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Entwicklung eines Lebensdauer-Vorhersagekonzepts für Elastomerwerkstoffe unter Berücksichtigung der Fehlstellenstatistik
Ludwig, Marvin
Hannover (Deutschland)
Selbstverlag
2017, 148 S., Abb., Tab., Lit.

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[Quelle: https://edocs.tib.eu]
Aufgrund ihrer hohen Deformierbarkeit und ihres einstellbaren viskoelastischen Eigenschaftsprofils werden Elastomerprodukte häufig als zentrales Element in dynamisch und zyklisch beanspruchten Baugruppen eingesetzt. Folglich ist es von großem Interesse, die Lebensdauer dieser Werkstoffe unter den vorherrschenden Einsatzbedingungen abschätzen zu können. Der Prozess der Rissinitiierung wird lokalen Materialinhomogenitäten zugeschrieben, bisher jedoch nicht in den gängigen bruchmechanischen Konzepten berücksichtigt, weshalb die Entwicklung von Elastomerprodukten bis heute an die Durchführung von kostenintensiven Laborversuchen gebunden ist. In der Arbeit wird ein neu entwickeltes Lebensdauermodell vorgestellt, welches das bruchmechanische Risswachstumskonzept durch die Berücksichtigung der Fehlstellencharakteristik der Materialien auf dynamische Lebensdauerversuche überträgt, um das Ausfallverhalten verschiedenster Elastomerkörper unter zyklischer Zugbelastung präzise vorherzusagen. Das Modell baut auf der Arbeitshypothese auf, dass im Material vorliegende Fehlstellen Mikrorisse initiieren, die bei anhaltender zyklischer Beanspruchung kontinuierlich weiterwachsen, bis es zum Bauteilausfall kommt. Voraussetzung für die Anwendung des Modells ist eine quantitative Kenntnis und Beschreibung der Fehlstellengrößenverteilung im untersuchten Volumen sowie eine detaillierte Kenntnis der bruchmechanischen Kennwerte der verwendeten Elastomerwerkstoffe. Durch Kombination eines statistischen Ansatzes zur Beschreibung der Auftretenswahrscheinlichkeit der Fehlstellen im Elastomervolumen mit einem bereits bestehenden bruchmechanischen Berechnungskonzept, welches das Risswachstum unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften beschreibt, gelingt es, das Ausfallverhalten von Laborprüfkörpern und Modellbauteilen unter verschiedenen Lasten mit hoher Güte vorauszusagen. Dabei gibt das neue Berechnungsmodell nicht nur Auskunft über die zu erwartende mittlere Lebensdauer, sondern liefert zusätzlich Informationen über die Ausfallverteilungsbreite und insbesondere über das Risiko von Frühausfällen. Das Konzept erweist sich für eine Vielzahl unterschiedlicher Elastomerwerkstoffe als hoch tragfähig.
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