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Theses Year : 2014

Modelisation of thermomechanical behavior of shape memory polymers

Modélisation du Comportement Thermomécanique des Polymères à mémoire de Forme

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Abstract

A chemically crosslinked amorphous acrylate network has been prepared in the laboratory. Its mechanical properties were characterized by quasi-static and cyclic uniaxial tensile tests, while varying the temperature. The shape memory property of the polymer was recognized by the application of specific thermomechanical cycles in uniaxial tension (free-length and constrained-length recovery). During the experimental study, the thermomechanical cycle parameters were varied in order to study their influence on the shape memory behavior. Two additional studies were included to improve the potential applications of shape memory polymers. The first study targeted the use of the material shape memory property for subsequent shape memory cycles. The second study aimed at improving the material shape memory properties during fixed length heating (constrained-length recovery) by adding fillers .In order to improve the shape memory polymers application design, a large strain model, combining the material viscoleasticity and its time-temperature superposition property, was chosen to predict the shape memory behavior of the material. The model features, existing in the material behavior libraries of the finite element code Abaqus, allowed simulating numerically the experimental thermomechanical shape memory cycles. Results of the simulations showed good agreements when compared with the experimental results, reproducing the shape memory cycles influence to loading parameters. A parameter sensitivity analysis revealed the shape memory property dependence on the time-temperature superposition.
Un réseau acrylate amorphe a été fabriqué au laboratoire. Une caractérisation de ses propriétés mécaniques par des essais quasi-statiques et cycliques en traction uniaxiale à différentes températures a été effectuée. Puis, des essais qualifiant et quantifiant la propriété de mémoire de forme de ce matériau ont été menés en appliquant des cycles thermomécaniques de traction uniaxiale. Durant cette étude expérimentale, plusieurs paramètres d'essais ont été variés afin d'estimer leur influence sur la propriété de mémoire de forme. Enfin, afin d'étendre les applications mémoire de forme des réseaux polymères, deux études supplémentaires ont été conduites. La première vise à la réutilisation du matériau pour des applications mémoire de forme. La seconde étude vise à renforcer le matériau obtenant un matériau composite pour améliorer sa propriété de retour de forme sous contrainte (en retour de ‘'force'').Afin d'améliorer la conception d'applications des polymères à mémoire de forme, un modèle grandes déformations, combinant les propriétés viscoélastiques et l'équivalence temps--température du matériau, a été choisi pour prédire le comportement et la mémoire de forme du réseau acrylate et ses composites. Le modèle existant dans les librairies matériaux du code éléments finis Abaqus permet de simuler numériquement les cycles thermomécaniques appliqués expérimentalement de manière exacte. Les résultats issus des simulations ont montré une bonne représentation des mesures expérimentales, reproduisant les effets des paramètres du cycle de mémoire observés expérimentalement. Une analyse des paramètres du modèle est proposée mettant en évidence la sensibilité de la propriété de mémoire de forme aux propriétés d'équivalence temps-température mesurées expérimentalement.
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Dates and versions

tel-01127146 , version 1 (07-03-2015)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01127146 , version 1

Cite

Juan Sebastian Arrieta Escobar. Modélisation du Comportement Thermomécanique des Polymères à mémoire de Forme. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2014. Français. ⟨NNT : 2014ENAM0031⟩. ⟨tel-01127146⟩
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