{"id":26938,"date":"2021-07-13T10:10:05","date_gmt":"2021-07-13T08:10:05","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=26938"},"modified":"2021-07-13T10:13:19","modified_gmt":"2021-07-13T08:13:19","slug":"aufblasen-von-elastomerplatten-biaxiale-materialeigenschaften-fuer-verbesserte-modellierung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=26938","title":{"rendered":"Aufblasen von Elastomerplatten: Biaxiale Materialeigenschaften f\u00fcr verbesserte Modellierung"},"content":{"rendered":"

Die Ergebnisse der numerischen Simulation von Elastomerkomponenten weichen oft deutlich vom realen Verhalten der Bauteile ab. Ein m\u00f6glicher Grund ist, dass nur Daten aus unidirektionalen Zugversuchen ber\u00fccksichtigt werden. Forschende im Fraunhofer-Institut f\u00fcr Betriebsfestigkeit und Systemzuverl\u00e4ssigkeit LBF haben bekannte Pr\u00fcfvorschriften f\u00fcr den biaxialen Zugversuch verbessert. Die implementierte optische 3D-Vermessung des Probek\u00f6rpers unter der Belastung erm\u00f6glicht die pr\u00e4zise Erfassung der Materialeigenschaften. Die Daten aus dem neuen Verfahren verbessern die Materialmodellierung und bilden damit die Grundlage f\u00fcr die erh\u00f6hte Konstruktionsqualit\u00e4t von Elastomerbauteilen.<\/strong><\/p>\n

Eine Modellierung auf Basis des Zugversuchs ist einfach, aber f\u00fcr reale Elastomere nicht ausreichend. Ziel ist es daher, wertvolle Informationen \u00fcber das mechanische Verhalten von Elastomeren unter mehrachsigen Belastungen bereitzustellen. Der Aufblasversuch ist die einfachste M\u00f6glichkeit, biaxiale Zugbelastungen an Elastomerplatten zu realisieren. Die im Fraunhofer LBF entwickelte neue Methode liefert Daten f\u00fcr eine zuverl\u00e4ssige Modellierung von Bauteilen. So k\u00f6nnen Elastomerkomponenten f\u00fcr Automobile, Komponenten im Flugzeugbau oder Produkte f\u00fcr Sport, Medizin und Haushalt zuverl\u00e4ssig und kosteng\u00fcnstig ausgelegt werden.<\/p>\n

Neues Verfahren verbessert Materialmodellierung<\/strong><\/p>\n

Die Pr\u00fcfvorrichtung besteht aus einem Kreisring, einer Elastomerplatte sowie einer Grundplatte. Die Elastomerplatte wird in die Pr\u00fcfvorrichtung eingespannt und mit Wasser beaufschlagt, wodurch sie sich als Blase ausdehnt. In der Mitte der Blase tritt eine gleichm\u00e4\u00dfige biaxiale Zugspannung auf. Spannungskonzentrationen im Einspannbereich werden durch ein spezielles Design des Kreisrings vermieden. Um eine optimale Fixierung der Platte zu gew\u00e4hrleisten, wird der Kreisring auf der Grundplatte zentriert und sorgf\u00e4ltig verschraubt. Die Auswertung der Geometrie\u00e4nderung der Blase unter der Belastung erfolgt im Post-Processing \u00fcber die 3D-Software GOM Aramis. Die Versuchsergebnisse k\u00f6nnen bis zu einer H\u00f6he der Blase von 45 Millimeter ausgewertet werden. Dabei wird die maximale H\u00f6he durch Anpassung des Durchmessers des Kreisrings eingestellt. Der Innendurchmesser des Kreisrings von 40 bis 50 Millimeter wird f\u00fcr Elastomerplatten empfohlen, um zuverl\u00e4ssige Ergebnisse bei der Auswertung zu erhalten. Eine elliptische Bohrung kann ebenfalls verwendet werden, um zus\u00e4tzliche Spannungszust\u00e4nde in der Blase f\u00fcr eine vertiefte Materialanalyse zu erhalten. Als Druckmedium werden Wasser oder alternative Fluide eingesetzt. Die Untersuchungen werden nach Kundenspezifikationen oder Normen durchgef\u00fchrt.<\/p>\n

Auswertung von dreidimensionalen Deformationen durch digitale Bildkorrelation <\/strong><\/p>\n

Optimale Ergebnisse werden bei Probek\u00f6rpern mit einem Au\u00dfendurchmesser von 110 Millimeter erzielt. Die Dicke der Materialien wird vor der Untersuchung gemessen. Diese Messung basiert auf einem im Fraunhofer LBF entwickelten Verfahren, das die Entstehung der Spannungskonzentrationen im Messbereich verhindert. Die Probe wird mit einem statistisch verteilten schwarz-wei\u00df Muster gesprenkelt und anschlie\u00dfend direkt gepr\u00fcft, um eine optimale Haftung zwischen der Platte und dem Muster zu gew\u00e4hrleisten. Dies erm\u00f6glicht die Auswertung der Dehnungen auf der Probenoberfl\u00e4che durch digitale Bildkorrelation. Zus\u00e4tzlich 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.<\/p>\n

Um Daten \u00fcber eine m\u00f6gliche Anisotropie des Materials zu erhalten, werden alle Probek\u00f6rper unter Ber\u00fccksichtigung ihrer Orientierung in die Pr\u00fcfvorrichtung eingebaut. Der Aufbau erm\u00f6glicht es, die Probek\u00f6rper ohne Luftblasen auf der Grundplatte zu platzieren, wodurch sichergestellt wird, dass die Inkompressibilit\u00e4tsannahme f\u00fcr die druckbeaufschlagenden Medien erf\u00fcllt ist.
\nDie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler analysieren die individuellen Herausforderungen bei der Modellierung von Elastomeren und bieten Expertise auf allen Ebenen des Konstruktionsprozesses.Das Fraunhofer LBF<\/strong> in Darmstadt steht seit \u00fcber 80 Jahren f\u00fcr Sicherheit und Zuverl\u00e4ssigkeit von Leichtbaustrukturen<\/strong>. Mit seinen Kompetenzen auf den Gebieten Betriebsfestigkeit, Systemzuverl\u00e4ssigkeit, Schwingungstechnik und Polymertechnik bietet das Institut heute L\u00f6sungen f\u00fcr wichtige Querschnittsthemen der Zukunft: Systemleichtbau, Funktionsintegration und cyberphysische maschinenbauliche Systeme. Im Fokus stehen dabei L\u00f6sungen f\u00fcr gesellschaftliche Herausforderungen wie Ressourceneffizienz und Emissionsreduktion sowie Future Mobility, wie die Elektromobilit\u00e4t und das autonome, vernetzte Fahren. Umfassende Kompetenzen von der Datenerfassung im realen betrieblichen Feldeinsatz \u00fcber die Datenanalyse und die Dateninterpretation bis hin zur Ableitung von konkreten Ma\u00dfnahmen zur Auslegung und Verbesserung von Material-, Bauteil- und Systemeigenschaften bilden daf\u00fcr die Grundlage. Die Auftraggeber kommen u.a. aus dem Automobil- und Nutzfahrzeugbau, dem Schiffbau, der Luftfahrt, dem Maschinen- und Anlagenbau, der Energietechnik, der Elektrotechnik, der Medizintechnik sowie der chemischen Industrie. Sie profitieren von ausgewiesener Expertise der rund 400 Mitarbeitenden und modernster Technologie auf mehr als 17 900 Quadratmetern Labor- und Versuchsfl\u00e4che.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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