Conférences Invitées

Erwann VERRON et Bertrand HUNEAU (Ecole Centrale de Nantes)

Mécanique expérimentale pour le comportement, la rupture et la fatigue des élastomères

Lundi 03 septembre, après-midi

Résumé:

Depuis plus de 15 ans, B. Huneau et E. Verron animent une équipe de recherche sur la mécanique des élastomères au sein de l’Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (GeM, UMR CNRS 6183) de l’Ecole Centrale de Nantes. Les travaux de cette équipe allient méthodes expérimentales avancées et analyses théoriques afin de développer des outils de prédiction du comportement, de la rupture et de la fatigue des élastomères. Historiquement, la majorité des travaux ont porté sur le caoutchouc naturel; plus récemment l’équipe s’est intéressé à d’autres matériaux comme le HNBR ou les hydrogels.
  Cette communication vise à présenter quelques travaux originaux récents menés au sein de l’équipe. Trois sujets seront abordés :
La modélisation du comportement multiaxial. Depuis 2 ans, nous développons une approche innovante mêlant essais complexes et algorithmes de machine learning afin notamment de « mesurer » des états de contrainte dans des éprouvettes de géométrie complexe (des feuilles trouées par exemple) et d’aider à l’identification des lois de comportement. [1]
La propagation dynamique des fissures. Grâce à la corrélation d’images numériques, nous avons mis au point des expériences permettant d’observer très précisément la propagation de fissure dans des éprouvettes de cisaillement pur. Les champs de déplacement, de vitesse, d’accélération et de densité d’énergie de déformation (connaissant une loi de comportement) sont mesurés à chaque instant. Suivant le niveau de déformation, les vitesses de propagation sont sub- ou supersoniques. De tels essais couplés avec le cadre général de la mécanique configurationnelle nous permettent de discuter la pertinence et les limites de l’approche classique mettant en jeu l’énergie de déchirement, mais aussi de proposer de nouveaux outils prédictifs. [2]
La fatigue. Cette thématique est la plus mature au sein de l’équipe. Nous présenterons l’utilisation couplée d’essais de durée de vie, d’essais de propagation de fissures et d’observations microscopiques pour la compréhension des phénomènes et la prédiction de la durée de vie. Deux résultats innovants seront mis en exergue : la mise en place d’essais permettant l’établissement de « vraies » courbes de Wöhler (en contraintes vraies) et l’utilisation de méthodes statistiques avancées. [3]

[1] A Leygue, M Coret, J Réthoré, L Stainier, E Verron, Data-based derivation of material response. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 331, 184-196, 2018.
[2] T Corre, M Coret, E Verron, B Leblé, F Le Lay, Experimental study of dynamic crack growth in elastomers, in Constitutive Models for Rubber X, A Lion and M Johlitz editors, 325-330, 2017.
[3] K Narynbek Ulu, B Huneau, E Verron, AS Béranger, P Heuillet, True stress controlled fatigue life experiments for elastomers. International Journal of Fatigue 104, 171-182, 2017.

Présentation des auteurs:

Erwan Verron est ingénieur de l’Ecole Centrale de Nantes (ECN, promotion 1994). Il obtient le grade de docteur en 1997. De 1998 à 2008, il est Maître de Conférences à l’ECN au sein de l’Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (GeM, UMR CNRS 6183). Il obtient son habilitation à diriger des recherches en 2003 et est nommé Professeur des Universités en 2008 au sein du même laboratoire. Au cours de sa carrière, il a enseigné nombre de matières en lien avec la mécanique des structures et des matériaux (mécanique des solides, résistance des matériaux, mécanique des milieux continus, méthode des éléments finis, mécanique des polymères, mécanique de la rupture …). Ses travaux de recherche porte sur la mécanique des élastomères, et plus particulièrement sur le développement de lois de comportement, la mécanique de la rupture et la fatigue. Il a collaboré avec de nombreux industriels, tels que Vibracoustic, Michelin, Renault, LRCCP, Naval Group. Il a dirigé plus de 15 thèses de doctorat et est l’auteur de plus de 60 articles dans des revues internationales.

