A critical local energy release rate criterion for fatigue fracture of elastomers

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Caractérisation et analyse des mécanismes de fracture en fatigue des élastomères chargés

Cette thèse porte sur les mécanismes de fracture en fatigue des élastomères chargés. Elle tente de relier les informations obtenues à l échelle macroscopique (la vitesse de propagation de fissure, le taux de restitution d énergie G) à la microstructure de ces matériaux. Suivant une démarche expérimentale multi-échelles, nous avons proposé et développé plusieurs techniques d observation et de mesure locales sur des mélanges SBR modèles ayant une microstructure différente en terme de densité pontale et de fraction volumique de charge. L analyse en fatigue en régime stationnaire (500<G<5000J/m ) a révélé, à iso-G, des différences de vitesse de propagation par cycle importantes, liées au taux de charge et plus spécialement au degré de réticulation. Les mesures du rayon de fond de fissure, l effet 3D et l auto-échauffement du matériau indiquent la présence d une zone plus déformée près de la fissure que le reste du matériau, ou zone d influence , dont les dimensions restent imprécises. L étude des déplacements locaux, par Corrélation d'Images, a révélé l existence, dans la zone d influence, d une zone très déformée, localisée très près de la pointe de fissure. L estimation de la déformation maximale en pointe de fissure a montré que la loi de comportement locale du matériau était de première importance en fatigue et qu un critère de propagation de fissure pouvait être proposé au moyen d un taux de restitution d énergie local. La problématique macro micro a été ramenée à une problématique méso micro. Pour relier ces échelles, nous avons proposé un critère de rupture basé sur la rupture progressive de chaînes atteignant une extension proche de leur extensibilité limiteIn this thesis, we have studied the fatigue crack growth mechanisms of filled elastomers. The principal objective is to link the information obtained at the macroscopic scale (the fatigue crack growth rate, the energy release rate G) to the microstructure of these materials. Following a multi-scale experimental approach, we have proposed and developed different techniques of observation and we have compared the fatigue resistance of SBR model blends. These blends have a different microstructure in terms of crosslinking rate and filler density. The fatigue analysis has been made in the stationary regime (500<G<5000J/m ) and revealed, at iso-G, important differences of crack growth rate due to the filler rate and mainly due to differences in the crosslinking rate. Observations on the propagating cracks such as the fluctuations of the radius of the crack tip, the 3D effect, the self-heating of the material show the presence of a zone near the crack, more deformed than the rest of the material, called Influence zone , which dimensions are not clear.The study of the local displacements, by Image Correlation, showed the existence of the influence zone and of a highly strained zone localized very close to the crack tip. The estimate of the maximal strain at the crack tip indicated that the local material behaviour had a big impact in the fatigue resistance, and we proposed a local criterium based on a local energy release rate energy. The macro micro problem has been reduced in a meso micro problem. In order to join those scales, we have proposed a rupture criteria based on the progressive rupture of chains reaching an extension close to their maximal extensibilityPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF