Mechanisches Verhalten und numerische Simulationen von TPE im Vergleich zu Elastomeren
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- Emma Brandt
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1 Mechanisches Verhalten und numerische Simulationen von TPE im Vergleich zu Elastomeren O. Haeusler & H. Baaser Computer Aided Engineering / Nürnberg, 3. Juli 2012
2 Agenda Materialverhalten aus Ingenieur-Sicht Vergleich Elastomere TPE-Werkstoffe Eigenschaften TPE Werkstoffmodelle Standard-Werkstoffmodelle Erweiterte Werkstoffmodelle FEM-Beispiele: Dichtungsringe, Faltenbalg
3 Agenda Materialverhalten Vergleich Elastomere TPE-Werkstoffe Eigenschaften TPE Werkstoffmodelle Standard-Werkstoffmodelle Erweiterte Werkstoffmodelle FEM-Beispiele
4 Stress [MPa] Statisches Werkstoffverhalten relaxiert TPE Elastomer techn. Strain [ % ]
5 Spannung [MPa] Gleichgewichtskurven ( relaxiert ) Zugversuch Belastungs-Kurve Entlastungskurven Dehnung [ % ]
6 Agenda Materialverhalten Vergleich Elastomere TPE-Werkstoffe Eigenschaften TPE Werkstoffmodelle Standard-Werkstoffmodelle Anleihen aus Plastizitätstheorie Erweiterte Werkstoffmodelle FEM-Beispiele
7 Spannung [MPa] Vorhersage eines Plastizitätsmodells Experiment Metall-Plastizitäts-Modell Dehnung [ % ]
8 Spannung [MPa] Vorhersage des Zugversuchs (Werkstoffparameter an Zugexperiment angepasst) 7 6 Experiment TPE-Modell Dehnung [ % ]
9 Modellvorstellung zur Beschreibung der Inelastizität Ausgangszustand Deformation F Momentanzustand Zwischenkonfiguration inelastische Deformation F i elastische Deformation F e Multiplikative Zerlegung des Deformationsgradienten analog zu Metall: vonmises-plastizität mit isotroper Verfestigung k 0 k 0 s
10 Kalibrieren der Materialparameter Excel-Auswertung
11 Agenda Materialverhalten Vergleich Elastomere TPE-Werkstoffe Eigenschaften TPE Werkstoffmodelle Standard-Werkstoffmodelle Erweiterte Werkstoffmodelle FEM-Beispiele
12 Statische FEM-Berechnung (Nutring) Einbau Dichtungsring (Gehäuse./.Welle) Druckbelastung auf p = 200 bar p Entlastung auf 0 bar Ausbau
13 @ 200 bar Verformung 1. Hauptspannung inelast. Dehnung
14 Verformung nach Ausbau
15 Contact stress [MPa] Kontaktspannung bar, vor Belastung 200 bar 0 bar, nach Belastung s Position [mm]
16 Spaltextrusion eines Nutrings Material: PU 0.1mm 0.1mm Verformte Geometrie Lastfall Einbau max. Hauptdehnung e max = 54%
17 Spaltextrusion eines Nutrings p Detailansicht Spaltextrusion Verformte Geometrie Lastfall p=200 bar max. Hauptdehnung Legende skaliert [0, 0.8]
18 Statische FEM-Berechnung (Faltenbalg) Lastgeschichte: Einbau (radiales Aufweiten) Axiale Einfederung: 80mm Entlastung
19 Statische FEM-Berechnung (Faltenbalg) Einbau (radiales Aufweiten) Axiale Einfederung: 80mm Entlastung 1. Hauptspannung in MPa
20 Bleibende Verformungen nach dem Ausfedern Unverformte Geometrie 8.5mm Verformte Geometrie
21 Zusammenfassung Mechanisches Werkstoffverhalten TPE-Werkstoffe im Normalfall steifer als Elastomere Häufig größere bleibende Deformation ( Inelastizität ) bei TPE Werkstoffmodelle Standard-Plastizitätsmodelle: keine Abbildung des nichtlinearen Verhaltens Elastischer Bereich: spezielle Werkstoffmodelle! ABAQUS Anwendungsbeispiele Berücksichtigung des Werkstoffverhalten bei Bauteilsimulationen Reduzierung der Kontaktspannung bleibende Verformung von Bauteilen 21
22 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Herbert Baaser Senior Engineer Physical Material Properties & Life Cycle Freudenberg Forschungsdienste KG Fon: / Fax: / Herbert.Baaser@Freudenberg.de 22
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