Contribution to the elaboration, experimentation and modeling of architectured shape memory alloy Nickel-Titanium/silicone rubber composites

Thèse
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TIMC-IMAG
Thierry REY
Mardi 16 septembre 2014
Réalisation technique : Djamel Hadji | Tous droits réservés

Les alliages à mémoire de forme Nickel-Titane sont connus pour leurs propriétés de superélasticité associées à une transformation martensitique élastique, de ferroélasticité liées à la réorientation de variantes de martensite et enfin de mémoire de forme. Les propriétés des matériaux architecturés NiTi, tels que des tricots, des matériaux cellulaires,… dépendent de celles de l’alliage NiTi constituant et de la structure géométrique. L’étude porte sur des matériaux architecturés composites constitués par des matériaux architecturés NiTi saturés par des élastomères silicones. De tels matériaux possèdent potentiellement une gamme étendue de propriétés dépendant à la fois des matériaux constitutifs, mais également des interfaces et de la topologie. La première partie du travail porte sur l’étude de l’interface NiTi silicone. Parmi les solutions testées, le traitement de surface par plasma a été particulièrement étudié. L’influence des paramètres du traitement plasma sur la qualité des interfaces a tout d’abord été étudiée grâce à des essais de pull-out réalisés sur des fils de NiTi enrobés dans des silicones. Les paramètres optimaux de traitement par plasma ont ensuite été appliqués pour élaborer des matériaux architecturés tubulaires constitués d’un tricot NiTi enrobé d’élastomère. Le comportement mécanique du composite ainsi obtenu a été caractérisé par des essais de traction et de gonflement. La deuxième partie de l’étude porte sur le comportement de l’élastomère silicone. Une campagne expérimentale a été menée afin de déterminer l’influence de la température sur le comportement mécanique du silicone, en particulier sur l’accommodation du matériau après la première charge (effet Mullins), l’hystérésis mécanique et la relaxation. Une loi de comportement prenant en compte l’hystérésis mécanique a ensuite été proposée. Inspirée par de nombreux travaux en mécanique des élastomères, l’approche utilise une décomposition de l’espace en un nombre fini de directions. Une loi monodimensionnel incluant les effets d’hystérésis est écrite pour chacune des directions. Ce modèle a été implémenté dans un code de calculs par éléments finis (Abaqus) et a été testé avec des calculs de structures. Dans la troisième partie de l’étude, le formalisme précédent a été utilisé afin de proposer un modèle pour le comportement mécanique du NiTi, en se restreignant dans cette première contribution à la superélasticité. La confrontation des résultats de simulation avec ceux de tests expérimentaux de la littérature sur des plaques isotropes et anisotropes montre les perspectives prometteuses d’une telle approche.

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