Software: FEM - Tutorial - 3D-Mechanik - Beispiel

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Gummipuffer zur Schwingungsdämpfung

Mittels der Finite-Elemente-Methode sollen sowohl die Materialbelastung als auch die Verformung eines Gummipuffers bei Einwirkung von Kräften untersucht werden:

• An den Stirnflächen des Gummizylinders sind Stahlscheiben verklebt (durch Vulkanisieren, damit keine zusätzliche Zwischenschicht entsteht).
• Das Durchgangsloch hat einen Durchmesser von 4 mm.
• Die Gesamthöhe des Puffers (Scheiben plus Gummi) beträgt 30 mm.
• Die Stahlscheiben haben folgende Eigenschaften:
  • Material Stahl C35
  • Außendurchmesser 20 mm
  • Lochdurchmesser 4 mm
  • Dicke 0,5xx mm (mit xx=Teilnehmer-Nr. 01...99)
• Der Gummi hat folgende Material-Eigenschaften:
  • E-Modul = 5 N/mm²
  • Poisson Zahl=0,5 (idealisiert!)
  • Expansionskoeff. therm.=1E-4/K
  • Streckspannung= 10 MPa
  • Druckfestigkeit=110 MPa
  • Dichte=1,1 g/cm³

Hinweis: Eine Querkontraktionszahl von ν=0,5 ist der maximal mögliche Wert und entspricht einem inkompressiblem Material. Einige Gummiarten erreichen fast diesen Wert:

• Für den obigen Verwendungszweck kann man ν=0,49 annehmen.
• Bei FE-Programmen kann dieser nahe am Grenzwert=0,5 liegende ν-Wert zu Problemen führen, da in den Gleichungssystemen der Quotient (1-2ν) auftaucht. Bei ν=0,5 kommt es zur Division durch Null, kurz davor können die großen Zahlen Ursache von Fehlern sein.

Welchen konkreten Wert man benutzt, ist nicht egal! Bereits die geringen Änderungen von ν zwischen 0,48 und 0,4998 ändern die Kompressibilität um den Faktor 100 :

v   | 0,33 | 0,42 | 0,48 | 0,498 | 0,4998 
----|------|------|------|-------|-------
K/E |  1   |  2   |  10  |  100  |  1000 

K=Kommpressionsmodul, E=Elastizitätsmodul

(Siehe: Fachwissen-Dichtungstechnik )

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