<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<TEI xmlns="http://www.tei-c.org/ns/1.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:hal="http://hal.archives-ouvertes.fr/" xmlns:gml="http://www.opengis.net/gml/3.3/" xmlns:gmlce="http://www.opengis.net/gml/3.3/ce" version="1.1" xsi:schemaLocation="http://www.tei-c.org/ns/1.0 http://api.archives-ouvertes.fr/documents/aofr-sword.xsd">
  <teiHeader>
    <fileDesc>
      <titleStmt>
        <title>HAL TEI export of tel-01228853</title>
      </titleStmt>
      <publicationStmt>
        <distributor>CCSD</distributor>
        <availability status="restricted">
          <licence target="https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/">CC0 1.0 - Universal</licence>
        </availability>
        <date when="2026-05-23T05:37:40+02:00"/>
      </publicationStmt>
      <sourceDesc>
        <p part="N">HAL API Platform</p>
      </sourceDesc>
    </fileDesc>
  </teiHeader>
  <text>
    <body>
      <listBibl>
        <biblFull>
          <titleStmt>
            <title xml:lang="en">PhD THESIS Experimental Characterization, Modeling and Simulation of Magneto-Rheological Elastomers</title>
            <title xml:lang="fr">THÈSE Caractérisation Expérimentale, Modélisation et Simulation des Elastomères Magnéto-Rhéologiques</title>
            <author role="aut">
              <persName>
                <forename type="first">Tobias</forename>
                <surname>Pössinger</surname>
              </persName>
              <idno type="halauthorid">738919-0</idno>
              <affiliation ref="#struct-1167"/>
              <affiliation ref="#struct-222633"/>
            </author>
            <editor role="depositor">
              <persName>
                <forename>Tobias</forename>
                <surname>Pössinger</surname>
              </persName>
              <email type="md5">687bb98b86cfe558fb447552b80754d4</email>
              <email type="domain">web.de</email>
            </editor>
            <funder>CEA LIST</funder>
          </titleStmt>
          <editionStmt>
            <edition n="v1" type="current">
              <date type="whenSubmitted">2015-11-13 20:50:19</date>
              <date type="whenModified">2025-08-12 18:23:34</date>
              <date type="whenReleased">2015-11-16 09:51:43</date>
              <date type="whenProduced">2015-06-22</date>
              <date type="whenEndEmbargoed">2015-11-13</date>
              <ref type="file" target="https://pastel.hal.science/tel-01228853v1/document">
                <date notBefore="2015-11-13"/>
              </ref>
              <ref type="file" n="1" target="https://pastel.hal.science/tel-01228853v1/file/thesis_POSSINGER_final.pdf" id="file-1228853-1307605">
                <date notBefore="2015-11-13"/>
              </ref>
            </edition>
            <respStmt>
              <resp>contributor</resp>
              <name key="325714">
                <persName>
                  <forename>Tobias</forename>
                  <surname>Pössinger</surname>
                </persName>
                <email type="md5">687bb98b86cfe558fb447552b80754d4</email>
                <email type="domain">web.de</email>
              </name>
            </respStmt>
          </editionStmt>
          <publicationStmt>
            <distributor>CCSD</distributor>
            <idno type="halId">tel-01228853</idno>
            <idno type="halUri">https://pastel.hal.science/tel-01228853</idno>
            <idno type="halBibtex">possinger:tel-01228853</idno>
            <idno type="halRefHtml">Engineering Sciences [physics]. Ecole Polytechnique, 2015. English. &lt;a target="_blank" href="https://www.theses.fr/"&gt;&amp;#x27E8;NNT : &amp;#x27E9;&lt;/a&gt;</idno>
            <idno type="halRef">Engineering Sciences [physics]. Ecole Polytechnique, 2015. English. &amp;#x27E8;NNT : &amp;#x27E9;</idno>
            <availability status="restricted">
              <licence target="https://about.hal.science/hal-authorisation-v1/">HAL Authorization<ref corresp="#file-1228853-1307605"/></licence>
            </availability>
          </publicationStmt>
          <seriesStmt>
            <idno type="stamp" n="CEA">CEA - Commissariat à l'énergie atomique</idno>
            <idno type="stamp" n="X">École polytechnique</idno>
            <idno type="stamp" n="PASTEL" corresp="PARISTECH">PASTEL - ParisTech</idno>
            <idno type="stamp" n="CNRS">CNRS - Centre national de la recherche scientifique</idno>
            <idno type="stamp" n="X-LMS" corresp="X">Laboratoire de Mécanique des Solides (LMS)</idno>
            <idno type="stamp" n="X-DEP-MECA">Département de mécanique de l’École polytechnique </idno>
            <idno type="stamp" n="PARISTECH">ParisTech</idno>
