fils de NiTi à grains nanométriques. Les essais du premier type sont des tractions isothermes pour des températures allant de -100°C à +150°C, en charge/décharge et en charge jusqu'à rupture. Les essais de second type sont effectués sous contrainte constante s'échelonnant de 50 MPa à 1000MPa, au chauffage et refroidissement entre 200°C et -140°C. A partir de l'évolution de E' sur l'ensemble des essais, il est possible de détecter les changements de phase par une analyse des variations de E'. Il est ainsi possible de déterminer les domaines d'existence des différentes phases, séparés par les lieux de transformations directes et inverses. De plus, il a été effectué une analyse de l'évolution de E' en fonction de la température et de la contrainte de traction dans les domaines où l'alliage est monophasique, totalement austénitique ou martensitique. Les évolutions de E' sont importantes. Pour l'austénite, E' augmente avec la température, contrairement aux alliages métalliques usuels

Theory and identification of a constitutive model of induced anisotropy by the Mullins effect

International audienceRubber-like materials present a stress softening phenomenon after a first loading known as the Mullins effect. Some recent experimental data on filled silicone rubber is presented in literature, using uniaxial and biaxial tests to precondition samples thus induce some primary stress softening. A generic modeling based on the polymer network decomposition into an isotropic hyperelastic one, and a stress-softening evolution one, is proposed taking into account the contribution of many spatial directions. A new stress softening criterion tensor is built by means of a tensor that measures the repartition of energy in space. A general form of the stress softening function associated to a spatial direction is written by the way of two variables: one, the maximal eigenvalue of the energy tensor; the other, the energy in the considered direction. Finally, a particular form of constitutive equation is proposed. The model is fitted and compared to experimental data. The capacities of such modeling are finally discussed

Development of constitutive equation of filled silicone architectured membrane

International audienceArchitectured membranes can be developed in order to mimic living tissues. The main point is to generate anisotropic membranes that can endure large deformations. In this way, crenellated membranes are elaborated with a filled silicone rubber. The aim of this work is to develop a constitutive equation which describes the mechanical behavior of such architectured materials. Membranes with different crenel orientations are elaborated and tested. The architectured membranes endure the same phenomena as the bulk silicone, they are made with, i.e. principally the Mullins effect for this filled silicone. This phenomenon must be taken account in the modeling. An equivalent constitutive equation is built for the architectured membrane by taking into account the mechanical behavior of the silicone and the geometrical parameters of the crenelated membrane. First, a constitutive equation is chosen to describe the core of the membrane. Second, this equation is adapted to the behavior of the crenels and third a coupling term describing the interactions between the crenels and the membrane is developed. Finally, the model is validated on experimental data

Anisotropic modeling of the Mullins effect and the residual strain of filled silicone rubber

International audienceMany rubber like materials present a stress-softening phenomenon known as Mullins effect. It is characterized by a difference of behavior between the first and second loading and by a residual strain after a first loading. Moreover according to the literature this stress softening is anisotropic. A new constitutive equation is proposed. It relies on the decomposition of the macromolecular network into two parts: chains related together and chains related to fillers. The first part is modeled by a simple hyperelastic constitutive equation whereas the second one is described by a constitutive equation describing both the anisotropic stress softening and the residual strain. A 42 directions discretization is chosen to describe the anisotropic part of the model. An evolution function is introduced in the constitutive equation in each direction to record the history of the material. The equations are written by means of strain invariants in order to build a model easy to implement in a finite element code. The constitutive equation is finally validated on experimental data

A conical mandrel tube drawing test designed to assess failure criteria

International audienceCold tube drawing is a metal forming process which enables to produce tubes with high dimensional precision. It consists in reducing tube dimensions by pulling it through a die. Tube outer diameter is calibrated by a die and the tube inner diameter and thickness are calibrated by a mandrel. One of the major concern of metal forming industry is the constant improvement of productivity and product quality. In the aim of pushing the process to the limit the question is how far the material can be processed without occurrence of failure. In the present study, a long conical mandrel with a small cone angle was designed in order to carry out drawing tests up to fracture with experimental conditions very close to the industrial process. The FEM of the process was built in order to access the local stress and strain data. A specific emphasis was put on the friction characterisation. For that purpose force measurement during the conical mandrel experiments enabled to characterise a pressure dependent friction coefficient constitutive law by means of an inverse analysis. Finally, eleven failure criteria were selected to study the drawability of cobalt-chromium alloy tubes. The assessment of failure criteria based on damage variables or damage accumulation variables involved their calibration on uniaxial tensile tests. The experimental studies were completed by SEM fractography which enabled to understand the fracture locus and the propagation direction of the fracture

Effects of temperature on the mechanical behavior of filled and unfilled silicone rubbers

