Les butées en mousse de polyuréthane étudiées sont utilisées dans le milieu automobile. Leur principale fonction est d'amortir les chocs verticaux aux roues et de contribuer au confort du véhicule. La réponse mécanique de ce type de pièces implique de prendre en considération différents mécanismes, allant du flambement des parois de la mousse à l'auto-contact en passant par les non-linéarités matérielles.

La caractérisation actuelle des butées en mousse de polyuréthane en fatigue et sous impact est aujourd'hui limitée au cahier des charges du client et les tests prédéfinis par celui-ci. Afin de définir une démarche de dimensionnement en fatigue plus robuste, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de dégradation locaux à l'échelle de la microstructure et en particulier à l'échelle d'une cellule, puis de définir un critère de ruine macroscopique pertinent vis-à-vis du scénario d'endommagement (initiation et propagation). Trois axes principaux sont ainsi proposés :.

Le premier axe de cette étude, est la description précise de la microstructure. Cette étape doit permettre de comprendre les liens entre le procédé, la microstructure et les propriétés mécaniques (comportement mécanique et ruine du matériau). C'est un point essentiel entre afin de relier les paramètres du processus de fabrication à la réponse mécanique des pièces [1] ;.

Le second axe met l'accent sur la définition d'un modèle de comportement mécanique du matériau. L'expérience montre qu'il existe de très fortes non linéarités dans la réponse mécanique du matériau constitutif des butées en mousse polyuréthane. Cette complexité conduit à différents choix possibles quant à la modélisation dans les codes de calcul industriels. Les trois principales familles de lois de comportement sont, les modèles viscoélastiques à sollicitations faibles [2] avec des lois à seuils dérivées de la mécanique des sols, les modèles classiques hyper-élastiques, pour lesquels l'hypothèse d'incompressibilité doit être adaptée [3], et des modèles dérivés du modèle "Hyperfoam" [4] ;.

Le dernier axe de l'étude porte sur l'implémentation d'un critère de fatigue pour le dimensionnement des butées d'amortisseur en mousse de polyuréthane [5] ainsi que sur l'effet d'un chargement de type « impact » sur la durée de vie de ce type de pièce.

Chacune de ces étapes de l'étude peut être traitée indépendamment l'une de l'autre. Néanmoins, nous nous limiterons dans un premier temps à l'étude et la description de la microstructure ainsi qu'à la présentation de différents essais de caractérisation mécanique (compression, traction et torsion), permettant d'établir un lien entre la réponse mécanique et la microstructure sur des échantillons issus de pièces simplifiées et structurelles.

[1] L. J. Gibson and M. F. Ashby, Cellular solids-structural and properties. Cambridge Univ. Press. Cambridge, UK, 1997.

[2] R. Singh, P. Davies, A.K. Bajaj, Identification of Nonlinear and Viscoelastic Properties of Flexible Polyurethane Foam, Nonlinear Dynamics, 2003

[3] Ogden RW. Large deformation isotropic elasticity: on the correlation of theory and experiment for compressible rubberlike solids. Proc Roy Soc Lond 1972; A328:567–83

[4] Neilsen, M. K., Krieg, R. D., Schreyer, H. L. A constitutive theory for rigid polyurethane foam. Polymer Eng Sci 35(5), 387—394 (1995).

[5] Shan, Golnaraghi, Modelling compressive cyclic stress-strain behavior of structural foams”. IJF, 2001.