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Projektbeispiel: Messungen an Gummimaterialen

Nichtlineare Parameteroptimierung für Messungen an Elastomerproben

Die Messung elastischer Steifigkeitsparameter an Elastomerproben (Gummimaterialien) ist insofern anspruchsvoll, als durch die im Allgemeinen hohen Reibbeiwerte von Gummimaterialien die Messergebnisse verfälscht werden, Möchte man z.B. einen einachsigen Drucktest an einer Gummiprobe durchführen, so sollen aus diesem Test homogene Druckspannungen resultieren, die über den Verzerrungen der Probe aufgetragen werden können. In Wahrheit werden aber auf Grund der hohen Haftreibung zwischen Prüfkörper und Einspannung hochgradig inhomogene Spannungszustände generiert.

Am IMES existiert ein Verfahren, um mit Hilfe nichtlinearer mathematischer Optimierungsalgorithmen den Reibungseinfluss in den Messergebnissen zu eliminieren. Damit können aus Elastomerproben mit einfachen (reibungsbehafteten) Prüfaufbauten sehr realistische Steifigkeitsparameter abgeleitet werden, die im Rahmen hyperelastischer Materialmodelle das mechanische und thermische Verhalten von Gummimaterialien sehr gut beschreiben.

Das Verfahren stellt eine effiziente Methode dar, um beliebige Elastomermischungen mechanisch zu charakterisieren und realitätsnahen numerischen Simulationen beliebiger Bauteilgeometrien zuzuführen, z.B. mit Hilfe der Finiten Elemente Methode.

Sie fragen nach dem kommerziellen Nutzen? Nun, ein einzelner O-Ring kostet fast nichts, aber ein falsch ausgelegter O-Ring kann Katastrophen verursachen!

Das IMES ist mit einer Biaxialprüfmaschine für Hoch- und Tieftemperaturmessungen an Elastomeren ausgestattet. Bei Bedarf können beliebige Werkstoffe im geforderten Temperaturbereich mit uniaxialen, biaxialen und mit planaren Schubtests sehr genau mechanisch charakterisiert werden. Die resultierenden Materialparameter bilden die Basis für eine realitätsnahe Bauteilentwicklung.

Auf einen Blick

Beteiligte Institute und Zentren: Institut für Mechanische Systeme (IMES)

Projektpartner: gummiverarbeitende Industrie

Finanzierung: : Dienstleistungs- und aF&E Projekte

Projektstatus: laufend