Analysis, characterization and modeling
of viscoelastic and poro-viscoelastic materials

Thèse présentée par Isadora Ruas Henriques et soutenue le 18 décembre 2020 devant le jury composé de :

 
  
 
Domingos RADE Mechanical Engineering, Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), São José dos Campos, Brazil Président
Gaël CHEVALLIER FEMTO-ST, Équipe Dynamique des Structures & Matériaux Architecturés pour la vibroacoustique (D.SMART), Département Mécanique Appliquée, Université de Franche-Comté (UFC), Besançon Rapporteur
Marcelo Areias TRINDADE Laboratory of Dynamics, Department of Mechanic Engineering (SEM), São Carlos School of Engineering (EESC), University of São Paulo (USP) Rapporteur
Thiago RITTO Laboratory of Acoustic and Vibrations (LAVI), Department of Mechanical Engineering (DEM), Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ) Examinateur
Daniel CASTELLO Laboratory of Acoustic and Vibrations (LAVI), Department of Mechanical Engineering (DEM), Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ) Co-directeur de thèse
Jean-François DEÜ LMSSC, Le Cnam Paris Co-directeur de thèse
Lucie ROULEAU LMSSC, Le Cnam Paris Co-encadrante de thèse

Résumé :

Cette thèse porte sur la modélisation et la caractérisation du comportement thermomécanique des matériaux viscoélastiques et poro-viscoélastiques. Le travail est divisé en deux parties principales : une concerne la technique expérimentale d'analyse mécanique dynamique (Dynamic Mechanical Analysis DMA) et l'autre s'intéresse aux performances d'amortissement des matériaux poro-viscoélastiques.

Dans la première partie, les propriétés viscoélastiques décrites à partir du module complexe et mesurées par DMA en flexion, sont analysées en profondeur à la fois d'un point de vue théorique et expérimental. Une attention particulière est accordée aux effets des modes opératoires et des machines d'essais utilisées sur les propriétés mesurées. Afin d'obtenir une meilleure analyse de l'influence des écarts constatés, des modèles à dérivées fractionnaires (FDM) sont calibrés dans le cadre bayésien. Les résultats montrent qu'il existe une grande variabilité en fonction des modes de fonctionnement ou des fabricants de machines et que les modèles statistiques peuvent expliquer ces différences.

Dans la deuxième partie, la dissipation de l'énergie mécanique due à la viscoélasticité de trois matériaux poreux différents est explorée dans la gamme des basses fréquences. Dans un premier temps, une approche numérique est proposée pour générer des prédictions dans le domaine temporel du comportement hystérique des matériaux sous différentes conditions de chargement. Ensuite, un modèle éléments finis utilisant un FDM est proposé pour décrire le comportement de panneaux simplement appuyés et recouverts d'une couche libre de matériau poreux. Des expériences sont réalisées pour valider le modèle proposé.

Enfin, une méthode inverse basée sur l'inférence bayésienne est présentée pour identifier les propriétés viscoélastiques de ces matériaux à partir d'essais de vibration. Les résultats de ces analyses montrent le grand potentiel des matériaux poro-viscoélastiques pour l'amortissement des vibrations mécaniques.