Magnétostriction colossale de composite magnéto-rhéologique

Abstract

Le but de cette thèse est l'étude expérimentale et théorique de l'élongation de M.R.E. (Magneto Rheological Elastomer) placé dans un champ magnétique homogène. Ces matériaux sont constitués de particules ferromagnétiques distribuées au sein d'une matrice élastique. La combinaison d'une matrice de silicone de faible module de Young (E0=0,14 MPa) combinée à la forte aimantation des particules de fer ( 0M(sat)=2,14 T) permet d'atteindre des déformations de plusieurs pourcents, pour un champ appliqué 0H0=1.2 T. Le calcul des forces dipolaires entre les particules, distribuées aléatoirement dans un volume de forme cylindrique, couplé à un calcul de déformation (utilisant un logiciel F.E.M.) est en accord avec la mesure de magnetostriction. Un échantillon aimanté acquiert une énergie magnétique dite "démagnétisante" liée à sa forme : un échantillon "plat" aura une énergie démagnétisante plus importante qu'un échantillon "long". L'aimantation d'un composite a été étudié dans cette thèse via 2 paramètres : l'aimantation à saturation et le coefficient de champ démagnétisant effectif. La mesure de déformation faite sur des échantillons de différentes formes montre l'effet de cette énergie démagnétisante : l'échantillon le plus plat (de facteur de forme c/a=0.3) se déforme ainsi jusqu'à 10 %. Un modèle basé sur la compétition entre l'énergie démagnétisante et l'énergie élastique, pendant la déformation, donne des valeurs de déformation ayant cet effet de forme. Ce modèle fournit l'effet du remplissage sur la déformation. Un taux de remplissage optimal de 27 % a été mesuré et prédit. La magnétostriction de composites avec des particules magnétiques dures a été mesurée en fonction du champ. L'effet de l'hystérésis de ces particules génère un 'effet de mémoire" à la courbe de magnétostriction. La constance élastique et l'aimantation des particules sont des fonctions de la température. Le comportement thermique de la magnétostriction de composite a été mesuré.This thesis is aimed to measure and explain the elongation of M.R.E. placed in a homogenous magnetic field. M.R.E. is material consisting in ferromagnetic particles embedded in an elastic matrix. Combination of a silicone, with low elastic modulus (E0=0.14 MPa), and Iron particles, characterized by a high saturate magnetization ( 0Msat=2.14 T), allows large deformation (some percents) when placed in the applied field 0H0=1.2 T. Coupling of the dipolar forces calculation between the particles, randomly distributed in a cylinder-shape volume, with strain calculus, using F.E.M. software, is a good agreement with a magnetostrictive experiment. Magnetized sample get a so-called demagnetizing energy bounded to it shape: flatter samples yields to a larger demagnetizing energy than longer ones. Composite magnetization has been investigated in this thesis through 2 parameters: the saturate magnetization and the effective demagnetizing coefficient. Experiments, carried on samples with different shapes, show the effect of the demagnetizing energy, flattest sample (with aspect ratio c/a =0.3) exhibits largest strain: 10%. A model, based on the competition of the demagnetizing energy and elastic energy, during the strain, also provides that shape effect. That model also deals with the filling factor impact on the strain. An optimal filling factor of 27% has been measured and predicted. Magnetostriction of composites with hard magnetic particles was investigated as function of the applied field. Due to the hysteresis loop of those particles, a Learning effect was found in the magnetostriction. Elastic modulus and particle s magnetization are both function of the temperature. The temperature behavior of the magnetostriction is measured. By tuning these parameters, materials with different temperature behavior could be designed.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF