Comportement des matériaux cellulaires sous sollicitations dynamiques. Partie 2 : approche multi-échelles

Behaviour of cellular material under dynamic loadings. Part 2: a multi-scale approach

LAMEFIP, Arts et Métiers PARISTECH, Esplanade des Arts et Métiers, 33405 Talence Cedex, France

^a Auteur pour correspondance : philippe.viot@lamef.bordeaux.ensam.fr

Reçu : 22 Janvier 2010
Accepté : 23 Mai 2010

Résumé

La méthodologie proposée pour l’étude du comportement de matériaux cellulaires sous sollicitation dynamique est abordée par une approche multi-échelles. Le comportement des mousses polymères étudiées dépend du matériau constitutif, et de sa structure poreuse. Les matériaux cellulaires de l’étude sont constitués de grains millimétriques poreux; le cœur de ces grains est constitué de cellules microscopiques. La méthodologie proposée vise à reproduire la morphologie multi-échelles du matériau cellulaire, celles des grains et des cellules, d’implémenter des modèles de comportement simples à ces différentes échelles afin de reproduire les phénomènes physiques complexes observés et la réponse macroscopique du matériau. L’observation et l’analyse des phénomènes locaux est un travail préparatoire à la modélisation multi-échelles. Cet article décrit les méthodes expérimentales et numériques qui ont été développées pour l’observation fine de la structure des matériaux cellulaires, et quantifier des déformations et des dommages de ces structures à l’échelle des cellules et des grains. Deux approches de modélisation ont été ensuite envisagées; un modèle éléments-finis pour décrire la structure des grains, et une autre approche numérique plus originale qui s’appuie sur la méthode des éléments discrets pour représenter la structure microscopique des cellules.

Abstract

A multi scale methodology is proposed for the study of the cellular material behavior under dynamic loading. The behavior of polymeric foams studied depends on the constitutive material and the morphology of the porous structure. The cellular material of this study is constituted of millimetric porous beads, these beads are themselves constituted of microscopic closed cells. The methodology proposed to model the multi scale morphology of the structure (the scales of beads and cells) of the cellular material; it consists in implementing simple mechanical models at the different scales to reproduce the complex physical phenomenon observed and to model the macroscopic response of the foam. The observation and the analysis of physical phenomenon is the first step of the multi scale modeling. This paper describes the experimental and numerical methods used to observe and describe the structure of the cellular material, and quantify deformations and damages of these structures at the scales of beads and cells. Two ways of modeling were investigated: a finite-element model to represent the bead structure and another approach, more original, by the use of a modified discrete element model to model the microscopic structure of the cells.