Contribution to using shape memory polymers for the control of structural damping.
Contribution à l'utilisation des polymères à mémoire de forme pour les structures à amortissement contrôlé.
Résumé
This work proposes to use shape memory polymers to control structural vibrations. These materials
exhibit a memory hysteresis which is practically associated with intrinsic damping properties which
are very high when the memory effect is strong. First, a thermomechanical characterization of the
shape memory polymer of interest (tBA/PEGDMA) is performed by dynamic mechanical analysis.
A rheological model based on time-temperature superposition is used to represent the viscoelastic
behavior of the polymer. Secondly, an experimental campaign is performed over a wide frequency
and temperature range, through various experimental techniques (static, modal, nanoindentation,
ultrasounds, high frequency dynamic analysis, acoustic microscopy) to define the area of validity,
in frequency and temperature, of the rheological model. Third, the shape memory polymer
is integrated into a composite sandwich structure to highlight the awesome damping capabilities
of the material. Finally, a damping tuning methodology by temperature control is proposed.
Indeed, the power dissipation in the sandwich is related to physical properties of the tBA/PEGDMA
core which are temperaturecontrolled to optimize the damping over a given frequency range.
Ces travaux de thèse proposent d'utiliser les polymères à mémoire de forme comme moyen de
contrôle des vibrations des structures. Outre l'hystérésis de mémoire qui est classiquement mis en
avant, ces matériaux possèdent des propriétés amortissantes intrinsèques qui sont d'autant plus
intéressantes lorsque l’effet mémoire de forme est important. Dans un premier temps une
caractérisation des propriétés mécaniques du tBA/PEGDMA, polymère à mémoire de forme de
l'étude, est effectuée par analyse dynamique mécanique. Un modèle rhéologique basé sur
l'équivalence temps-température, le 2S2P1D, est utilisé pour rendre compte du comportement
viscoélastique du polymère. Dans un deuxième temps, une campagne expérimentale est menée, sur
une large bande de fréquences et de températures, grâce à divers moyens expérimentaux (statiques,
modaux, nano-indentations, ultrasons, dynamiques hautes fréquences, microscopie acoustique) afin
de définir le domaine de validité, fréquentiel et thermique, du modèle rhéologique. Dans un
troisième temps, le polymère à mémoire de forme est intégré à une structure composite de type
sandwich pour mettre en évidence le pouvoir amortissant impressionnant du matériau. Enfin, une
méthodologie de contrôle de l'amortissement par la température est proposée. En effet, la
dissipation d’énergie dans le sandwich s'avère contrôlable, la température permettant d’ajuster la
rigidité et le facteur de perte du tBA/PEGDMA pour un amortissement optimal sur une large bande
de fréquences.
Loading...