International audienceIn this contribution, the influence of the temperature on the mechanical behavior of a filled and an unfilled silicone rubber was analyzed. Firstly, the crystallization and melting temperatures were determined by differential scanning calorimetry. Secondly, mechanical tests were carried out at different temperatures above that of crystallization, up to 150°C. Results show that both silicone rubbers exhibit an entropic behavior in this temperature range. Thirdly, the temperature influence on the stress softening and mechanical hysteresis is studied and analyzed

Etude de l'interface NiTi/silicone

National audienceLa présente étude vise à élaborer et caractériser mécaniquement un composite architecturé, constitué de Nickel-Titane (NiTi) et de silicone. Afin de pouvoir envisager l'utilisation d'un tel composite, une bonne adhésion à l'interface entre ces deux matériaux doit être assurée. L'interface entre Nickel-Titane (NiTi) et polymères a été le sujet de nombreuses études récentes. Concernant plus particulièrement les élastomères, utilisés dans le cadre de la présente application, les études sont bien plus rares. Ce travail a donc consisté à étudier l'interface entre fil de NiTi et deux silicones chargés, l'un étant biocompatible. Plusieurs méthodes d'amélioration de l'interface entre ces deux matériaux ont été testées : une désoxydation des fils, un primaire favorisant l'adhésion, et un traitement plasma. Des essais de pull-out ont été réalisés pour déterminer l'influence de ces différentes méthodes. Les résultats ont montré qu'une forte amélioration de l'adhésion était obtenue en utilisant un primaire, un traitement plasma ou encore une combinaison de ces deux traitements 1 . Dans le cadre d'applications biomédicales, une attention particulière a été portée à l'étude des paramètres du traitement plasma. Une structure composée d'un tube tricoté de NiTi enrobé de silicone a ensuite été élaborée 2 à l'aide d'un traitement plasma par argon. Des essais de traction et gonflement ont été réalisés sur ce composite architecturé

Effects of temperature on the mechanical behavior of filled and unfilled silicone rubbers

International audienceIn this contribution, the influence of the temperature on the mechanical behavior of a filled and an unfilled silicone rubber was analyzed. Firstly, the crystallization and melting temperatures were determined by differential scanning calorimetry. Secondly, mechanical tests were carried out at different temperatures above that of crystallization, up to 150°C. Results show that both silicone rubbers exhibit an entropic behavior in this temperature range. Thirdly, the temperature influence on the stress softening and mechanical hysteresis is studied and analyzed

Modeling of hysteresis by means of a directional approach. Constitutive Models

International audienceThis paper focuses on the mechanical hysteresis in elastomers, i.e. the difference between loading and unloading paths. This property can be time-dependent as well as time-independent, depending on the physical phenomena that come into play. Similarly, mechanical hysteresis can be affected or not by material anisotropy. In this context, the present study is devoted to the modeling of time-independent hysteresis, in the framework of material anisotropy, accommodated to the Mullins effect. For this purpose, directional model is used to predict the tridimensional response of such materials. The proposed model is based on the stress decomposition into two parts. The first one represents the hyperelasticity of the macromolecular network, whereas the second part represents the friction in the network, i.e. the hysteretic part. Experiments were carried with filled silicone rubber and results show that the model predictions and experimental curves fit well

Étude du comportement thermomécanique d'un fil fin de NiTi par spectromètre dynamique mécanique et thermique.

Les alliages à mémoire de forme de type NiTi, mettent en jeu des phénomènes complexes lors des transformations entre les différentes phases Austénitique (A), Martensitique (M) et phase R (R). Ces phénomènes sont observés à l’aide de nombreux dispositifs expérimentaux ayant pour objectif de déterminer les caractéristiques nécessaires pour la modélisation et la simulation. Ce travail présente les résultats expérimentaux issus d’une analyse par un dispositif non conventionnel, qui couple un spectromètre mécanique et thermique plus connu sous le nom DMTA (Dynamical Mechanical and Thermal Analysis) à une machine de traction classique. Des mesures dynamiques du module de conservation (E’) et de l’amortissement (tan ) ont été effectuées pendant deux types d’essais. Les essais du premier type sont des tractions isothermes pour des températures allant de -100°C à +100°C, en charge/décharge et en charge jusqu’à rupture. Les essais de second type sont effectués sous contrainte constante s’échelonnant de 50 MPa à 1000MPa, au chauffage et refroidissement entre 200°C et -140°C. En analysant l’évolution de E’ sur l’ensemble des essais, il est possible de détecter les changements de phase, caractérisés par une diminution importante de E’. Il est ainsi possible de déterminer les domaines d’existence des différentes phases, séparés par les lieux de transformations directes et inverses. Ces résultats sont en cohérence avec ceux obtenus à contrainte nulle par DSC. De plus, il a été effectué une analyse de l’évolution de E’ en fonction de la température et de la contrainte dans les domaines où l’alliage est monophasique, totalement austénitique ou martensitique. Les évolutions de E’ sont importantes. Pour l’austénite, E’ augmente avec la température, contrairement aux alliages métalliques usuels