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Theses

PhD THESIS Experimental Characterization, Modeling and Simulation of Magneto-Rheological Elastomers

Résumé : Cette thèse porte sur une classe de matériaux actifs nommés Elastomères Magnéto-Rhéologiques (EMR) et en particulier sur leur réponse magnéto-mécanique en grandes déformations et en présence de champs magnétiques élevés. Dans l'objectif d'aboutir à une caractérisation couplée du comportement des EMR pour permettre le design d'interfaces haptiques, ce travail comporte des développements expérimentaux, théoriques et numériques. La première partie de ce travail s'intéresse aux aspects liés à la fabrication des échantillons. Des EMR isotropes et structurés par l'application d'un champ magnétique pendant la fabrication, composés d'une matrice de silicone mou et de particules de fer doux micrométriques, sont fabriqués de façon précise et répétable. Un échantillon dédié est également développé afin d'obtenir simultanément des champs mécaniques et magnétiques homogènes dans celui-ci lors de la caractérisation couplée. La question de l'adhésion interfaciale entre les particules de fer doux et la matrice de silicone est également étudiée pour des EMR soumis à de grandes déformations et un seuil de déformation critique est identifié, au-delà duquel un traitement chimique des particules devient nécessaire pour éviter la décohésion entre les particules et la matrice. La seconde partie de cette thèse couvre la caractérisation magnéto-mécanique couplée des EMR et comporte des développement numériques et expérimentaux. S'appuyant sur le cadre théorique général des solides magnéto-élastiques continus isotropes transverses proposé par Kankanala, Danas and Triantafyllidis [Kan04, Dan12, Dan14], les lois de comportement magnéto-mécaniques couplées pour des EMR isotropes et anisotropes sont utilisées pour obtenir expérimentalement les jeux de paramètres matériaux du modèle de comportement correspondant. La caractérisation expérimentale est réalisée grâce à un dispositif dédié et original permettant de mener des essais de traction uniaxiale en grandes déformations et sous champs magnétiques élevés. Les données expérimentales ainsi obtenues fournissent les modèles de comportement des EMR isotropes et anisotropes nécessaires pour pouvoir mener ensuite des simulations numériques. La troisième partie de ce travail concerne les expériences, la modélisation et les simulations numériques de problèmes aux limites correspondant au design d'un prototype d'interface haptique. Une formulation variationnelle couplée pour un champ magnétique non uniforme, utilisant le déplacement, le vecteur potentiel magnétique et la magnétisation comme variables indépendantes, est proposée et appliquée pour obtenir la solution d'un problème aux limites pour une couche d'EMR soumise à un champ localisé produit par une bobine électromagnétique. Le problème axisymétrique est résolu par éléments finis. Un prototype d'interface haptique a été développé et les résultats expérimentaux sont comparés aux simulations numériques, servant ainsi à la fois de validation expérimentale pour les simulations éléments finis axisymétriques mais aussi de preuve de concept pour l'application technologique correspondante.
Document type :
Theses
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https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-01228853
Contributor : Tobias Pössinger <>
Submitted on : Friday, November 13, 2015 - 8:50:19 PM
Last modification on : Tuesday, July 21, 2020 - 3:15:44 AM
Document(s) archivé(s) le : Friday, April 28, 2017 - 8:41:14 PM

Identifiers

  • HAL Id : tel-01228853, version 1

Citation

Tobias Pössinger. PhD THESIS Experimental Characterization, Modeling and Simulation of Magneto-Rheological Elastomers. Engineering Sciences [physics]. Ecole Polytechnique, 2015. English. ⟨tel-01228853⟩

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