Thermomechanische Modellierung von Moosgummi

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Diebels
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 49700994

• Erstellungsjahr: 2014

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Projekts wurde ein zelluläres Material, bestehend aus gefülltem Elastomer als Skelettstruktur und eingeschlossenen Luftporen untersucht. Solche Materialien werden vor Allem als Dichtwerkstoffe benutzt. Diese Anwendung erfordert unter anderem genaue Kenntnis über ihr volumetrisches Verhalten und die Materialantwort unter Last. Ziel des Projektes war es, die Modellierung solcher Materialien in Bezug auf das Materialverhalten unter Zug- und Druckbeanspruchung und die dabei auftretenden zeitabhängigen Effekte, durchzuführen. In der zweiten Förderphase sollte zudem Hauptaugenmerk auf das thermomechanische Verhalten gelegt werden. Außerdem waren auftretende Entfestigungseffekte zentraler Bestandteil der Untersuchungen. Es wurde dabei zum Einen die zellulare Struktur, also das Moosgummi, und zum Anderen das entsprechende Vollmaterial betrachtet. Zu diesem Zweck musste zunächst ein ausreichender, experimenteller Datenpool zur Verfügung gestellt werden. Dies beinhaltete bereits die Schritte der Planung und Realisierung der experimentellen Aufbauten, der Versuchsdurchführung und deren Auswertung. Auf Grundlage dieser Daten wurde ein kontinuumsmechanisches Materialmodell der, für das Moos-gummmi kompressiblen, nichtlinearen Viskoelastizitat für finite Deformationen entwickelt, identifiziert und in ein geeignetes Finite Elemente Programm implementiert. Dies erfolgte zunächst lediglich für Betrachtungen bei Raumtemperatur. Im Anschluss wurde das entwickelte Modell in Bezug auf thermische Einflüsse erweitert. Das Modell ist in der Lage, Bauteile aus Moosgummi bzw. mit Moosgummi als wesentlichem Bestandteil als Dichtkörper in der Simulation abzubilden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• [2011]. Kompressible, viskoelastische Werkstoffe: Experimente, Modellierung und FE-Umsetzung . Universität des Saarlandes. Dissertation
  Koprowski-Theiß, N.
  
• [2011]. ‘Characterizing the Time Dependence of Filled EPDM.’ Rubber Chemistry and Technology , 84(2), pp. 147–165
  Koprowski-Theiß, N., M. Johlitz & S. Diebels
  
• [2011]. ‘Modelling of a cellular rubber with nonlinear viscosity functions.’ Experimental Mechanics, 51(5), pp. 749–765
  Koprowski-Theiß, N., M. Johlitz & S. Diebels
  
• [2012]. ‘Compressible rubber materials: experiments and simulations.’ Arch. Appl. Mech., 82(8), pp. 1117–1132
  Koprowski-Theiß, N., M. Johlitz & S. Diebels
  
• [2012]. ‘Pressure dependent properties of a compressible polymer.’ Experimental Mechanics, 52(3), pp. 257–264
  Koprowski-Theiß, N., M. Johlitz & S. Diebels
  
• [2013]. ‘Optimisation of a pretreatment method to reach the basic elasticity of filled rubber materials.’ Arch. Appl. Mech., 83(11), pp. 1659– 1678
  Scheffer, T., H. Seibert & S. Diebels