On the effective behavior, microstructure evolution and macroscopic stability of elastomeric composites. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2006

On the effective behavior, microstructure evolution and macroscopic stability of elastomeric composites.

Sur le comportement effective, l'évolution de microstructure et la stabilité macroscopique des composite élastomères.

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Abstract

Elastomeric composites are currently used in numerous commercial applications and have shown great promise for utilization in new technologies. This raises the practical—as well as theoretical—need to understand the connection between the underlying microstructure of elastomeric composites and their mechanical and physical properties, and how the latter may be enhanced with changes in the former. In this connection, the principal aim of this thesis is the development of an analytical, nonlinear homogenization framework for determining the overall response of elastomeric composites subjected to finite deformations. The framework accounts for the evolution of the underlying microstructure, which results from the finite changes in geometry induced by the applied loading. This point is essential as the evolution of the microstructure can have a significant geometric softening (or stiffening) effect on the overall response of the material, which, in turn, may lead to the possible development of macroscopic instabilities. The main concept behind the proposed nonlinear homogenization method is the construction of suitable variational principles utilizing the idea of a "linear comparison composite," which ultimately allow for the conversion of available linear homogenization estimates into analytical estimates for the large-deformation overall response of the nonlinear elastomeric composites. This thesis includes applications of the proposed theory to various classes of reinforced and porous elastomers with random and periodic microstructures. A comprehensive analysis of the effective behavior, the microstructure evolution, and the development of macroscopic instabilities is provided for all these applications. ii
Les composites élastomères sont actuellement utilisés dans de nombreuses applications commerciales et ont montré de grandes promesses pour l'utilisation dans les nouvelles technologies. Cela soulève la pratique, ainsi que théorique nécessaire pour comprendre le lien entre la microstructure sous-jacente de composites en élastomère et de leurs propriétés mécaniques et physiques, et comment celui-ci peut être améliorée avec des changements dans l'ancienne. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est le développement d'une analyse, le cadre homogénéisation non linéaire pour déterminer la réponse globale des composites élastomères soumis à des déformations finies. Les comptes-cadre pour l'évolution de la microstructure sous-jacente, ce qui entraîne des changements dans la géométrie finie induite par la charge appliquée. Ce point est essentiel que l'évolution de la microstructure peut avoir un assouplissement significatif géométrique (ou raidissage) effet sur la réponse globale du matériau, qui, à son tour, peut conduire à l'élaboration éventuelle d'instabilités macroscopiques. Le concept principal derrière la méthode d'homogénéisation non linéaire proposé est la construction de principes variationnels appropriés en utilisant l'idée d'un "portail composite linéaire», qui a finalement permettre la conversion des estimations disponibles homogénéisation linéaire dans les estimations analytiques pour la grande déformation de réponse global de l' non linéaire des composites en élastomère. Cette thèse comprend des applications de la théorie proposée pour les différentes classes des élastomères renforcés et poreux aléatoire et des microstructures périodiques. Une analyse complète du comportement efficace, l'évolution de la microstructure et le développement d'instabilités macroscopiques est prévu pour toutes ces applications.
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Dates and versions

pastel-00002978 , version 1 (23-07-2010)

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  • HAL Id : pastel-00002978 , version 1

Cite

Oscar Lopez-Pamies. On the effective behavior, microstructure evolution and macroscopic stability of elastomeric composites.. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Ecole Polytechnique X, 2006. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00002978⟩
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