Comportement à la rayure de surfaces de polymères : comparaison entre mesures expérimentales et simulations numériques

Abstract

Dans ce travail, nous présentons les premiers résultats de simulations numériques du test de rayure sur matériaux massifs. Nous avons supposé des lois de comportement de type G'Sell–Jonas, identifiées expérimentalement par indentation pour deux matériaux polymères PMMA et CR39. Nous avons modélisé la rayure générée par un indenteur sphérique de rayon R pour différents rapports a/R (avec a, le rayon de contact), pour un facteur de frottement adhésif local supposé constant µ_loc = 0,3. Pour un rapport a/R = 0,3, nous avons étudié l'influence du frottement adhésif local avec µ_loc compris entre 0 et 0,4. Les résultats obtenus par analyse numérique confirment en grande partie les observations expérimentales obtenues à l'aide de la machine de micro-rayage. Nous montrons un couplage fort entre déformation plastique sous l'indenteur, frottement, et morphologies du contact. Il est possible d'estimer en fonction des conditions de rayage, une déformation plastique moyenne représentative de la nature du contact. La déformation plastique moyenne apparaît comme une fonction complexe, dépendant du rapport a/R, du frottement local µ_loc et de la rhéologie du matériau, notamment son écrouissage. Enfin, en fonction des conditions de rayage (a/R, µ_loc) modélisées numériquement, il existe une relation unique entre la déformation plastique moyenne et des paramètres décrivant la géométrie du contact entre l'indenteur et la surface rayée, caractérisant le retour élastique à l'arrière de l'indenteur ou encore le bourrelet frontal.