            <idno type="stamp" n="DRT" corresp="CEA">Direction de la recherche technologique</idno>
            <idno type="stamp" n="CEA-UPSAY" corresp="CEA">CEA - Université Paris-Saclay</idno>
            <idno type="stamp" n="UNIV-PARIS-SACLAY">Université Paris-Saclay</idno>
            <idno type="stamp" n="CEA-UPSAY-SACLAY" corresp="CEA">CEA-UPSAY-SACLAY</idno>
            <idno type="stamp" n="X-SACLAY" corresp="UNIV-PARIS-SACLAY">X-SACLAY</idno>
            <idno type="stamp" n="LIST" corresp="CEA">Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies</idno>
            <idno type="stamp" n="GS-ENGINEERING">Graduate School Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes</idno>
            <idno type="stamp" n="GS-COMPUTER-SCIENCE">Graduate School Computer Science</idno>
            <idno type="stamp" n="GS-SPORT-HUMAN-MOVEMENT">Graduate School Sport, Mouvement, Facteurs Humains</idno>
            <idno type="stamp" n="DIN" corresp="DRT">Département d'Instrumentation Numérique</idno>
          </seriesStmt>
          <notesStmt/>
          <sourceDesc>
            <biblStruct>
              <analytic>
                <title xml:lang="en">PhD THESIS Experimental Characterization, Modeling and Simulation of Magneto-Rheological Elastomers</title>
                <title xml:lang="fr">THÈSE Caractérisation Expérimentale, Modélisation et Simulation des Elastomères Magnéto-Rhéologiques</title>
                <author role="aut">
                  <persName>
                    <forename type="first">Tobias</forename>
                    <surname>Pössinger</surname>
                  </persName>
                  <idno type="halauthorid">738919-0</idno>
                  <affiliation ref="#struct-1167"/>
                  <affiliation ref="#struct-222633"/>
                </author>
              </analytic>
              <monogr>
                <imprint>
                  <date type="dateDefended">2015-06-22</date>
                </imprint>
                <authority type="institution">Ecole Polytechnique</authority>
                <authority type="school">Ecole Doctorale de l'Ecole Polytechnique</authority>
                <authority type="supervisor">Nicolas TRIANTAFYLLIDIS</authority>
                <authority type="jury">Krishnaswamy RAVI-CHANDAR</authority>
                <authority type="jury">Jean-Claude MICHEL</authority>
                <authority type="jury">Habibou MAITOURNAM</authority>
                <authority type="jury">Pedro PONTE CASTAñEDA</authority>
                <authority type="jury">Olivier HUBERT</authority>
                <authority type="jury">Laurence BODELOT</authority>
                <authority type="jury">Christian BOLZMACHER</authority>
                <authority type="jury">Kostantinos DANAS</authority>
              </monogr>
            </biblStruct>
          </sourceDesc>
          <profileDesc>
            <langUsage>
              <language ident="en">English</language>
            </langUsage>
            <textClass>
              <keywords scheme="author">
                <term xml:lang="en">BVP</term>
                <term xml:lang="en">haptic interface</term>
                <term xml:lang="en">tactile surface</term>
                <term xml:lang="en">prototype</term>
                <term xml:lang="en">application</term>
                <term xml:lang="en">coupled variational formulation</term>
                <term xml:lang="en">non-uniform magnetic field</term>
                <term xml:lang="en">displacement</term>
                <term xml:lang="en">magnetic vector potential</term>
                <term xml:lang="en">magnetization</term>
                <term xml:lang="en">spatially localized magnetic field</term>
                <term xml:lang="en">electromagnetic coil</term>
                <term xml:lang="en">axisymmetry</term>
                <term xml:lang="en">electromagnet</term>
                <term xml:lang="en">numerical simulations</term>
                <term xml:lang="en">carbonyl iron powder</term>
                <term xml:lang="en">active materials</term>
                <term xml:lang="en">magnetostatics</term>
                <term xml:lang="en">magnetics</term>
                <term xml:lang="en">mechanics</term>
                <term xml:lang="en">magneto-rheological elastomers</term>
                <term xml:lang="en">MRE</term>
                <term xml:lang="en">magneto-active elastomers</term>
                <term xml:lang="en">MAE</term>
                <term xml:lang="en">magneto-sensitive elastomers</term>
                <term xml:lang="en">fabrication</term>
                <term xml:lang="en">silicone rubber</term>
                <term xml:lang="en">interfacial adhesion</term>
                <term xml:lang="en">silane primer</term>
