KT_5
Part 5 Mechanisches Werkstoffverhalten der Elastomere
Part 5 Mechanisches Werkstoffverhalten der Elastomere
Wie verhalten sich ungefüllte Elastomere?
entropieelastisch (oberhalb der Glasübergangstemperatur; der reale Einsatzbereich liegt sowiso darüber)
Was bewirkt die beimengung von Füllstoffen zu Elastomeren?
Ablagerung der Füllstoffe zwischen den Vernetzungsstellen >> Bildung von Clustern oder Netzwerken >> interaktion mit Elastomer (Beeinträchtigung der Entropieelastizität.
Definition Mullins-Effekt:
Spannungserweichung bei wiederholter Belastung
Die vollständige Rückstellung nach der Belastung findet erst nach dem einige Belastungszyklen stattgefunden haben. (gefüllte Elastomere)
Auf was ist der Mullins-Effekt zurückzuführen?
Auf Veränderungen in der Füllstoffarchitektur und Kettenorientierungen im Elastomer
Was geschieht, wenn bei einem Elastomer die Belastung nach einigen Lastzyklen erhöht wird?
Der neue Belastungsvorgang folgt bei Überschreitung der Belastung aus vorangehendem Lastzyklus der «jungfräulichen» Lastkurve.
Wie verhalten sich Elastomere bei Volumen- und Gestaltänderung?
Elastomere können in erster Näherung als inkompressible Stoffe betrachtet werden.
Demzufolge sind für eine deviatorische (gestaltändernde) Deformation deutlich geringere Kräfte aufzuwenden, als dies für Volumenänderungen erfoderlich wäre.
Dieses Verhalten resultiert aus dem Grössenordnungsunterschied zwischen Kompressions- und Schubmodul:
Wie verhalten sich die Elastomere unter Einfluss von Zeit und Temperatur?
-Bei ungefüllten Elastomeren dominiert die Entroppieelastizität bei quasistatischer Beanspruchung
-Relaxation
Welche Materialmodelle werden für Elastomere eingesetzt? (3)
-CAUCHY-elastisches Material
-Hyperelastisches Material (GREEN elastisches Material)
-Hypoelastisches Material
Wie werden die quasistatischen Eigenschaften der Elastomere beschrieben?
-vorwiegend durch hyperelastische Materialmodelle
>> nichtlinearer-Charakter des Spannungs-Dehnungs-Verhalten
>> Formulierung über Energiedichte W
>>> jedoch nicht geeignet zur Beschreibung der bei zyklisch beanspruchten Bauteilen auftretenden Hysterese
Wie können die Hyperelastischen Modelle klassifiziert werden?
-Phänomelogisch: MOONEY-RIVLIN, ODGEN (Beobachtungen)
-Mechanisch: Neo-HOOKE (strukturelle Zusammenhänge)
-Hybrid (Beobachtungen, strukturelle Zusammenhänge)
Was sind die Eigenschaften des MOONEY-RIVLIN-Modells?
Das uniaxiale Zug-Druck-Verhalten lässt sich grundsätzlich besser anpassen. (als beim Neo-HOOKE-Modell)
Der in der Messung bei grossen Deformationen vorliegende Wendepunkt lässt sich mit diesem Modell ebenfalls nicht abbilden.
Was wird bei den meisten Elastomeren bezüglich Kompressibilität angenommen?
Inkompressibilität (K→undendlich)
In welchen Fällen (FEM) entstehen Probleme, wenn die Kompressibiliät gegen undendlich läuft?
-Simulation von Crashvorgängen >> Numerisch instabil bei Inkompressibilität
-Simulation von Werkstoffverbunden >> Unrealistisch hohe Steifigkeit bei Inkomp.
-Simulation von eingepressten Bauteilen >> Unrealistisch hohe Steifigkeit bei Inkomp.
Wie wird in den hyperelastischen Modellen das Zeitabhängige Verhalten berücksichtigt?
Hyperelastische Materialmodelle stellen keinen funktionalen Zusammenhang zur Zeit dar.
Aus diesem Grund sind diese nicht in der Lage zeitabhängige Eigenschaften zu beschreiben.
Wie wird die Spannungs-Dehnungs-Beziehung der hyperelastischen Materialmodelle bei grosser Verformung formuliert?
über die Formänderungsenergiedichte W
Was ist die Gefahr der phänomelogischen Modelle?
- sie sind nur im Bereich der Anpassung hinreichend genau.
