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MOUSSES MÉTALLIQUES
La valeur de contrainte du plateau reste principalement pilotée
par la densité relative de la mousse, Ashby [3] propose la relation :
m
σp
= 03 , * σy. s *( ρ/ ρs) avec m ≈ 16 ,
(1)
avec s p valeur de contrainte du plateau,
sy.s
r/rs
limite d’élasticité en compression du matériau
de base,
densité relative de la mousse.
2.2.4 Incidence du rapport d’élancement
L’augmentation de ce rapport (entre la dimension moyenne de la
section de l’éprouvette et sa longueur) se traduit, comme le montre
la figure 5, par un accroissement de la quantité de déformations,
mais influe généralement peu sur la valeur de contrainte du plateau.
Ce comportement est d’autant plus marqué que la densité
relative de la mousse est importante.
2.2.5 Taille et forme des cellules
Parution : juin 2015 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153
Ce modèle est évoqué dans de nombreuses publications et études.
La courbe représentée figure 2 correspond à l’identification du
modèle par Blazy [4] (s p = 260*(r/rs) 1,99 ) pour les mousses d’aluminium
Hydro de Cymat (structures fermées).
Le ratio entre la taille de la cellule et les dimensions de l’élément
en mousse doit être au minimum de 7 à 10 pour pouvoir espérer un
comportement reproductible et éliminer les effets de bord consécutifs
à des surfaces externes plus chargées que le reste de la
mousse.
2.2.2 Incidence de la vitesse de sollicitation
Négligeable dans le cas des mousses légères à structure fermée
jusqu’à des vitesses de déformation (au sens de la norme
EN ISO 6892-1) de 50 s -1 [4], la vitesse de sollicitation peut devenir
très sensible dans le cas de structures ouvertes plus denses comme
l’illustre la figure 3. L’évolution entre une compression quasistatique,
à une vitesse de 1 mm.s -1 , et un crash, à une vitesse de
7,5 m.s -1 , se traduit, pour une même mousse d’aluminium de porosité
relative de 70 %, par une élévation de la valeur du plateau. La
quantité d’énergie absorbée (aire sous la courbe) reste la même. La
déformation observée est moins importante et la valeur de plateau
plus élevée.
2.2.3 Incidence du matériau
Le matériau constitutif de la mousse influe fortement [4] [5] sur le
type de comportement, fragile ou plus ductile, ainsi que sur les
caractéristiques attendues. De plus, pour des structures anisotropes,
le sens de la compression impacte également les caractéristiques
en compression. Ces tendances sont présentées en figure 4
avec l’illustration du comportement fragile (alliage AlSi7Mg) ou
élastoplastique (acier inoxydable 304L et aluminium pur), ainsi
que l’effet de l’anisotropie sur deux directions pour l’acier 304L.
Contrainte (MPa)
90
1 mm . s -1
80
7,5 m . s -1
70
60
50
40
30
20
10
0
0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 %
Déformation (%)
Mousse aluminium avec cellules de diamètre 10 mm,
éprouvette de diamètre 60 mm et longueur 150 mm
Figure 3 – Évolution des courbes entre compression isostatique et
crash (source CTIF)
Généralement, les modèles [1] prennent en compte les caractéristiques
physiques du matériau de base (module d’Young, limite
d’élasticité, densité) pour établir les caractéristiques du matériau
mousse métallique en appliquant des coefficients qui dépendent
uniquement de la géométrie des cellules.
Néanmoins, dans les faits, il a été constaté [6] [7] que la variation
de taille des cellules sur les mousses d’aluminium stochastiques à
structure ouverte a une incidence sur le comportement en compression.
L’étude de la morphologie des cellules a été grandement
facilitée par l’utilisation de la tomographie RX [8] [9] qui permet
une appréhension qualitative et quantitative de la répartition du
métal de la mousse dans l’espace.
Contrainte (MPa)
40
35
30
25
20
15
10
5
Acier 304L direction [0,1,1]
Acier 304L direction [0,0,1]
Aluminium direction [0,1,1]
AlSi7Mg direction [0,1,1]
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Déformation (%)
Figure 4 – Influence du matériau, et de la direction de
compression [1] (source CTIF : mousses Castfoam‚ K-10-0,85)
Contrainte (MPa)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Eprouvette de longueur 80 mm
Eprouvette de longueur 150 mm
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Déformation (%)
Figure 5 – Incidence du rapport d’élancement de l’éprouvette (source
CTIF : mousses Castfoam‚ S-AlSi7Mg-10-0,70, éprouvette Ø 60 mm)
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