                <term xml:lang="en">experimental characterization</term>
                <term xml:lang="en">coupled magneto-mechanical constitutive laws</term>
                <term xml:lang="en">transversely isotropic continua</term>
                <term xml:lang="en">hyperelasticity</term>
                <term xml:lang="en">tensile tests</term>
                <term xml:lang="en">large strains</term>
                <term xml:lang="en">high magnetic field</term>
                <term xml:lang="en">parameter identification</term>
                <term xml:lang="en">modeling</term>
                <term xml:lang="en">finite element analysis</term>
                <term xml:lang="en">FEM</term>
                <term xml:lang="fr">élastomères magnéto-rhéologiques</term>
              </keywords>
              <classCode scheme="halDomain" n="spi">Engineering Sciences [physics]</classCode>
              <classCode scheme="halTypology" n="THESE">Theses</classCode>
              <classCode scheme="halOldTypology" n="THESE">Theses</classCode>
              <classCode scheme="halTreeTypology" n="THESE">Theses</classCode>
            </textClass>
            <abstract xml:lang="en">
              <p>In this thesis, we study a class of active materials named Magneto-Rheological Elastomers (MREs) with a main focus on their coupled magneto-mechanical response up to large strains and up to high magnetic fields. With the purpose of achieving a coupled characterization of MREs behavior for the design of haptic interface devices, this work encompasses experimental, theoretical and numerical developments.The first part of this work is dedicated to aspects pertaining to sample fabrication. Isotropic and magnetic field-cured MREs, composed of soft silicone rubber and micrometric carbonyl iron powder, are manufactured using a reliable and repeatable process. A special sample geometry is designed in order to obtain both homogeneous mechanical and magnetic fields during the coupled-field characterization. The interfacial adhesion between the iron fillers and the silicone matrix in MREs submitted to large deformations is investigated and a critical strain threshold is identified beyond which a primer treatment of the particles is needed to prevent debonding between the particles and the matrix.The second part of this thesis focuses on the coupled magneto-mechanical characterization of MREs and involves both theoretical and experimental developments. Based on the general theoretical framework for transversely isotropic magneto-elastic continua proposed by Kankanala, Danas and Triantafyllidis [Kan04, Dan12, Dan14], the coupled magneto-mechanical constitutive laws for both isotropic and anisotropic MREs are used to determine experimentally the corresponding constitutive model’s material parameters. The actual characterization of MREs is conducted thanks to a specially designed and novel experimental setup allowing tensile tests up to large strains and under high magnetic fields. The experimental data thus obtained provide the constitutive models for the isotropic and anisotropic MREs needed as input for the subsequent numerical simulations.The third part of this work pertains to the experiments, modeling and numerical calculations for boundary value problems corresponding to the design of a haptic interface prototype. A coupled variational formulation for a non-uniform applied magnetic field, using displacement, magnetic vector potential and magnetization as independent variables, is proposed and subsequently applied to the solution of the boundary value problem of an MRE layer subjected to the spatially localized magnetic field produced by an electromagnetic coil. The axisymmetric problem is solved numerically using finite element analysis. The device has been built and experimental results are compared to numerical simulations, thus providing a benchmark for the validation of the axisymmetric simulations as well as a proof of concept for the design of haptic interface applications.</p>
            </abstract>
            <abstract xml:lang="fr">
