Damaging visco-hyperelastic behavior of SBR and PU elastomers: prediction of fatigue life

Comportement visco-hyperélastique endommageable d'élastomères SBR et PU : prévision de la durée de vie en fatigue

Agathe Robisson (1)

1 CDM - Centre des Matériaux

This work aims to develop a tool for predicting the lifespan of shoe soles called for fatigue-flexion. The first part of the work consists of characterizing the mechanical behavior of two elastomeres, a silica-filled rubber and a cellular polyurethane, in order to establish a constitutive law. Uniaxial and multiaxial tests, lead us to develop a constitutive law taking into account the nonlinear elasticity to large transformations (or hyperelasticite), viscoelasticite and damage. Two viscoelastic approaches are studied: the functional approach and the internal variable approach. The laws of behavior are then identified from the simple tests (traction and compression), and validated thanks to the multiaxial tests (tests on notched axisymmetric specimens, used for fatigue tests). On the other hand, the role of silica fillers in the behavior and damage of rubber is studied through complementary tests, and in particular by in situ-meb tensile tests. The last part of the study concerns the resistance to the initiation of a fatigue crack of the loaded rubber. A campaign of tensile-compression and torsion tests on notched axisymmetric specimens is conducted. The synthesis of the results shows two critical parameters of fatigue damage: the maximum principal deformation and the amplitude of the deformations. The observation of fracture facies highlights the zones of initiation on axisymmetric test pieces. These zones correspond either to zones of silica segregation or to a surface defect.

Ce travail vise a mettre au point un outil de prevision de la duree de vie de semelles de chaussure sollicitees en fatigue-flexion. La premiere partie du travail consiste a caracteriser le comportement mecanique de deux elastomeres, un caoutchouc sbr charge de silice et un polyurethanne cellulaire, afin d'etablir une loi de comportement. Des essais uniaxiaux et multiaxiaux, nous amenent a mettre au point une loi de comportement prenant en compte l'elasticite non lineaire aux grandes transformations (ou hyperelasticite), la viscoelasticite et l'endommagement. Deux approches viscoelastiques sont etudiees : l'approche fonctionnelle et l'approche par variables internes. Les lois de comportement sont alors identifiees a partir des essais simples (traction et compression), et validees grace aux essais multiaxiaux (essais sur eprouvettes axisymetriques entaillees, utilisees pour les essais de fatigue). Par ailleurs, le role des charges de silice sur le comportement et sur l'endommagement du caoutchouc est etudie a travers des essais complementaires, et en particulier par des essais de traction in situ-meb. Le dernier volet de l'etude concerne la resistance a l'amorcage d'une fissure en fatigue du caoutchouc charge. Une campagne d'essais de traction-compression et torsion sur eprouvettes axisymetriques entaillees est menee. La synthese des resultats fait apparaitre deux parametres critiques d'endommagement en fatigue : la deformation principale maximale et l'amplitude des deformations. L'observation des facies de rupture met en evidence les zones d'amorcage sur les eprouvettes axisymetriques. Ces zones correspondent soit a des zones de segregation en silice, soit a un defaut de surface.

Mots clés: SBR; mechanical behavior; polyurethane foam; fatigue behavior

Mots clés: propriété physico chimique; modelisation; Elastomere SBR; comportement visco-hyperélastique; Polyurethane cellulaire; comportement mécanique; comportement en endurance

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Agathe Robisson. Comportement visco-hyperélastique endommageable d'élastomères SBR et PU : prévision de la durée de vie en fatigue. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole des Mines de Paris, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01727666⟩