Beschreibung des mehrachsigen mechanischen Werkstoffverhaltens gefüllter Elastomere

Für die Auslegung von technischen Bauteilen haben sich numerische Methoden auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) längst als Standardverfahren etabliert. Durch die Verwendung der FEM kann das Bauteilverhalten in einer frühen Phase des Auslegungsprozesses simuliert werden. So können Produkteigenschaften vorhergesagt und optimiert werden, wobei langwierige und kostspielige Prototypentests entfallen. Gerade bei der Beschreibung des Werkstoffverhaltens von Elastomeren besteht jedoch erhebliches Optimierungspotenzial. Zu dessen Beschreibung haben sich hyperelastische Materialmodelle etabliert, die das nichtlineare elastische Materialverhalten auf phänomenologische Weise abbilden. Zur korrekten Beschreibung der mechanischen Eigenschaften von Elastomeren müssen diese Modelle anhand von Messungen des Zugdehnungsverhaltens bei unterschiedlichen Beanspruchungszuständen kalibriert werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden daher zunächst die mechanischen Eigenschaften von Elastomeren unter einer Zugverformung bei unterschiedlichen Beanspruchungszuständen analysiert. Durch die Prüfung verschiedener Elastomermischungen wird der Einfluss des Füllstoffgehalts auf das mehrachsige Werkstoffverhalten bestimmt. Der Einfluss der Rußkonzentration auf mehrachsige Beanspruchungszustände wird durch einen neuartigen Ansatz quantifiziert. Weiterhin werden Methoden zur genauen Abbildung der Materialeigenschaften bei unterschiedlichen Beanspruchungszuständen mehrachsig belasteter Elastomere vorgestellt. Unter anderem wird ein kinematisches Maß zur Quantifizierung des Deformationszustands hergeleitet. Dieser Parameter, der Dehnmodenexponent ??, wird einerseits zur Abbildung unterschiedlicher Beanspruchungszustände innerhalb der FEM und andererseits zur