              <p>Cette thèse porte sur une classe de matériaux actifs nommés Elastomères Magnéto-Rhéologiques (EMR) et en particulier sur leur réponse magnéto-mécanique en grandes déformations et en présence de champs magnétiques élevés. Dans l'objectif d'aboutir à une caractérisation couplée du comportement des EMR pour permettre le design d'interfaces haptiques, ce travail comporte des développements expérimentaux, théoriques et numériques.La première partie de ce travail s'intéresse aux aspects liés à la fabrication des échantillons. Des EMR isotropes et structurés par l'application d'un champ magnétique pendant la fabrication, composés d'une matrice de silicone mou et de particules de fer doux micrométriques, sont fabriqués de façon précise et répétable. Un échantillon dédié est également développé afin d'obtenir simultanément des champs mécaniques et magnétiques homogènes dans celui-ci lors de la caractérisation couplée. La question de l'adhésion interfaciale entre les particules de fer doux et la matrice de silicone est également étudiée pour des EMR soumis à de grandes déformations et un seuil de déformation critique est identifié, au-delà duquel un traitement chimique des particules devient nécessaire pour éviter la décohésion entre les particules et la matrice.La seconde partie de cette thèse couvre la caractérisation magnéto-mécanique couplée des EMR et comporte des développement numériques et expérimentaux. S'appuyant sur le cadre théorique général des solides magnéto-élastiques continus isotropes transverses proposé par Kankanala, Danas and Triantafyllidis [Kan04, Dan12, Dan14], les lois de comportement magnéto-mécaniques couplées pour des EMR isotropes et anisotropes sont utilisées pour obtenir expérimentalement les jeux de paramètres matériaux du modèle de comportement correspondant. La caractérisation expérimentale est réalisée grâce à un dispositif dédié et original permettant de mener des essais de traction uniaxiale en grandes déformations et sous champs magnétiques élevés. Les données expérimentales ainsi obtenues fournissent les modèles de comportement des EMR isotropes et anisotropes nécessaires pour pouvoir mener ensuite des simulations numériques.La troisième partie de ce travail concerne les expériences, la modélisation et les simulations numériques de problèmes aux limites correspondant au design d'un prototype d'interface haptique. Une formulation variationnelle couplée pour un champ magnétique non uniforme, utilisant le déplacement, le vecteur potentiel magnétique et la magnétisation comme variables indépendantes, est proposée et appliquée pour obtenir la solution d'un problème aux limites pour une couche d'EMR soumise à un champ localisé produit par une bobine électromagnétique. Le problème axisymétrique est résolu par éléments finis. Un prototype d'interface haptique a été développé et les résultats expérimentaux sont comparés aux simulations numériques, servant ainsi à la fois de validation expérimentale pour les simulations éléments finis axisymétriques mais aussi de preuve de concept pour l'application technologique correspondante.</p>
            </abstract>
          </profileDesc>
        </biblFull>
      </listBibl>
    </body>
    <back>
      <listOrg type="structures">
        <org type="laboratory" xml:id="struct-1167" status="VALID">
          <idno type="IdRef">077600649</idno>
          <idno type="ISNI">0000000122879755</idno>
          <idno type="RNSR">199719346W</idno>
          <idno type="ROR">https://ror.org/00xd1ek73</idno>
          <idno type="Wikidata">Q30262303</idno>
          <orgName>Laboratoire de Mécanique des Solides</orgName>
          <orgName type="acronym">LMS</orgName>
          <date type="start">1997-01-01</date>
          <desc>
            <address>
              <addrLine>Route de Saclay, 91128 Palaiseau Cedex</addrLine>
              <country key="FR"/>
            </address>
            <ref type="url">https://lms.ip-paris.fr/</ref>
          </desc>
          <listRelation>
            <relation active="#struct-300340" type="direct"/>
            <relation active="#struct-563936" type="indirect"/>
            <relation name="UMR7649" active="#struct-441569" type="direct"/>
          </listRelation>
        </org>
        <org type="department" xml:id="struct-222633" status="OLD">
          <idno type="RNSR">200822620G</idno>
          <orgName>Département Imagerie et Simulation pour le Contrôle (CEA, LIST)</orgName>
          <orgName type="acronym">DISC (CEA, LIST)</orgName>
          <date type="end">2022-12-31</date>
          <desc>
            <address>
              <addrLine>CEA SACLAY DIGITEO LABS Bât. 565 91191 GIF-SUR-YVETTE CEDEX</addrLine>
              <country key="FR"/>
            </address>
            <ref type="url">http://www-civa.cea.fr/en/civa-ndt-simulation-platform/</ref>
          </desc>
          <listRelation>
            <relation name="DRT/LIST/DISC" active="#struct-40217" type="direct"/>
            <relation name="DRT/LIST" active="#struct-440043" type="indirect"/>
            <relation name="DRT" active="#struct-300016" type="indirect"/>
            <relation active="#struct-419361" type="direct"/>
          </listRelation>
        </org>
        <org type="institution" xml:id="struct-300340" status="VALID">
          <idno type="IdRef">027309320</idno>
          <idno type="ISNI">0000000121581279</idno>
          <idno type="ROR">https://ror.org/05hy3tk52</idno>
          <idno type="Wikidata">Q273626</idno>
