Approche multi-échelles morphologique et directe pour une classe de composites particulaires fortement chargés hyperélastiques et visco-hyperélastiques. - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Approche multi-échelles morphologique et directe pour une classe de composites particulaires fortement chargés hyperélastiques et visco-hyperélastiques.

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Résumé

This study is devoted to multi-scale modelling of a wide class of highly-filled particulate composites such as solid propellants. Inspired by the previous work of Christoffersen (1983), the approach at stake (MA) is based on a preliminary geometrical and kinematical schematization. The objective of this work can be split into two parts : proving the ability of the MA to deal with viscohyperelasticity (behaviour of solid propellants' elastomeric matrix) and evaluating its quantitative relevance. The first point is treated by applying the MA to a numerically generated composite with random microstructure and viscohyperelastic matrix. The localisation-homogenisation problem is solved in a direct manner thanks to a particular algorithm operating in real time-space domain. Qualitative results are obtained. Concerning the second point, comparisons between MA estimates and finite element (FE) results (global and local levels) are made in order to evaluate the effects of the kinematical hypotheses relative to the MA. These comparisons are made on periodic microstructures (simple and involved) satisfying the MA geometrical schematisation, for hyperelastic ant viscohyperelastic constituents. Some advantages and weaknesses to be improved are highlighted. Finally, a transversal program aiming at confronting MA estimates to experimental and FE results on a real propellant is elaborated and applied to a real energetic composite. Each step –experimental tests on the composite and its phases, morphological characterisation via tomography, automatic FE meshing of real microstructure, determination of the RVE (a few hundred of grains) relative to both methods (MA and FE)– is detailed. Thanks to multiple confrontations between experimental results and first numerical results (MA and FE), prospective works are presented.
Cette thèse est consacrée à la modélisation par transition d'échelles d'une large classe de composites particulaires fortement chargés tels que les propergols solides. L'approche (AM) repose en amont sur une schématisation géométrique et cinématique inspirée des travaux de Christoffersen (1983). L'objectif des présents travaux est double : prouver l'applicabilité de l'AM à la viscohyperélasticité (comportement de la matrice des élastomères chargés) et évaluer quantitativement ses performances. Pour traiter le 1er point, l'AM est appliquée à un composite aléatoire à matrice viscohyperélastique, généré numériquement. On montre le caractère direct de la résolution du problème de localisation-homogénéisation grâce à un algorithme opérant dans l'espace-temps réel. Les résultats obtenus sont qualitativement corrects. Concernant le 2ème point, les effets des hypothèses cinématiques propres à l'AM sont testés au travers de comparaisons entre résultats (locaux et globaux) AM et éléments finis (EF) sur des microstructures périodiques (simple et complexe) satisfaisant la schématisation géométrique et pour des comportements de phase hyperélastiques et viscohyperélastiques. Un certain nombre d'atouts et de points d'amélioration de l'AM sont ainsi dégagés. Enfin, un programme transversal de confrontation des estimations à des résultats expérimentaux et à des calculs EF sur un propergol réel est élaboré et mis en œuvre sur un composite énergétique : la butalite 400. Chaque étape –essais sur composite et constituants, caractérisation morphologique par tomographie, maillage EF automatique de la microstructure réelle, détermination des VER (plusieurs centaines de grains) relatifs aux deux méthodes (AM et EF)– est détaillée. De multiples confrontations entre les résultats expérimentaux et les premiers résultats numériques (AM et EF) permettent de préciser les perspectives à entreprendre pour terminer la validation.
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Dates et versions

tel-00451829 , version 1 (31-01-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00451829 , version 1

Citer

Marion Touboul. Approche multi-échelles morphologique et directe pour une classe de composites particulaires fortement chargés hyperélastiques et visco-hyperélastiques.. Sciences de l'ingénieur [physics]. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00451829⟩

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