Projektbeschreibung:

In der Auslegung von Elastomerbauteilen steht zu Beginn ein aufwendiger Entwicklungsprozess. Dieser Prozess wird oftmals über die Finite-Elemente-Analyse (FEA) zur Vorhersage der mechanischen und dynamischen Eigenschaften begleitet. Insbesondere für Dichtungsanwendungen sind vorab Aussagen über die Verformungen im Bauteil sowie Anpressdrücke, somit Aussagen zur Beständigkeit von großem Interesse. Zur Vorabberechnung per FEA sind Materialmodelle für die technischen Gummiwerkstoffe von Nöten. Das nichtlineare Verhalten in einfachen Belastungsmoden kann mit vereinfachten Modellen wie Neo-Hooke, Yeoh, Ogden und anderen näherungsweise beschrieben werden.

In Vereinfachung wird für die eingesetzten Elastomere Inkompressibilität angenommen. Diese Annahme ist korrekt für einfache Zugzustände. Überlagern sich einfache Zugzustände mit hydrostatischem Druck können deutliche Abweichungen zwischen der Annahme idealer Inkompressibilität sowie Kompressibilität vorkommen. Für einfache Belastungsmoden und kleine Dehnungen können Messdaten und Simulation in Einklang gebracht werden, in dem ein konstanter Kompressionsmodul angenommen wird. Bei großen Dehnungen gilt diese Annahme oft nicht mehr.
In realen Bauteilbelastungen wird das Elastomer zudem zyklisch belastet und Teilbereiche im Bauteil erfahren unterschiedliche Belastungshistorien. Die aus der Belastung resultierende Inelastizität und Materialerweichung zum einem und Effekte eines nichtlinearen Kompressionsmodul zum anderen führen in der Validierung bestehender Materialmodells in der Simulation zu unbefriedigenden Resultaten.

Im Rahmen dieses Projektes ist insbesondere ein Augenmerk auf die Quantifizierung des Kompressionsmoduls auf zyklische hydrostatischer Drücke, wie sie in Realanwendung z.B. Dichtungen erfahren, gelegt werden. Insbesondere diese Betrachtung findet bisher in der Literatur kaum Beachtung. Auf Grundlage der experimentellen Versuche wurde das Materialmodell von Plagge und Klüppel (2019) erweitert. Die Modellierung ist anschließend an belasteten Realteilen in FEM-Simulationen validiert worden.

Förderer: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Förderprogramm: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)

Fördernummer:  19916  N

Forschungsvereinigung: Deutsche Kautschuk-Gesellschafte.V. - DKG

Laufzeit: 01. Februar 2018 bis 30. April 2020

Mitglieder des Projektbegleitenden Ausschusses (u.a):