Mehrachsige Beanspruchungen sicher vorhersagen

Das Materialverhalten von Elastomeren und Silikonen unter kurzzeitiger Beanspruchung wird in der Regel durch einachsige Zugversuche ermittelt. Da technische Bauteile aber zumeist auch mehrachsig beansprucht werden bzw. mehrachsig reagieren, ist die Ermittlung von mehrachsigen Werkstoffkennwerten erforderlich, um die Genauigkeit bei der zugehörigen simulativen Bauteilauslegung zu steigern. Die Umsetzung erfolgt mittels äquibiaxialen Zugversuchen sowie pure-shear Zugversuchen. Das folgende Beispiel zeigt die Ermittlung des temperaturabhängigen Spannungs/Streckungs-Verhaltens aus dem mehrachsigen Beanspruchungszustand (äquibiaxial) für ein EPDM.

• Ausarbeiten eines speziellen, sternförmigen Prüfkörpers mittels Schneid- und Stanzwerkzeugen
• Prüfung des Spannungs/Streckungs-Verhaltens in temperierter Umgebung (Bild 2)
• Bestimmung der Dehnung, berührungslos, mittels optischem Verformungsmesssystem
• je nach Anwendungsfall: statische oder zyklische Versuchsführung zur Ermittlung des konditionierten Zustands

Während in pure Shear Zugversuchen bzw. in Zugversuchen ein deutlich weicheres Werkstoffverhalten resultiert (vergleiche Bild 1), besteht das im äquibiaxialen Zugversuch ermittelte Spannungs/Streckungs-Verhalten aus einem deutlich steiferem nichtlinearen Materialverhalten, einer Spannungserweichung sowie einer Restverformung und weist den klassischen Temperatureinfluss auf. Das komplette Materialverhalten inklusive der drei erwähnten Effekte kann in der simulativen Auslegung von Elastomerbauteilen hierdurch wesentlich genauer berücksichtigt werden und liefert somit einen Mehrwert hinsichtlich einer werkstoff- und beanspruchungszustandsgerechten Auslegung.