Inverz anyagmodell illesztés gumiütközőre

Inverse material model calibration for rubber bumper

Abstract

The available hyperelastic material models (Mooney-Rivlin, Yeoh, Gent, Arruda-Boyce, and Ogden) are capable of describing the highly nonlinear material behaviour of rubber. However, due to the custom rubber compounding, laboratory tests are always necessary to determine the material parameters. In order to fit these parameters, it is imperative to ascertain the stress-strain characteristics of rubber under uniaxial, biaxial, and pure shear loading. It should be noted that these loading methods constitute non-standard measurement procedures, thus necessitating the utilisation of specialised tools and test specimens. The objective of this study is to determine the material parameters of a finished product by conducting a laboratory compression test and implementing an inverse material model fitting procedure. As a preliminary step, a finite element model of the tested rubber bumper was prepared, discretised with axisymmetric elements. The material model parameters were calibrated using a surrogate model-based optimisation procedure. The applicability of the procedure was verified by comparing the stress-strain data estimated by the material model with the data measured on cylindrical compression test specimens.

Kivonat

Az elérhető hiperelasztikus anyagmodellek (Mooney-Rivlin, Yeoh, Gent, Arruda-Boyce és Ogden) képesek leírni a gumik nagymértékű nemlineáris anyagi viselkedését, de a gumi keverékek egyedi igények szerinti készítése miatt az anyagparaméterek meghatározásához minden esetben laboratóriumi vizsgálatok szükségesek. A paraméterek illesztéséhez szükséges a gumi egytengelyű továbbá a nem szabványos mérési eljárások közé tartozó kéttengelyű és tiszta nyíró terhelésével meghatározott feszültség-nyúlás karakterisztikák, melyek így egyedi szerszámokat és próbatesteket követelnek meg. Jelen vizsgálat célja egy késztermék laboratóriumi nyomó vizsgálatának segítségével, úgynevezett inverz anyagmodell illesztési eljárást alkalmazva meghatározni az anyagparamétereket. Ennek első lépéseként elkészítettük a vizsgált gumiütköző tengelyszimmetrikus elemekkel diszkretizált végeselemes modelljét. Az anyagmodell paramétereinek meghatározását helyettesítő modell alapú optimalizálási eljárás segítségével végeztük el. Az ismertetett eljárás alkalmazhatóságát az anyagmodell által becsült és a hengeres nyomó próbatestekre méréssel felvett feszültség-nyúlás adatainak összehasonlításával végeztük.