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1 - DESCRIPTION DU COMPORTEMENT MÉCANIQUE DES POLYMÈRES SOLIDES

2 - CONSÉQUENCES SUR LA MISE EN ŒUVRE DES ESSAIS DE DURETÉ

3 - ÉTUDE DE LA VISCOÉLASTICITÉ PAR INDENTATION INSTRUMENTÉE

4 - CARACTÉRISTIQUES D’ÉLASTO-VISCOPLASTICITÉ

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

7 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : AM3139 v1

Identification du comportement mécanique des polymères grâce à des essais de dureté instrumentés

Auteur(s) : Eric FELDER

Relu et validé le 24 janv. 2024

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RÉSUMÉ

Le comportement mécanique des polymères solides (viscoélasticité à faible déformation, élasto-viscoplasticité avec écrouissage à plus forte déformation) est d'abord présenté. Puis on montre comment la conduite judicieuse des essais d’indentation instrumentée (suivi de la force et du déplacement lors des phases de pénétration et de retrait de l’indenteur) et la simulation numérique des essais permettent d’identifier les grandeurs caractérisant la rhéologie des polymères pour des modèles rhéologiques de complexité croissante.

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ABSTRACT

Identification of the Mechanical Behaviour of Polymers thanks to Instrumented Indentation Tests

We first review the viscoelastic behaviour of solid polymers at small deformations and the elastoviscoplastic behaviour induced by strain hardening at high deformation. Then we show how the rheological parameters may be identified by coupling well instrumented indentation tests and their numerical modelling with constitutive equations of increasing complexity.

Auteur(s)

  • Eric FELDER : Ingénieur civil des Mines de Paris - Docteur es Sciences - Maître de Recherches Honoraire à Mines-ParisTech, Paris, France

INTRODUCTION

Depuis l’invention de l’essai de dureté par Brinell vers 1900 en utilisant comme indenteur une bille d’acier dur et en mesurant la taille de l’empreinte résiduelle sur une tôle d’acier, la mise en œuvre de cet essai s’est considérablement diversifiée : utilisation de pyramides en diamant (Vickers, Knoop et Berkovich) et de billes en carbure de tungstène lié cobalt WC-Co, développement de machines de micro-dureté et de nano-indentation, mesure de la courbe force P-déplacement durant les phases où la pénétration h de l’indenteur augmente, puis diminue (essai d’indentation instrumentée). Ces essais se pratiquent sur la plupart des matériaux : alliages métalliques, céramiques et polymères. Les articles précédents (voir ci-dessous) ont présenté l’interprétation mécanique de l’essai de dureté dans le cas principalement des alliages métalliques, tout en précisant certains points relatifs aux céramiques. Les polymères sont de plus en plus utilisés comme revêtements dans les industries automobiles, mécaniques et optiques et on ne dispose le plus souvent que des essais d’indentation instrumentée pour caractériser leurs propriétés mécaniques. Le but de cet article est de présenter d’abord les caractéristiques principales du comportement mécanique des polymères, puis de montrer comment on peut les déterminer à partir des résultats des essais d’indentation instrumentée.

Cet article est le dernier d’une série de cinq articles, les quatre précédents sont :

  • dureté des corps et analyse qualitative [M 4 154];

  • dureté des métaux courants. Cas limite rigide-plastique [M 4 155];

  • dureté des matériaux. Influence de l’élasticité [M 4 156];

  • dureté des corps. Analyse d’autres comportements [M 4 157].

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KEYWORDS

viscoelastic behaviour   |   elastoviscoplastic behaviour   |   rheological parameters   |   solid polymers

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3139


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - WILLIAMS (M.L.), LANDEL (R.F.), FERRY (J.D.) -   Temperature dependence of relaxation mechanisms in amorphous polymers and other glass forming liquids.  -  J. Am. Chem. Soc., 77 : p. 3701-3706 (1955).

  • (2) - G’SELL (C.), HAUDIN (J.-M.) (Ed.) -   Introduction à la mécanique des polymères.  -  Institut National Polytechnique de Lorraine, Vandœuvre les Nancy 430 pages (1994).

  • (3) - HOLT (D.L.) -   The modulus and yield stress of glassy poly(methyl metacrylate) at strain rates up to 103 s−1 .  -  J. Appl. Polymer Sci. 12, p. 1653-1659 (1968).

  • (4) - BROWN (N.), BROSTOW (W.), CORNELIUSSEN (R.D.) (Ed.) -   Yield behaviour of polymers, in Failure of plastics.  -  Hanser, Munich, p. 98-118 (1986).

  • (5) - BISILLIAT (M.L.) -   Comportement mécanique d’un polycarbonate à grande vitesse de sollicitation. Étude expérimentale et simulation.  -  Thèse de doctorat en Sciences et Génie des Matériaux, École Nationale Supérieure...

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Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


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