Apport des essais d'indentation pour la modélisation du comportement mécanique d'un polymère semi-cristallin

Indentation test contribution to the modelling of the mechanical behavior of a semi-crystalline polymer

¹ LIMATB - Université de Bretagne-Sud, rue de Saint-Maudé, BP 92116, 56321 Lorient Cedex, France
² LARMAUR - Université de Rennes 1, Bât. 10B, Campus de Beaulieu, 35042 Rennes Cedex, France

Reçu : 4 Février 2009
Accepté : 29 Avril 2009

Résumé

L'objectif de cette étude est la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement mécanique du polypropylène (PP). Des essais de caractérisation mécanique (traction, flexion et indentation) sont réalisés pour déterminer le comportement du matériau. La loi de comportement macroscopique de ce polymère semi-cristallin est construite à partir du comportement mécanique de ses phases (amorphe et cristalline) et d'une démarche d'homogénéisation. En analysant les propriétés macroscopiques en élasticité pour différents taux de cristallinité, un modèle micromécanique autocohérent généralisé est retenu. Le motif est constitué de la phase amorphe incluse dans la phase cristalline. Dans le domaine non linéaire, cette formulation est étendue en considérant un comportement viscoélastique pour la phase amorphe et élastoviscoplastique pour la phase cristalline. Cette loi est intégrée dans le code de calcul par éléments finis Abaqus. Les paramètres matériau du modèle sont identifiés par l'intermédiaire du logiciel SiDoLo sur les essais de traction et d'indentation. Ces tests ont permis de mettre en évidence une dissymétrie de comportement de ce polymère vis-à-vis du signe de la partie sphérique de la contrainte. Les paramètres du modèle sont identifiés en respectant les conditions d'auto-cohérence. Afin de valider la démarche, des essais de flexion sont réalisés pour tester le caractère prédictif du modèle développé.

Abstract

The aim of this study is to conduct experimental characterization and to develop a micromechanical model for polypropylene (PP). The PP constitutive equations are established from the mechanical behaviour of the two phases (amorphous and crystalline) with a micro-mechanical approach. Using linear elasticity behaviour at different crystalline contents, a generalized self-consistent model is developed with a pattern made of the amorphous phase surrounded by the crystalline phase. For non-linear behaviour this approach is extended using a viscoelastic model for the amorphous phase and a elastoviscoplastic model for the crystalline phase. This model is introduced into the finite elements method software Abaqus. Model parameters have been identified using SiDoLo software considering tensile tests and indentation tests. These tests point out tensile-compression asymmetry behaviour. Model parameters are then identified enforcing self-consistency conditions. To do it, the pattern behaviour is modelled with a finite element method. Stresses and strains calculated with this method in the phases are compared the model. Finally, a flexion test is used to validate the model.