Investigations on magnetically hard and mechanically stiff magnetoactive elastomers : From local interactions towards the development of functional structures

This doctoral work focuses on a magnetically hard and mechanically stiff magnetoactive elastomer (stH-MAE) composite material. Experimental studies are presented concerning the manufacturing of the composite as well as the characterization of its mechanical, magnetic and coupling properties. A multiscale model is developed using a continuum approach at the microstructural scale with classic homogenization techniques on statistically homogeneous composites. The effective properties are determined with numerical simulations and the behavior law around the operating point of the material is modeled with a piezomagnetic approach. Two proofs of concept are presented using stH-MAE composites for membrane actuators and passive vibration damping. Both concepts are based on the magnetically induced forces resulting from the remnant magnetization and provide promising results for future applications of stH-MAE in mechatronic devices.
Au centre de cette thèse est un élastomère magnétoactif qui est mécaniquement rigide et magnétiquement dur (stH-MAE). Les études expérimentales présentées comprennent l’élaboration du composite ainsi que la caractérisation des propriétés mécaniques, magnétiques et couplées. Un modèle pour la détermination des propriétés effectives du composite est présenté ; il est basé sur des simulations numériques des microstructures statistiquement homogènes. Pour la modélisation du comportement autour du point de fonctionnement du matériau, l’utilisation d’un modèle piézomagnétique est proposé. Les travaux comprennent deux preuves de concept pour l’utilisation des stH-MAE pour les actionneurs à membrane ainsi que pour l’amortissement passif des vibrations. Ces deux exemples mettent en avant l’avantage de l’aimantation rémanente pour les applications mécatroniques futures.