          <orgName>École polytechnique</orgName>
          <orgName type="acronym">X</orgName>
          <date type="start">1794-03-11</date>
          <desc>
            <address>
              <addrLine>Route de Saclay, 91128 Palaiseau Cedex</addrLine>
              <country key="FR"/>
            </address>
            <ref type="url">https://www.polytechnique.edu/</ref>
          </desc>
          <listRelation>
            <relation active="#struct-563936" type="direct"/>
          </listRelation>
        </org>
        <org type="regroupinstitution" xml:id="struct-563936" status="VALID">
          <idno type="IdRef">238327159</idno>
          <idno type="ISNI">0000000502717600</idno>
          <idno type="ROR">https://ror.org/042tfbd02</idno>
          <idno type="Wikidata">Q48759778</idno>
          <orgName>Institut Polytechnique de Paris</orgName>
          <orgName type="acronym">IP Paris</orgName>
          <date type="start">2019-06-02</date>
          <desc>
            <address>
              <addrLine>Route de Saclay, 91120 Palaiseau Cedex, France</addrLine>
              <country key="FR"/>
            </address>
            <ref type="url">https://www.ip-paris.fr</ref>
          </desc>
        </org>
        <org type="regroupinstitution" xml:id="struct-441569" status="VALID">
          <idno type="IdRef">02636817X</idno>
          <idno type="ISNI">0000000122597504</idno>
          <idno type="ROR">https://ror.org/02feahw73</idno>
          <orgName>Centre National de la Recherche Scientifique</orgName>
          <orgName type="acronym">CNRS</orgName>
          <date type="start">1939-10-19</date>
          <desc>
            <address>
              <country key="FR"/>
            </address>
            <ref type="url">https://www.cnrs.fr/</ref>
          </desc>
        </org>
        <org type="laboratory" xml:id="struct-40217" status="VALID">
          <idno type="IdRef">156836882</idno>
          <idno type="ISNI">0000 0004 0405 1788</idno>
          <idno type="RNSR">200118591H</idno>
          <idno type="ROR">https://ror.org/000dbcc61</idno>
          <idno type="Wikidata">Q30299467</idno>
          <orgName>Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies</orgName>
          <orgName type="acronym">LIST (CEA)</orgName>
          <desc>
            <address>
              <addrLine>DRT/LISTNano-INNOVAvenue de la Vauve91120 Palaiseau</addrLine>
              <country key="FR"/>
            </address>
            <ref type="url">http://www-list.cea.fr/</ref>
          </desc>
          <listRelation>
            <relation name="DRT/LIST" active="#struct-440043" type="direct"/>
            <relation name="DRT" active="#struct-300016" type="indirect"/>
          </listRelation>
        </org>
        <org type="regrouplaboratory" xml:id="struct-440043" status="VALID">
          <idno type="IdRef">067087930</idno>
          <idno type="ISNI">0000000121157881</idno>
          <idno type="RNSR">199018589D</idno>
          <idno type="ROR">https://ror.org/02ggzyd20</idno>
          <idno type="Wikidata">Q30299418</idno>
          <orgName>Direction de Recherche Technologique (CEA)</orgName>
          <orgName type="acronym">DRT (CEA)</orgName>
          <desc>
            <address>
              <country key="FR"/>
            </address>
            <ref type="url">http://www.drt-cea.com/</ref>
          </desc>
          <listRelation>
            <relation name="DRT" active="#struct-300016" type="direct"/>
          </listRelation>
        </org>
        <org type="institution" xml:id="struct-300016" status="VALID">
          <idno type="IdRef">026372061</idno>
          <idno type="ISNI">0000000122998025</idno>
          <idno type="ROR">https://ror.org/00jjx8s55</idno>
          <idno type="Wikidata">Q868550</idno>
          <orgName>Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives</orgName>
          <orgName type="acronym">CEA</orgName>
          <desc>
            <address>
              <addrLine>Centre de SaclayCentre de GrenobleCentre de Cadaracheetc</addrLine>
              <country key="FR"/>
            </address>
            <ref type="url">http://www.cea.fr/</ref>
          </desc>
        </org>
        <org type="institution" xml:id="struct-419361" status="VALID">
          <idno type="IdRef">241345251</idno>
          <idno type="ROR">https://ror.org/03xjwb503</idno>
          <orgName>Université Paris-Saclay</orgName>
          <desc>
            <address>
              <addrLine>Bâtiment Bréguet, 3 Rue Joliot Curie 2e ét, 91190 Gif-sur-Yvette</addrLine>
              <country key="FR"/>
            </address>
            <ref type="url">https://www.universite-paris-saclay.fr/fr</ref>
          </desc>
        </org>
      </listOrg>
    </back>
  </text>
</TEI>