Kompressible, viskoelastische Werkstoffe : Experimente, Modellierung und FE-Umsetzung

Abstract

Poröse bzw. aufgeschäumte Gummimaterialien werden vor allem als Dichtwerkstoffe benutzt. Diese Anwendung erfordert unter anderem genaue Kenntnisse über ihr volumetrisches Verhalten. Außerdem müssen die bei allen Gummimaterialien auftretenden Effekte, wie der Mullins-Effekt, der Payne-Effekt, Thixotropie und auch die Viskoelastizität unter Zug- und Druckbeanspruchungen untersucht werden. Das Ziel dieser Arbeit ist die Modellierung dieser Materialien unter Einbeziehung der genannten Effekte. Zu diesem Zweck werden experimentelle Untersuchungen für verschiedene Beanspruchungsarten (Zug, Druck, Kompression) sowie unterschiedliche Prozessführungen durchgeführt(z. B. monotone und zyklische Versuche, Versuche mit Haltezeiten, Versuche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten). Auf Grundlage dieser Datenbasis wird ein kontinuumsmechanisches Materialmodell der kompressiblen nichtlinearen Viskoelastizität für finite Deformationen entwickelt, identifiziert und in ein geeignetes Finite Elemente Programm implementiert. Da aufgeschäumtes Gummi ein Zweiphasenmaterial ist, wird die Mehrphasenkontinuumsmechanik zur Modellierung herangezogen. Abschließend wird das Modell mit realen Bauteilen validiert und die Modellierung des Payne-Effektes untersucht.

Porous or rather cellular rubber is mainly used as sealing material. This utilisation demands amongst others the exact knowledge of their volumetric characteristics. In addition all resulting effects of rubber materials, like the Mullins-Effect, the Payne-Effect, the Thixotropy and the viscoelasticity, need to be analysed under points of tensile stress and compressive effects. This dissertation deals with the modelling of these materials including the earlier named effects. For this aim experimental analyses are executed for different loads (tension, pressure, hydrostatic compression) and various process management (e.g. monotone and cyclic tests, tests with holding times, tests with different velocities). With this data base a continuum mechanically model of the compressible non-linear viscoelasticity for finite deformation will be developed, identified and implemented in an adequate finite element program. Cellular rubber is a two-phase-material, so that the multiphase continuum mechanics will be consulted to model. Finally the model will be validated with real compounds and the modelling of the Payne-Effect analysed.