Failure of rigid-elastomer interface under complex loading
Rupture d’interface rigide-élastomère sous chargement complexe
Résumé
Elastomers reinforced by textile fibers or metallic wires are common in numerous industrial applications (tires, driving belts, conveying belts, and pneumatic springs). The adhesion between the reinforcement and the elastomer matrix must be ensured to guarantee the structural integrity of the product under various mechanical loads. A reliable characterization of the crack propagation resistance of the interface is thus necessary, motivating the development of new mechanical tests. Firstly, an experimental setup of crack propagation between a metal wire and a natural black carbon rubber is used to charactérize the dissipated energy during the interfacial fracture. The test, developed from a precedent thesis, is first improved and the experimental methodology is updated. Analytical and numerical models allow the validation of the test kinematics, experimental conditions of lubrication, and the computation of the adhesion energy. Secondly, the test is derived using three methods, permitting the characterization of the adhesion between the reinforcement and the matrix under other loadings. Hence, the crack mode mixity, the crack propagation velocity, or the matrix pre-softening alters the global dissipation during the interface fracture. Those new methods offer an adhesion characterization in closer conditions to the industrial applications.
Les élastomères armés de fibres textiles ou de fils métalliques se retrouvent dans de nombreuses applications industrielles (pneus, courroies d'entraînement, bandes de convoyage, tuyaux, ressorts pneumatiques). L'adhésion du renfort à la matrice élastomère doit être assurée pour garantir l'intégrité structurelle du produit sous divers chargements mécaniques. Une caractérisation fiable de la résistance à la fissuration de l'interface est donc nécessaire, ce qui motive le développement de nouveaux essais mécaniques. Dans un premier temps, un dispositif expérimental de fissuration entre un fil métallique et un caoutchouc naturel chargé de noir de carbone est utilisé pour caractériser la dissipation d'énergie lors de la rupture interfaciale. L’essai, issu d’une précédente thèse, est tout d’abord amélioré et la méthodologie expérimentale consolidée. Des modélisations analytiques et numériques permettent de valider la cinématique de l’essai, les conditions expérimentales de lubrification et le calcul de l’énergie d’adhésion. Dans un second temps, l’essai est décliné selon trois méthodes permettant de caractériser l’adhésion du renfort à la matrice sous d’autres chargements. Ainsi, il apparaît que la mixité du chargement en pointe de fissure, la vitesse de propagation ou la pré-accommodation du caoutchouc influent sur l’énergie globale dissipée pendant la rupture de l’interface. Ces nouvelles méthodes offrent alors une caractérisation de l’adhésion dans des conditions plus proche des applications industrielles.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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