Anisotropic stress softening and viscoelasticity in rubber like materials and architectured materials
Etude de l'anisotropie de l'effet Mullins et de la viscoélasticité dans les matériaux élastomères et les matériaux architecturés fortement déformables, extensions aux tissus du vivant
Résumé
This thesis work presents a study of the mechanical behavior of soft materials submitted to large deformations. In this context two types of materials were considered: rubber like materials and architectured materials to mimic soft tissues. As a first step, this study focuses on rubber like materials for a better understanding of the phenomena, especially through an large experimental study that could not be lead on soft tissues.The mechanical characterization of the rubber like materials allows highlighting several phenomena such as: the stress softening (also known as Mullins effect), induced anisotropy, permanent set and viscoelasticity. With the aim to create a model able to take into account all these effect in the framework of large deformations, several rubber like materials were used to highlight each one of these phenomena. In this way, each material permits to isolate one phenomenon to develop and validate a new part of the model.Thereafter, architectured materials made of rubber like materials were used to induce an initial anisotropy. The model proposed previously is adapted to take into account this initial anisotropy. An extension to modeling soft tissues (most of them are initially anisotropic) becomes possible.Each model was numerically implemented in a finite element code (except for the viscoelasticity), and the robustness of the model was validated by means of complex experimental tests (bulge test) or on complex structures (holey plate)
Ce travail de thèse présente une étude du comportement mécanique des matériaux mous soumis à de grandes déformations. Dans ce cadre deux types de matériaux ont été considérés : des matériaux de type élastomères et des matériaux architecturés mimant des matériaux du vivant. Dans un premier temps, cette étude se focalise sur des matériaux de type élastomères pour une meilleure compréhension des phénomènes, notamment grâce à une large étude expérimentale qui n'aurait pas pu être menée sur des tissus du vivant. La caractérisation mécanique des élastomères permet de mettre en évidence différents phénomènes tel que : l'adoucissement de contrainte (aussi connu sous le nom d'effet Mullins), l'anisotropie induite, la déformation résiduelle et la viscoélasticité. Dans le but de créer un modèle capable de prendre en compte tous ces effets dans le cadre des grandes déformations, différents élastomères ont été utilisés pour mettre en évidence chacun de ces phénomènes. Ainsi, chaque matériau a permis d'isoler un phénomène afin de développer et de valider une nouvelle partie du modèle. Par la suite, des matériaux architecturés de type élastomères ont été fabriqués et utilisés pour induire une anisotropie initiale. Le modèle proposé précédemment est alors étendu à la prise en compte de cette anisotropie initiale. Une extension à la modélisation des tissus du vivant (qui sont pour la plupart initialement anisotropes) devient ainsi possible. Chaque modèle a été implanté numériquement dans un code de calcul par éléments finis (excepté pour la viscoélasticité), et la robustesse du modèle a été validée grâce à des essais expérimentaux complexes (bulge test) ou sur des structures complexes (plaque trouée)
Origine : Version validée par le jury (STAR)