Material-Charakterisierung für die Numerische Simulation
Vorteile einer guten Material-Charakterisierung in der Numerischen Simulation
Obwohl man bei Gummi in erster Linie an die hohe Elastizität denkt, ist es eigentlich die Visko-Elastizität, d.h. die Elastizität in Verbindung mit der Viskosität, die dem Gummi, die interessanten und vielseitigen Eigenschaften gibt.
Wenn heute eine Vielzahl von Gummimischungen in den verschiedensten Bereichen der Technik Verwendung findet, um eine Ausgewogenheit von verschiedenen Eigenschaften zu erreichen, so sind auch immer Unterschiede im visko-elastischen Verhalten damit verbunden.
In der FE-Software wird gummielastisches Materialverhalten auf der Grundlage eines sogenannten elastischen Potentials beschrieben (Hyperelastizität, z.B. Mooney-Rivlin Beschreibung).
Spielen aber in einer Anwendung neben den rein elastischen Eigenschaften auch noch viskose Effekte eine Rolle, so kann man das Konzept der linearen Visko-Elastizitäts-Theorie nutzen und dieses mit dem quasistatisch nichtlinear elastischen Potential überlagern.
Solche Modelle liefern in vielen Fällen eine hinreichend gute Beschreibung, wenn die Verformungsvorgänge in Elastomeren reversibel bleiben, das heißt, wenn keine bleibenden Verformungen im Spiel sind.
Das Modell der linearen Visko-Elastizität ist nicht immer ausreichend
- wenn z.B. große Verformungsamplituden von Interesse sind, hat man bei technischen Vulkanisaten oft eine Spannungserweichung nach mehrmaliger Be- und Entlastung beobachtet. Dieser Effekt kann nicht mehr mit der linearen Visko-Elastizitäts-Theorie beschrieben werden.
- wenn durch physiko-chemische Einflüsse das molekulare Netzwerk und Gefüge im Verlauf des technische Einsatzes der Komponente verändert wird, muß das klassische hyperelastische Berechnungsmodell modifiziert werden (è physiko-chemische Simulation)
Die richtige Einbindung einer geeigneten Materialbeschreibung in die Berechnung kann so zu optimierten Lösungen und insgesamt zu geringerem Erprobungsaufwand führen.
