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Simulation Mit biaxialen Materialeigenschaften Elastomerbauteile modellieren

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Die numerische Simulation von Elastomerkomponenten auf Basis des einachsigen Zugversuchs ist einfach, aber für reale Elastomere nicht ausreichend. Mit Materialdaten aus biaxialen Zugversuchen will das Fraunhofer LBF die Konstruktionsqualität erhöhen.

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
Für den biaxialen Zugversuch wird eine Elastomerplatte aufgeblasen. Die implementierte optische 3D-Vermessung ermöglicht die präzise Erfassung der Materialeigenschaften.
Für den biaxialen Zugversuch wird eine Elastomerplatte aufgeblasen. Die implementierte optische 3D-Vermessung ermöglicht die präzise Erfassung der Materialeigenschaften.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Der Aufblasversuch ist die einfachste Möglichkeit, biaxiale Zugbelastungen an Elastomerplatten zu realisieren. Die im Fraunhofer LBF entwickelte neue Methode soll Daten für eine zuverlässige Modellierung von Bauteilen liefern. So können Elastomerkomponenten für Automobile, Komponenten im Flugzeugbau oder Produkte für Sport, Medizin und Haushalt zuverlässig und kostengünstig ausgelegt werden.

Wie das neue Verfahren funktioniert

Die Prüfvorrichtung besteht aus einem Kreisring, einer Elastomerplatte sowie einer Grundplatte. Die Elastomerplatte wird in die Prüfvorrichtung eingespannt und mit Wasser beaufschlagt, wodurch sie sich als Blase ausdehnt. In der Mitte der Blase tritt eine gleichmäßige biaxiale Zugspannung auf. Die Auswertung der Geometrieänderung der Blase unter der Belastung erfolgt im Post-Processing über die 3D-Software GOM Aramis.

Auswertung durch digitale Bildkorrelation

Ergebnisse des Aufblasversuchs ausgewertet mit 3D-Software GOM Aramis: logarithmische Dehnung ε_yy bei maximaler Belastung.
Ergebnisse des Aufblasversuchs ausgewertet mit 3D-Software GOM Aramis: logarithmische Dehnung ε_yy bei maximaler Belastung.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Laut Fraunhofer LBF werden optimale Ergebnisse bei Probekörpern mit einem Außendurchmesser von 110 Millimeter erzielt. Die Probe wird mit einem statistisch verteilten schwarz-weiß Muster gesprenkelt und anschließend direkt geprüft, um eine optimale Haftung zwischen der Platte und dem Muster zu gewährleisten. Dies ermöglicht die Auswertung der Dehnungen auf der Probenoberfläche durch digitale Bildkorrelation. Zusätzlich erlaubt der Aufbau, Ergebnisse zum potentiellen Spannungswhitening in einem isochoren Deformationsmodus zu erhalten. Dies geschieht durch die Betrachtung eines unlackierten Flecks im vierten Quadranten der Probe.

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