Elastomerwerkstoffe in der FE-Analyse

Im Bereich der Dichtungen und flexiblen Anwendungen sind Elastomere aus heutigen Produkten nicht wegzudenken. Im Bereich des strukturmechanischen Verhaltens stellen diese Werkstoffe eine Besonderheit seitens des Materialverhaltens als auch in der Simulation dar.

Neben den klassischen thermoplastischen Werkstoffen kommen in einer Vielzahl an Produkten - wie auch Anwendungen – Elastomere Werkstoffe zum Einsatz. In jüngster Vergangenheit existieren mittlerweile auch die neue Werkstoffkombination der thermoplastischen Elastomere – kurz TPE. Diese kombinieren die Vorteile beider Werkstoffe, sodass z.B. Strukturbauteile mit einer weichen Haptik verbindet – soft Touch.
Die klassischen Elastomere finden ihr Einsatzgebiet vornehmlich im Bereich der Dichtungen oder auch der Dämpfer. Mit Bezug auf den Spritzgießprozess kommen LSR Materialien zum Einsatz. Elastomere unterscheiden sich von den anderen Kunstoffen hinsichtlich ihres Materialverhaltens, sodass sehr große Dehnungen mitsamt einer deutlich geringeren Steifigkeit vorliegen. Dabei kann die Materialbeschreibung nicht über das klassische Hook´sche Gesetz erfolgen, sondern findet über Hyperelastische Materialgesetzte statt. Hierbei stehen in den strukturmechanischen Softwaretools einige konstitutive Materialgesetze zur Verfügung mit ihren jeweiligen mathematischen oder praktischen Ansätzen. Die zulässigen großen Dehnungen können eine Herausforderung für den verwendeten Solver darstellen. Dabei muss ein hochgradig nichtlineares Verhalten berechnet werden, dass sich in den Elementverzerrungen als auch Elementdehnungen wiederspiegelt.
In vielen praxisnahen Anwendungen rund um den Herstellungsprozess liegt ein Augenmerk auf der Entformbarkeit von Bauteilen aus dem Werkzeug. Mit Hilfe der strukturmechanischen Analyse können hierbei Probleme, kritische Bereiche und zuletzt das gesamtheitliche Bauteilverhalten identifiziert wie auch lokalisiert werden. Anschließende Abhilfemaßnahmen und Optimierungen hinsichtlich des gesamten Prozesses sowie Anwendungskette können effizienter entwickelt und umgesetzt werden.
Dabei spielt der Solver Marc von Hexagon eine wesentliche Rolle – auch aus historischen Gründen.
Der Solver Marc hat seinen Ursprung in der Elastomer Berechnung und besitzt von daher den Fokus auf nichtlinearen Verhalten sowie dem Umgang mit großen Dehnungen. Mittels dieser Prioritäten im Elastomer-Bereich wie auch im Umfeld der Kunststoffe / Composites eignet sich dieser Solver hervorragend für diese Art von Anwendungen.

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