Methodik zur Modellierung des visko-elasto-plastischen Materialverhaltens von thermoplastischen Elastomeren

Für die simulative Abbildung werden, trotz des sehr ähnlichen visko-elasto-plastischen Materialverhaltens der thermoplastischen Elastomere (TPE) zu klassischen Elastomeren, bisher nur Speziallösungen verwendet. Diese sind lediglich für ein bestimmtes TPE gültig. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher eine Methodik zur Modellierung des visko-elasto-plastischen Materialverhaltens der TPE auf Basis etablierter Materialmodelle unter Berücksichtigung des Beanspruchungszustandes und der Temperatur gezeigt. Dazu wird im experimentellen Teil zunächst das visko-elasto-plastische Materialverhalten für verschiedene TPE-Materialien ermittelt und die Einflüsse aus molekularem Aufbau und Zusammensetzung werden bewertet. Anhand eines TPS mit Shore-Härte 80A werden dann die Untersuchungen zum Einfluss der Temperatur und des Beanspruchungszustandes durchgeführt. Diese dienen als Grundlage für den theoretischen und simulativen Teil der Arbeit.
Für die Modellierung der einzelnen Bestandteile des visko-elasto-plastischen Materialverhaltens des TPS 80A wird das hyperelastische Neo-Hooke-Modell in Form eines Potenzansatzes (nichtlineares Materialverhalten), der Formulierung der Schädigungsvariable aus der Theorie der Pseudoelastizität (Spannungserweichung) sowie eine Verfestigungsfunktion für den Ansatz der multiplikativen Zerlegung des Deformationstensors (Restverformung) verwendet. Um den Einfluss der Temperatur und des Beanspruchungszustandes in den Materialmodellen zu berücksichtigen, werden die Modellparameter über eine zweidimensionale Ansatzfunktion erweitert. Dies erfordert eine Implementierung der Materialmodelle über diverse USER-Subroutinen in das kommerzielle FE-Programm ABAQUS. Zusätzlich müssen diese miteinander gekoppelt werden.
Die Validierung der entwickelten Materialbeschreibung erfolgt anhand eines Praxisbauteils.
Durch die komplexe Geometrie des Dichtrings treten lokal unterschiedliche Beanspruchungszustände auf, sodass die Funktionsfähigkeit und Abbildungsgüte anhand von komplexen Gegebenheiten und Randbedingungen beurteilbar ist. Durch einen Vergleich mit zugehörigen Versuchen am realen Praxisbauteil wurde eine Anwendbarkeit und Funktionsfähigkeit für einzelne Temperaturen sowie für definierte Beanspruchungszustände im mittleren Streckungsbereich nachgewiesen. Die Effekte der Spannungserweichung und Restverformung werden unabhängig von den Randbedingungen deutlich unterschätzt. Des Weiteren wurde die Übertragbarkeit der entwickelten Materialbeschreibung auf ein anderes TPE belegt.