Bertrand Huneau est ingénieur INSA Rennes (promotion 1996) en génie physique des matériaux. Il obtient un DEA du Chimie du solide en 1997 et le grade de docteur en Matériaux en 2001. Depuis 2002, il est Maître de Conférences à l’Ecole Centrale de Nantes (ECN) au sein de l’Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (GeM, UMR CNRS 6183). Il obtient son habilitation à diriger des recherches en 2010. Ses enseignements concernent le domaine des matériaux (science des matériaux, métallurgie, fatigue des matériaux…). Depuis une dizaine d’années, il est responsable de l’option disciplinaire « Matériaux et Procédés » de l’ECN. Ses travaux de recherche porte principalement sur la fatigue des élastomères, et plus particulièrement sur les liens entre une sollicitation cyclique et la microstructure de divers caoutchoucs (mécanismes d’amorçage et de propagation des fissures, cristallisation sous tension,…) et ce avec de nombreux partenaires industriels tels que Vibracoustic, Michelin, Renault ou le LRCCP. Il a co-encadré 10 thèses de doctorat, en encadre actuellement 4 et est l’auteur d’environ 30 articles dans des revues internationales.

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Jean-Louis BARRAT (Université Grenoble-Alpes)

Coarse grained simulations of mechanical properties in polymeric materials

Mardi 04 septembre, matin

Résumé:

I will present results on mechanical properties of solid polymer materials obtained using simple coarse grained models. These models do not describe the molecular details, and keep only the main features of the polymeric materials: namely chain connectivity, uncrossability of chains, and local heterogeneity in structural and elastic properties. By simplifying the description of interactions, they allow one to reach time and length scale relevant for discussing mechanical properties, providing an original perspective that complements the one of continuum constitutive equations.

I will discuss how the mechanical response varies depending on the nanostructure, taking as examples glassy polymers, lamellar block copolymers or semi- crystalline homopolymers.

In glassy polymers, coarse grained models have been able to elucidate the nature of the strain hardening mechanisms. They also reveal the microscopic consequences of various types of microscopic deformations, and their relation to microscopic structure.

Lamellar copolymers provide an interesting example of a microstructure in which the deformation of phases with different elastic properties is constrained by chain connectivity. This leads to a particular deformation mode at large scale in which the structure undergoes a buckling instability, at a wavelength that depends on the deformation rate.

Semi crystalline polymers are another example of strong elastic contrast, this time between crystallites and amorphous regions.  Such microstructures with various degrees of crystallinity can be produced by quenching a crystallisable melt at different rates. Mechanical properties are found here to depend not only of the crystallinity, but also of the chain length that controls the connectivity between the different phases.

Présentation de l'auteur:

After studying at Ecole Normale Supérieure de Paris (admission in mathematics), Jean-Louis Barrat obtained  an agrégation (National teaching examination) in physics and a  Ph-D  in Statistical physics at the Paris 6 University in 1987. He was a postdoc at the Technical University of Munich and at the University of California (Santa Barbara) and was hired as a CNRS research scientist at the Ecole Normale Supérieure de Lyon to work on liquids, glass transition, and density functional theory. He became  professor at the University Lyon 1 in 1994,  and developed his research on the deformation of amorphous materials, driven glassy systems, aging in glassy systems, nanoscale heat transfer in liquids and velocity slip at the liquid solid interface. From 2007 to 2010, he was director of the Laboratory of Condensed Matter  Physics and Nanostructures (LPMCN, now part of the  Institut Lumière Matière). In 2011, he moved to Grenoble-Alpes University, and became director of the Laboratory for interdisciplinary physics (LiPhy) in 2014. Jean-Louis Barrat co-authored more than 180 articles in international journals, he also wrote, in collaboration with Prof. J.-P. Hansen, a book at the advanced undergraduate level, which is a reference in the field of simple and complex fluids. He was member of the editorial board of Europhysics Letters (2002-2007) and of Chemical Physics (2004-2007), and he has been Divisional Associate Editor for Phys. Rev. Letters since 2013.  J.L. Barrat has received many distinctions among which the silver medal of the CNRS and an ERC advanced grant in 2012 and the Grand Prize of the French Polymer Group in 2017. He is a senior member of Institut universitaire de France since 2009 and a fellow of the American physical society since 2014.

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