Modelování pryžových součástí při zohlednění změn mechanických vlastností způsobených provozními podmínkami

Abstract

Práce se zabývá modelováním mechanických vlastností pryže při uvažování chemického stárnutí a kumulace mikrotrhlin vlivem únavového poškození. Pro potřeby numerických simulací kumulace únavového poškození je navrženo použití metody průměrování v čase pomocí asymptotických rozvojů. Je popsán materiálový model vhodný pro numerické simulace dílů podrobených cyklickému zatížení při velkých deformacích a oxidativnímu stárnutí. Kumulace poškození je formulována pomocí mechaniky kontinua (tzv. continuum damage mechanics). Stárnutí materiálu závisí na teplotě a koncentraci kyslíku, přičemž transport kyslíku se popisuje difuzní rovnicí s reakčním členem. Mezi důležité vlastnosti modelu patří schopnost popsat zbytkové deformace. Kvůli identifikaci parametrů modelu byly odvozeny zjednodušené vztahy pro homogenní stavy deformací v různých módech a metodou přímé diferenciace byla provedena citlivostní analýza případu jednoosé napjatosti. Poslední částí týkající se materiálového modelu jsou konečněprvkové simulace difuze kyslíku v poškozeném médiu pro zvolené tvary trhlin a částic plniva. V práci je navrženo použití těchto simulací pro doplnění materiálového modelu o závislost tenzoru difuzivity na míře únavového poškození.

V části věnované experimentům jsou uvedena měření stárnutí deformovaných vzorků při zvýšené teplotě, která dokumentují právě vývoj zbytkové deformace a změny tahových křivek pryže. Mezi dalšími provedenými experimenty je smyková zkouška typu Arcan, pro kterou byl zkonstruován přípravek, jehož natočením v čelistech trhacího stroje lze vzorek podrobit kombinovanému namáhání tahem a smykem.

Dále se práce věnuje identifikaci parametrů materiálového modelu, prováděné ve smyslu minimalizace skalární cílové funkce tvaru váženého součtu čtverců odchylek modelu a měření. Je navrženo obecné kritérium, podle kterého lze zvolit experimenty a jejich nastavení nutné pro identifikaci všech parametrů. Toto kritérium spočívá v aproximaci cílové funkce kvadratickou funkcí a následném vyšetření vlastních hodnot matice aproximace. V závěru je navrženo kritérium, pomocí něhož lze stanovit meze použitelnosti identifikovaného modelu.