Multiaxiale, thermomechanische Charakterisierung und Modellierung poröser Elastomere

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der mechanischen Charakterisierung eines EPDM-Moosgummiwerkstoffs (EPDM - Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), der vornehmlich im Bereich der Dichtungstechnik Anwendung findet. Die speziellen Anforderungen, die sich aus dieser hauptsächlichen Nutzungsart ergeben, werden dabei im Rahmen der experimentellen und theoretischen Untersuchungen in besonderem Maße berücksichtigt. Dazu zählen sowohl ratenabhängige und -unabhängige Experimente zur Ermittlung des Kompressionsverhaltens als auch quasi-statische biaxiale Zugversuche. Das temperatur- und ratenabhängige Materialverhalten unter Zugbelastung wird überdies in gesonderten Versuchen berücksichtigt. Gerade im Bezug auf die Strukturkompressibilität des Werkstoffs wird der vollfeldlichen, dreidimensionalen, optischen Dehnungsmessung und ihrer Einbindung in automatisierte Auswertealgorithmen besondere Beachtung zuteil. Aus theoretischer Sicht erfolgt die Modellierung in Form eines Zweiphasenmodells auf Basis der Theorie Poröser Medien. Zur Vereinfachung der Parameteridentifikation werden die finiten Deformationen einerseits in elastische und inelastische Anteile und andererseits in volumetrische und isochore Komponenten aufgeteilt. Außerdem werden erste Untersuchungen zu einem bisher nicht beschriebenen Schädigungsmechanismus im Rahmen der Relaxation vorgestellt. Nach ersten Erkenntnissen handelt es sich hierbei um eine spezielle Eigenart der Materialklasse geschäumter Elastomere.

The present contribution deals with the mechanical characterisation of EPDM foam (EPDM - ethylene propylene diene rubber). This kind of material is mainly used for sealings, because it possesses the suitable properties for this kind of application. Therefore, the experimental and theoretical characterisation of this material focuses on these properties. Rate-dependent as well as quasi-static experiments are performed in order to investigate the compressive behaviour of the material. The hyperelastic material behaviour under tension is determined based on general biaxial tensile tests. The thermoviscoelastic properties in tensile loading conditions are investigated by execution of cyclic uniaxial tensile tests at various temperatures. In the context of automated analysation methods of multiaxial tensile tests, special emphasis is put on three-dimensional full-field strain measurement. In this work, a two-phase material model based on the theory of porous media is proposed. For simplification, the finite deformations are split into inelastic and elastic parts as well as into volumetric and isochoric parts. Furthermore, first investigations concerning a so far unknown damage effect are described. It occurs in relaxation experiments and appears to be a unique feature of the general class of foamed elastomers.