Étude expérimentale des mécanismes d’endommagement par fatigue dans les élastomères renforcés

• Main Author: Muñoz-Mejia, Luisa
• Other Authors: Lyon 1
• Language: fr
• Published: 2011
• Subjects: Propagation de fissures; Fatigue; Caoutchouc naturel renforcé; Nanoparticules; Silice; Endommagement; Stries; Crack growth; Filled natural rubber; Nanoparticles; Silica; Damage; Striations; 620.194
• Online Access: http://www.theses.fr/2011LYO10235

Cette thèse comporte une étude expérimentale sur la dynamique de croissance par fatigue d’une fissure dans un caoutchouc naturel renforcé avec des nanoparticules (silice, noir de carbone). Elle s’inscrit dans un cadre industriel visant à mieux comprendre si l’amélioration des performances apportée par la silice dans les caoutchoucs synthétiques est transposable au caoutchouc naturel qui cristallise sous contrainte. L’objectif est de comprendre comment la rupture en fatigue dépend de la nature du matériau et des paramètres de contrôle de l’expérience. La dynamique de croissance de la fissure est suivie à l’aide d’une caméra optique et une caméra infrarouge permet d’évaluer l’auto-échauffement. La morphologie des faciès de rupture est caractérisée par observation post mortem (MEB, profilométrie optique). L’influence de la température, de la fréquence, de la nature et du taux de charge a été étudiée. Dans tous les cas, la croissance de la fissure devient instable à partir d’un certain niveau de déformation. Cela se traduit sur les courbes de l’énergie de déchirure en fonction de la vitesse de la fissure par l’existence de deux branches distinctes : une branche à vitesse basse où une morphologie de rupture très rugueuse, pouvant présenter des signes de cavitation, est observée ; une branche à haute vitesse où la surface de rupture présente des stries dont la taille croît avec la vitesse. En contraste avec les données de la littérature, nous démontrons qu’il faut au minimum deux cycles de fatigue pour former une strie. Le seuil d’apparition des instabilités et le seuil de rupture catastrophique dépendent de la nature des renforts et des conditions expérimentales === In this thesis, we present an experimental study on fatigue crack growth dynamics in a natural rubber filled with silica or carbon black nanoparticles. This work has been developed in an industrial context aiming to transpose the qualities of silica filler on synthetic rubber to natural rubber, which has a strain induced crystallization behavior. The main research objective is to understand the influence of material and test parameters on fatigue fracture of rubber. Crack growth dynamics is followed by video tracking using optical and thermo-graphic cameras. The later allows us to measure the heating build-up of specimens due to cyclic loading. The morphology of rupture surfaces is characterized by post mortem observation (SEM, optical profilometry). The influence of temperature, frequency, kind of filler and filler rate has been studied. Whatever the compound or test conditions, crack growth becomes unstable starting at a certain strain level. This behavior is clearly visible on the curves of tear energy vs. crack growth rate, where two branches of crack velocity appear. In the low velocity branch, the roughness of rupture surfaces is very important because of cavities formation. In the high velocity branch, the morphology of rupture surfaces is characterized by sawtooth striations; their size increase with velocity. We demonstrate that, in contrast with literature data, at least two fatigue cycles are needed to form one striation. The instability occurrence and catastrophic rupture thresholds depend on filler type and test conditions