FVV-Berichte

Auszug

In einem vom Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) geförderten Projekt wurden Untersuchungen an einer Elastomermischung auf Naturkautschukbasis zur Charakterisierung mechanischer und thermischer Eigenschaften durchgeführt. Beide stellten sich als signifikant von der Temperatur abhängig heraus. Gleichzeitig zeigte sich bei Untersuchungen mit paralleler Messung des Infrarotspektrums der Probenoberfläche, dass die Eigenerwärmung des Materials unter dynamischer Belastung sehr stark ausgeprägt ist, sodass sich die Materialeigenschaften auch ohne äußere Temperaturänderung während des Einsatzes stark verändern können. Untersuchungen zur Lebensdauer des Materials wurden an Hourglass-Proben sowie an verschiedenen Bauteilproben vorgenommen. Auch hier zeigte sich für die Lebensdauer eine sichtbare Abhängigkeit von der Temperatur. Um sowohl die Eigenschaftsänderungen als auch die mit steigender Temperatur verringerte Lebensdauer berechenbar zu machen, wurde zunächst ein thermoviskoelastisches Materialmodell entwickelt, das bidirektional gekoppelt das mechanische und thermische Materialverhalten wiedergibt. Mit diesem können die Erwärmungen des Materials durch mechanische Beanspruchungen mittels Finite-Elemente(FE)-Simulation berechnet werden. Dieses Materialmodell wurde in eine neue Methode integriert, die lokale Temperaturen auf Basis eines sequenziellen Last-Zeit-Verlaufs abschätzen kann. Daraus wurde ein Konzeptansatz zur temperaturabhängigen Lebensdaueranalyse entwickelt, der das Vorgehen von der experimentellen Materialcharakterisierung über die FE-Analyse und rechnerische Temperaturabschätzung bis hin zur temperaturabhängigen Schadensakkumulation beschreibt. Abschließend wurde das Konzept anhand der Hourglass-Probe validiert und beispielhaft für die Lebensdaueranalyse eines Elastomerlagers angewandt. …