Phenomenological nonlinear modelling of glassy polymers

Compared with the numerous works into the constitutive equations for the mechanical behaviour of metals, very little attention has been devoted to those of polymers. However, a model is required to describe both the complex shape of the stress–strain curves and strain rate sensitivity of glassy polymers. In this Note, a unified viscoelastic-viscoplastic model is presented in which the nonlinear pre-yield behaviour, the strain softening and the strain hardening are described by internal variables, in analogy with the models developed for metals. In order to check the predictive capability of the model, the numerical results are compared with the experimental data (monotone, creep and relaxation tests) of a typical amorphous glassy polymer

Modélisation du vieillissement thermique et mécanique d'une protection externe en EPDM de jonctions rétractables à froid

L'objectif de cette thèse est l'étude des conséquences de la thermo-oxydation sur la structure chimique et le comportement mécanique d'un Ethylène Propylène Diène Monomère (EPDM). Afin de déterminer les modifications à différentes échelles structurales, quatre formulations modèles sont étudiées : la gomme pure, les matrices vulcanisées stabilisée et non stabilisée et l'élastomère industriel. L'ensemble des échantillons est vieilli entre 70 et 170C dans l'air ou sous vide puis caractérisé par divers outils analytiques. La thermogravimétrie donne accès aux variations de masse résultant de l'incorporation d'oxygène et l'émission de composés volatils. L'analyse infrarouge permet de suivre les évolutions des espèces chimiques. Les essais de gonflement, de chromatographie et de spectrométrie mécanique permettent de calculer les nombres de coupures de chaînes et d'actes de réticulation à chaque instant. Sur la base de ces résultats, un modèle cinétique général de thermo-oxydation de la matrice EPDM est proposé et en partie validé. Les conséquences du vieillissement thermique sur le comportement mécanique de l'élastomère industriel sont mises en évidence par des essais de traction uniaxiale et de multi-relaxation à température ambiante et vitesse de déformation initiale de 10-3 s-1. L'impact du vieillissement thermique sur les propriétés ultimes et les réponses à l'équilibre et hors équilibre est examiné. Un critère prédictif de rupture basé sur la mécanique de la rupture est proposé. Enfin, le couplage vieillissement thermique - contrainte mécanique est étudié par des essais relaxation de contraintes continues entre 130 et 170C dans l'air. Les modifications de la microstructure pendant le vieillissement thermique sont intégrées dans les équations constitutives du modèle mécanique macroscopique afin de proposer un outil de prédiction du comportement à long terme de l'élastomère industriel. La simulation numérique montre une bonne adéquation avec les résultats expérimentaux.The aim of this work is to study the consequences of the thermal oxidation on the chemical structure and mechanical behavior of an Ethylene-Propylene-Diene Monomer (EPDM). In order to determine the structural changes at different scales, four model formulations have been considered: free additive gum, stabilized and unstabilized vulcanized matrix and industrial rubber. All samples were aged between 70 and 170C in air or vacuum and characterized by several analytical tools. Thermogravimetry gives access to weight variations due to oxygen grafting and volatile compounds release. Infrared analysis is used to follow chemical species evolutions. Swelling tests, chromatographic and mechanical spectrometry tests allow calculating the number of chain scission and cross-linking events at any time. Based on these results, a general kinetic model is proposed and partially validated for EPDM matrix thermal oxidation. The consequences of thermal ageing on the mechanical behavior of the industrial rubber are pointed out by monotonic tensile and stress relaxation tests at room temperature and a 10-3 s-1- initial strain rate. The impact of thermal ageing on ultimate properties and equilibrium and non-equilibrium response are examined. Finally, the coupling between thermal ageing and mechanical stress is studied by continuous stress relaxation tests between 130 et 170C in air. The microstructural modifications during thermal ageing are introduced into the constitutive equations of the macroscopic mechanical model in order to propose a predictif tool of the long time behavior of the industrial rubber. The numerical simulation is in good agreement with experimental results.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

A Microstructure-Based Mechanistic Approach to Detect Degeneration Effects on Potential Damage Zones and Morphology of Young and Old Human Intervertebral Discs

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A fully three-dimensional model of interpenetrating collagen fibrillar networks for intervertebral disc mechanics

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A multiscale and multiaxial model for anisotropic damage and failure of human annulus fibrosus

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A micromechanics-based model for deformation-induced damage and failure in elastomeric media

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Modeling multiaxial damage regional variation in human annulus fibrosus

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A microstructure-based model for a full lamellar-interlamellar displacement and shear strain mapping inside human intervertebral disc core

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A microstructure-based modeling approach to assess aging-sensitive mechanics of human intervertebral disc

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