Identification des propriétés élastiques orthotropes par couplage « expérimentation – simulation numérique » : application aux fonds de bouteilles soufflées en PET

Identification of the orthotropic elastic properties by coupled “experimental results – numerical simulation”: application to base of PET bottles under pressure

Université Paris-Est, Laboratoire MSME UMR 8208 CNRS, 5 boulevard Descartes – Champs sur Marne, 77454 Marne la Vallée Cedex 2, France
e-mail: yunmei.luo@univ-paris-est.fr; Luc.Chevalier@univ-paris-est.fr; eric.monteiro@univ-paris-est.fr

Reçu : 6 Novembre 2009
Accepté : 7 Avril 2011

Résumé

La validation, par la simulation numérique, des bouteilles en polyéthylène téréphtalate (PET) soufflées est un enjeu industriel important qui nécessite d’identifier les caractéristiques du matériau PET. Dues à des élongations biaxiales importantes lors du soufflage, on observe des propriétés mécaniques très différentes sur les bouteilles par rapport à celles des préformes, ce qui rend difficile la mise en œuvre d’une simulation par éléments finis d’une bouteille sous pression interne tant que ses propriétés mécaniques ne sont pas connues précisément. L’objectif de notre travail est d’identifier les propriétés orthotropes du fond pétaloïde de la bouteille. La méthode de stéréo corrélation est utilisée afin de reconstruire la surface 3D du fond. En comparant la surface 3D initiale à celle sous pression, on peut déterminer les déformations membranaires. Ces résultats, couplés à la simulation numérique par éléments finis donnant le champ de contraintes, permet d’identifier les propriétés élastiques. Deux fonds, l’un constitué de vallées larges (VL) entre chaque pied et l’autre de vallées étroites (VE) présentent des comportements très différents lorsqu’ils sont soumis à une pression interne. Le cas VL présente un mode de déformation non linéaire qui est discuté dans la dernière section.

Abstract

Validation of stretched blown bottles of polyethylene terephthalate (PET) by using numerical simulation is an important industrial goal. This necessitates the identification of the PET material characteristics. Because the biaxial elongation of macromolecules induces great modifications of the mechanical properties of the material, it is difficult to manage an accurate simulation: properties are not well known in the base or neck region of the bottles. The aim of the work presented here is to provide an identification tool for the orthotropic elastic properties in the 3D regions of PET bottles of soda waters. A stereo correlation tool has been developed in order to build digital 3D surface. By comparing the initial surface with the same surface when the bottle is under pressure, it is possible to evaluate the membrane strains at each point of the petaloid surface. Coupled with a finite element simulation managed on the same bases, these results allow the identification of the induced mechanical properties. Two bases, one with large valleys (VL) between the five feet and one with small valleys (VS) which highlight very different behavior when bottles are submitted to internal pressure. The deformation of the VL base presents non-linearities that are discussed in the last section of the paper.