Title: Fatigue behaviour of rubber blends and rubber-textile composites considering application-relevant aspects
Other Titles: Charakterisierung des Rissinitiierungs- und Risswachstumsverhaltens von Gummi und Gummiverbundwerkstoffen
Language: English
Authors: Seichter, Sandra 
Qualification level: Doctoral
Advisor: Archodoulaki, Vasiliki-Maria
Issue Date: 2017
Number of Pages: 144
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Ermüdungs- und Hystereseeigenschaften von Gummi und Gummi-Textil Verbundwerkstoffen. Der Messaufbau ermöglicht die Ermüdung von reinen Gummiproben und Gummi-Textil-Verbundwerkstoffen mit der gleichen Probengeometrie zu untersuchen. Es werden verschiedene Gummimischungen untersucht um den Einfluss der Hauptbestandteile der Gummimischungen zu evaluieren. Ein Hauptaugenmerk liegt in der Untersuchung der Unterschiede zwischen Modellmischungen, die nur im Labor verwendet werden, und industrielle Mischungen, die in Produkten zur Anwendung kommen. Da die üblichen Laborbedingungen von den Lastbedingungen von Produkten oft abweichen, werden die Einflüsse verschiedener Kurvenparameter wie Lastverhältnis, Frequenz bzw. Dehnrate und Kurvenform untersucht. Dabei wird der Lastfall eines bestimmten Produktes (Handlauf) herangezogen. Außerdem wird das Ermüdungsverhalten unter erhöhter Temperatur untersucht. Es werden Risswachstums- und Lebensdauermessungen durchgeführt, wobei jeweils auch die Hystereseeigenschaften untersucht werden. Bei allen Ermüdungsuntersuchungen wird die Dehnung mit digitaler Bildkorrelation bestimmt und die Eigenerwärmung unter zyklischer Belastung mittels IR Thermografiekamera gemessen. Der Zusammenhang zwischen Probentemperatur und dissipierter Energie wird analysiert. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird das Ermüdungsverhalten der Gummi-Textil-Verbundwerkstoffe untersucht. Für die Verbundwerkstoffe werden gewebte Textilien verwendet statt, wie in der Literatur üblich, einzelne Stränge. Da es sich bei der Form zur Herstellung der Proben und dem Klemmsystem für die Prüfmaschine um Neuentwicklungen handelt, werden sowohl die Ermüdungseigenschaften bezüglich Risswachstum und Lebensdauer untersucht als auch Zugversuche zur Evaluierung der Güte des Verbundes durchgeführt. Da die Prüffrequenz durch die Eigenerwärmung der Materialien begrenzt ist, lassen sich sehr hohe Schwingspielzahlen nur über lange Versuchszeiten erreichen. Deshalb werden verschiedene analytische Modelle zur Lebensdauerabschätzung von Gummi herangezogen und analysiert. Die Modelle werden auf die Qualität ihrer Lebensdauerabschätzung untersucht, aber auch bezüglich des Zeitaufwands, der notwendig ist um die Daten zur Berechnung der Modelle zu ermitteln (Zeitersparnisfaktor).

The focus of this work is the investigation of fatigue and hysteresis properties of rubber blends and rubber-textile composites. A measurement set-up is defined which allows to investigate rubber and rubber-textile composites using the same specimen geometry. Different rubber blends are used to investigate the influence of the main material ingredients. The analysis of the difference of model materials used solely in the laboratory and industrial rubber blends used in real products is thereby one of the focuses. Since the typical loading conditions in laboratory deviate from loading cases of real products, different influences of curve parameters including load ratio, frequency/strain rate, and wave form are examined. The loading conditions are chosen with regards to a specific product (handrail). Furthermore, the influence of a higher ambient temperature is studied. Fatigue life and crack growth measurements are conducted and the hysteresis properties are investigated. For all fatigue measurements, the real strain is measured using digital image correlation and the heat build-up under cyclic loading is determined with an IR thermography camera. The relation between sample temperature and dissipated energy is reviewed. Based on the measurements with pure rubber samples, the fatigue behaviour of rubber-textile composites is investigated. The measurement set-up enables the investigation of rubber and rubber-textile samples with the same geometry. For the composites, woven mats are used as reinforcement instead of single cords. The production mould for rubber-textile samples and the clamps for the testing machine are newly developed and built. Therefore, in addition to the crack growth and fatigue life measurements also tensile tests are done to evaluate the quality of the composite. The heat build-up of the materials limits the frequency of the measurements. Therefore, high cycle fatigue measurements are time-consuming. Thus, different analytical models for fatigue life prediction are considered and analysed. The reliability of the fatigue life prediction of these models and also the amount of time (measurement and evaluation time) to attain these predictions are examined.
Keywords: Gummi; Bruchmechanik
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2017.22594
http://hdl.handle.net/20.500.12708/15228
DOI: 10.34726/hss.2017.22594
Library ID: AC13702608
Organisation: E308 - Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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