TY - THES

T1 - Untersuchung des Verhaltens von O-Ringen unter Druckbelastung anhand FEM und experimenteller optischer Prüfverfahren

AU - Mühleder, Raphaela

N1 - gesperrt bis 04-03-2022

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Prüfverfahren von O-Ringen entwickelt, welches Aufschluss über das Verformungsverhalten unter Druckbelastung geben soll. Eine für diesen Zweck konstruierte Prüfkörperhalterung für O-Ringe, bestehend aus einer statischen Flanschdichtung mit transparentem Flanschdeckel, ermöglichte die optische Messung der verändernden O-Ring Dimensionen mittels Kamerasystem. Implementiert wurde diese Prüfkörperhalterung, für den nötigen Druckaufbau, in einem Autoklaven mit Sichtfenster. Als zweiter Schwerpunkt lag die Erstellung einer Finiten Elemente Analyse (FEA) einer statischen O-Ring Flanschdichtung im Fokus. Für die Simulation des realen Materialverhaltens wurden Daten von Materialprüfungen mit unterschiedlichen Belastungsmodi (uniaxial, biaxial und pure shear) in das Simulationsprogramm eingelesen, um daraus ein passendes hyperelastisches Materialmodell auszuwählen. Für die Analyse wurden zwei Elastomerwerkstoffe (HNBR und TPU) herangezogen. Ein Vergleich der FEA und der experimentellen Versuche, mit dem Ziel der Validierung der FEA wurde im Anschluss durchgeführt.Die Ergebnisse zeigten, dass eine optische Messung des Verhaltens von O-Ringen unter Druckbelastung für eine statische Flanschdichtung in Echtzeit möglich ist. Die optischen Aufnahmen konnten mit einem Videoanalyse Tool ausgewertet werden. Bei der FEA konnte für beide Materialien ein hyperelastisches Materialmodell ausgewählt werden, wobei es bei HNBR durch die Füllstoffe im Material zu höheren Abweichungen zwischen den Daten der Materialprüfungen und dem Materialmodell kommt. Bei der Validierung der FEA konnten Abweichungen im Kontaktverhalten und Verhalten der untersuchten Punkte mit Abweichungen von mehreren Zehntel Millimeter festgestellt werden. Verantwortlich dafür sind die Faktoren der Permeation, des Kontaktverhaltens, des Temperatureinfluss, sowie der Quellung und Relaxation, welche ein sehr komplexes Materialverhalten zugrunde legen. Abschließend konnte jedoch eine Korrelierung der Bauteilcharakterisierung mit der FEA aufgezeigt werden.

AB - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Prüfverfahren von O-Ringen entwickelt, welches Aufschluss über das Verformungsverhalten unter Druckbelastung geben soll. Eine für diesen Zweck konstruierte Prüfkörperhalterung für O-Ringe, bestehend aus einer statischen Flanschdichtung mit transparentem Flanschdeckel, ermöglichte die optische Messung der verändernden O-Ring Dimensionen mittels Kamerasystem. Implementiert wurde diese Prüfkörperhalterung, für den nötigen Druckaufbau, in einem Autoklaven mit Sichtfenster. Als zweiter Schwerpunkt lag die Erstellung einer Finiten Elemente Analyse (FEA) einer statischen O-Ring Flanschdichtung im Fokus. Für die Simulation des realen Materialverhaltens wurden Daten von Materialprüfungen mit unterschiedlichen Belastungsmodi (uniaxial, biaxial und pure shear) in das Simulationsprogramm eingelesen, um daraus ein passendes hyperelastisches Materialmodell auszuwählen. Für die Analyse wurden zwei Elastomerwerkstoffe (HNBR und TPU) herangezogen. Ein Vergleich der FEA und der experimentellen Versuche, mit dem Ziel der Validierung der FEA wurde im Anschluss durchgeführt.Die Ergebnisse zeigten, dass eine optische Messung des Verhaltens von O-Ringen unter Druckbelastung für eine statische Flanschdichtung in Echtzeit möglich ist. Die optischen Aufnahmen konnten mit einem Videoanalyse Tool ausgewertet werden. Bei der FEA konnte für beide Materialien ein hyperelastisches Materialmodell ausgewählt werden, wobei es bei HNBR durch die Füllstoffe im Material zu höheren Abweichungen zwischen den Daten der Materialprüfungen und dem Materialmodell kommt. Bei der Validierung der FEA konnten Abweichungen im Kontaktverhalten und Verhalten der untersuchten Punkte mit Abweichungen von mehreren Zehntel Millimeter festgestellt werden. Verantwortlich dafür sind die Faktoren der Permeation, des Kontaktverhaltens, des Temperatureinfluss, sowie der Quellung und Relaxation, welche ein sehr komplexes Materialverhalten zugrunde legen. Abschließend konnte jedoch eine Korrelierung der Bauteilcharakterisierung mit der FEA aufgezeigt werden.

KW - O-rings

KW - FEA

KW - Validation

KW - experimental optical test method

KW - O-Ring

KW - optische Prüfverfahren

KW - Finite Elemente Analyse

KW - Validierung

M3 - Masterarbeit

ER -