A3 Fatigue dans les polymères (chauffage par hystérésis)

Topique

La composante visqueuse de ce polymère, quantifiée par le facteur de perte décrit plus en détail par un autre modèle de ce système, dissipe une quantité d'énergie caractéristique à chaque cycle de charge appliqué. Sous chargement cyclique, ce polymère ne se déforme pas et ne reprend pas sa forme initiale en suivant exactement la même courbe contrainte-déformation dans les deux sens. Au contraire, entre le chargement et le déchargement de chaque cycle, il décrit une boucle d'hystérésis, et l'aire délimitée par cette boucle représente l'énergie dissipée lors de ce cycle. Le fait que ce polymère présente un facteur de perte plus élevé signifie que, pour une même amplitude de charge cyclique, l'énergie dissipée par cycle est également plus importante.

La répétition de cette énergie dissipée par cycle, à la fréquence d'application du chargement cyclique, engendre un flux de chaleur au sein du polymère : chaque cycle de chargement supplémentaire ajoute, au sein de ce polymère, la même quantité d'énergie dissipée que le cycle précédent, et cette énergie dissipée de manière répétée, accumulée par unité de temps, constitue ce flux de chaleur. Une fréquence plus élevée de chargement cyclique, pour une même quantité d'énergie dissipée par cycle, entraîne également une génération de chaleur plus importante, car la même quantité d'énergie dissipée par cycle se répète plus souvent par unité de temps.

Par conséquent, ce modèle, avec sa composante visqueuse et le taux de génération de chaleur auquel il a été initialement destiné, provoque une élévation de la température locale du polymère si cette génération de chaleur excède sa capacité à la dissiper dans son environnement. Ce phénomène peut engendrer un ramollissement local susceptible d'entraîner une rupture avant même qu'une fissure ne se propage de manière significative. Cette fatigue par échauffement hystérétique contraste ainsi avec la fatigue décrite pour un métal dans un autre modèle portant sur un ensemble de matériaux différent, où la propagation progressive d'une fissure de fatigue unique, et non cet échauffement hystérétique, constitue le mécanisme dominant conduisant à la rupture finale. Le fait que ce polymère dissipe, cycle après cycle, une quantité d'énergie par hystérésis bien supérieure à celle dissipée par le métal sur un même nombre de cycles de charge signifie que ce mécanisme d'échauffement hystérétique, négligeable dans le métal, devient le mécanisme de fatigue dominant dans ce polymère.

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