Novel fracture mechanics concepts in elastomer fatigue to model the influence of temperature

Titel in Übersetzung: Neue bruchmechanische Konzepte für die Ermüdung von Elastomeren zur Modellierung des Temperatureinflusses

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Das Versagen von Elastomeren ist häufig auf Ermüdung zurückzuführen. Aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften eignen sich diese Werkstoffe für Anwendungen, bei denen sich zyklische Belastungen mit großen statischen Belastungen überlagern. Aufgrund der besonderen mechanischen Eigenschaften, nämlich der Hyperelastizität und der Viskoelastizität, ist die Untersuchung der mechanischen und Ermüdungseigenschaften von Elastomeren keine triviale Aufgabe. Temperatur hat einen starken Einfluss auf das mechanische Verhalten und die Ermüdung von Elastomeren. Obwohl die Auswirkungen der Temperatur bereits in den ersten Studien zur Ermüdung von Elastomeren bekannt waren, wurde nur wenig Aufwand betrieben, dieses Verhalten einzuordnen und ein systematisches Modell zu entwickeln um diesen Effekt mitberücksichtigen zu können. Daher zielt diese Arbeit darauf ab, die Ermüdung eines nicht kristallisierenden Elastomers zu analysieren und im Speziellen die Auswirkungen der Temperatur zu untersuchen, um ein Modell zu erstellen, das die Ermüdungsvorhersagen verbessert. Zunächst wurde der Einfluss der Selbsterwärmung bei zyklischer Belastung aufgrund von Wärmestau unter Berücksichtigung verschiedener Frequenzen untersucht, bei welchen interessante Beobachtungen über die Temperaturentwicklung während der Rissausbreitung gemacht wurden. Darüber hinaus wurde die Bewertung der Temperatur über die Dicke in den Proben mit einer Gleichung beschrieben. Zweitens wurde die Ausbreitung von Ermüdungsrissen in gefüllten Elastomeren unter Berücksichtigung verschiedener mechanischer Parameter analysiert, wobei sich herausstellte, dass die Frequenz bei nicht kristallisierenden Elastomeren den größten Einfluss hat. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wurde der Einfluss der Temperatur auf das mechanische Verhalten in Bezug auf große und kleine Verformungen untersucht, wo sich ein starker Einfluss der Füllstoffe auf die mechanischen Eigenschaften insgesamt zeigte. Darüber hinaus wurde das Ermüdungsrisswachstum bei hohen Temperaturen untersucht und daraus ein Modell zur Reduzierung der Daten auf eine Ermüdungsmasterkurve entwickelt. Anschließend wurden Untersuchungen der Ermüdungslebensdauer mit der anfänglichen Defektgröße und den Ergebnissen der Rissausbreitung korreliert. Dies war möglich, indem die Ermüdungsmasterkurve entsprechend der in den Ermüdungsversuchen beobachteten Oberflächentemperatur als Folge der Wärmeentwicklung verwendet wurde. Diese Ergebnisse wurden dann anhand der aus Mikrotomographiemessungen gewonnenen Partikelgröße verifiziert. Schlussendlich wurde eine hyperelastische J-Integral-Gleichung für gekerbte Proben aufgestellt, welche mit der Ermüdungslebensdauer unabhängig von der Geometrie korreliert.
Titel in ÜbersetzungNeue bruchmechanische Konzepte für die Ermüdung von Elastomeren zur Modellierung des Temperatureinflusses
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Sto¿ek, Radek, Beurteiler A (extern), Externe Person
  • Agnelli, Silvia, Beurteiler B (extern), Externe Person
  • Marano, Claudia, Mitbetreuer (extern), Externe Person
  • Pinter, Gerald, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung21 Okt. 2022
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Elastomer
  • Ermüdung
  • Temperatur
  • Wärmestauung
  • Bruchmechanik

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