- Die Datenbasis für die Materialmodellierung muss dem im realen Bauteil vorliegenden Beanspruchungsspektrum entsprechen
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Wie verhalten sich ungefüllte Elastomere?
entropieelastisch (oberhalb der Glasübergangstemperatur; der reale Einsatzbereich liegt sowiso darüber)
Was bewirkt die beimengung von Füllstoffen zu Elastomeren?
Ablagerung der Füllstoffe zwischen den Vernetzungsstellen >> Bildung von Clustern oder Netzwerken >> interaktion mit Elastomer (Beeinträchtigung der Entropieelastizität.
Definition Mullins-Effekt:
Spannungserweichung bei wiederholter Belastung
Die vollständige Rückstellung nach der Belastung findet erst nach dem einige Belastungszyklen stattgefunden haben. (gefüllte Elastomere)
Auf was ist der Mullins-Effekt zurückzuführen?
Auf Veränderungen in der Füllstoffarchitektur und Kettenorientierungen im Elastomer
Was geschieht, wenn bei einem Elastomer die Belastung nach einigen Lastzyklen erhöht wird?
Der neue Belastungsvorgang folgt bei Überschreitung der Belastung aus vorangehendem Lastzyklus der «jungfräulichen» Lastkurve.
Wie verhalten sich Elastomere bei Volumen- und Gestaltänderung?
Elastomere können in erster Näherung als inkompressible Stoffe betrachtet werden.
Demzufolge sind für eine deviatorische (gestaltändernde) Deformation deutlich geringere Kräfte aufzuwenden, als dies für Volumenänderungen erfoderlich wäre.
Dieses Verhalten resultiert aus dem Grössenordnungsunterschied zwischen Kompressions- und Schubmodul:
Wie verhalten sich die Elastomere unter Einfluss von Zeit und Temperatur?
-Bei ungefüllten Elastomeren dominiert die Entroppieelastizität bei quasistatischer Beanspruchung
-Relaxation
Welche Materialmodelle werden für Elastomere eingesetzt? (3)
-CAUCHY-elastisches Material
-Hyperelastisches Material (GREEN elastisches Material)
-Hypoelastisches Material
Wie werden die quasistatischen Eigenschaften der Elastomere beschrieben?
-vorwiegend durch hyperelastische Materialmodelle
>> nichtlinearer-Charakter des Spannungs-Dehnungs-Verhalten
>> Formulierung über Energiedichte W
>>> jedoch nicht geeignet zur Beschreibung der bei zyklisch beanspruchten Bauteilen auftretenden Hysterese
Wie können die Hyperelastischen Modelle klassifiziert werden?
-Phänomelogisch: MOONEY-RIVLIN, ODGEN (Beobachtungen)
-Mechanisch: Neo-HOOKE (strukturelle Zusammenhänge)
-Hybrid (Beobachtungen, strukturelle Zusammenhänge)
Was sind die Eigenschaften des MOONEY-RIVLIN-Modells?
Das uniaxiale Zug-Druck-Verhalten lässt sich grundsätzlich besser anpassen. (als beim Neo-HOOKE-Modell)
Der in der Messung bei grossen Deformationen vorliegende Wendepunkt lässt sich mit diesem Modell ebenfalls nicht abbilden.
Was wird bei den meisten Elastomeren bezüglich Kompressibilität angenommen?
Inkompressibilität (K→undendlich)
In welchen Fällen (FEM) entstehen Probleme, wenn die Kompressibiliät gegen undendlich läuft?
-Simulation von Crashvorgängen >> Numerisch instabil bei Inkompressibilität
-Simulation von Werkstoffverbunden >> Unrealistisch hohe Steifigkeit bei Inkomp.
-Simulation von eingepressten Bauteilen >> Unrealistisch hohe Steifigkeit bei Inkomp.
Wie wird in den hyperelastischen Modellen das Zeitabhängige Verhalten berücksichtigt?
Hyperelastische Materialmodelle stellen keinen funktionalen Zusammenhang zur Zeit dar.
Aus diesem Grund sind diese nicht in der Lage zeitabhängige Eigenschaften zu beschreiben.
Wie wird die Spannungs-Dehnungs-Beziehung der hyperelastischen Materialmodelle bei grosser Verformung formuliert?
über die Formänderungsenergiedichte W
Was ist die Gefahr der phänomelogischen Modelle?
- sie sind nur im Bereich der Anpassung hinreichend genau.
- Die Datenbasis für die Materialmodellierung muss dem im realen Bauteil vorliegenden Beanspruchungsspektrum entsprechen
