Experimentelle Untersuchungen und konstitutive Modellierung der deformationsinduzierten Anisotropie von gefüllten Elastomeren

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Zur Computersimulation von technischen gefüllten Gummiwerkstoffen, beispielsweise zur Auslegung von Elastomerbauteilen, werden vornehmlich Materialmodelle benutzt, die vereinfacht und verbreitet auf der Annahme der Isotropie basieren. Jüngste experimentelle Untersuchungen zeigen jedoch eine starke deformationsinduzierte Richtungsabhängigkeit der Entfestigungsphänomene, insbesondere im Zusammenhang mit dem sogenannten Mullins-Effekt. Unter Anwendung geeigneter Zug- und Scherversuche, die über die Standardprüfungen hinausgehen, wird in diesem Forschungsprojekt der Einfluss des FülIstoffgehaltes, der Partikelgröße und der Oberflächeneigenschaft des Rußes auf die deformationsinduzierte Anisotropie des Mullins-Effektes systematisch mit verschiedenen ein- und mehrachsigen Deformationszuständen charakterisiert. Besondere Berücksichtigung sollen dabei auch der Einfluss der Zeit, sowie die nach Entlastung bleibende Restdeformation finden. Mittels der umfangreichen Untersuchungen soll der Zusammenhang zwischen der mikromechanischen Struktur und dem anisotropen, makromechanischen Materialverhalten hergestellt werden, um die komplexen Vorgänge während der Deformation des Werkstoffs besser zu verstehen. Parallel wird auf Basis der experimentellen Ergebnisse und unter Berücksichtigung der vorausgegangenen Arbeiten ein thermodynamisch konsistentes, aber auch mikromechanisch motiviertes Materialmodell erarbeitet. Dieses beschreibt das anisotrope, von der Deformationsgeschichte abhängige Entfestigungsverhalten und gibt die Restdeformationen sowie die weiteren experimentell beobachteten Eigenschaften wieder. Das Modell gewährleistet die Polykonvexität der elastischen Verzerrungsenergie und ist zur numerischen Simulation geeignet.