Polymerbasierte Materialien per FEM-Simulation überprüfen

FEM-Modell der Flanschverbindung (Bild: Composite Analytica)

31.10.2020 Polymerbasierte Materialien per FEM-Simulation überprüfen

Feststellung der Methanemission, Relaxation und Alterung einer NBR-Dichtung

von Sijmon van der Wal (Composite Analytica)

Wie sich eine Dichtung in der Praxis verhalten wird, ist immer eine interessante Frage. Zur Klärung dieser Frage für eine NBR-Dichtung in einer 4-Schrauben-Stahlflanschverbindung kam mit der FEM-Analyse ein eher ungewöhnliches Verfahren zum Einsatz. Aus den Ergebnissen lassen sich wichtige Erkenntnisse für die Praxis ableiten.

Ziel dieser Untersuchung (Bild 1) war die Analyse der Methanpermeation (-40 °C bis +60 °C und Druck 40 bar) mit einer eingesetzten Nitrilkautschuk (NBR) -Dichtung in einer Flanschverbindung. Zusätzlich wurde die Spannungsrelaxation der NBR- Dichtung analysiert.

Die Tools

Für die Simulation wurden für die Modellierungsaufgaben die Softwaretools CheFEM und Abaqus FEA verwendet. Erstere ist eine Eigenentwicklung. Es handelt sich dabei um ein kalibriertes thermomechanisches Modellierungswerkzeug zur Ermittlung der Permeation und des mechanischen Verhaltens von Materialien auf Polymerbasis. Die Berechnungen basieren auf der Sanchez-Lacombe-Zustandsgleichung [1] zur Exposition von Chemikalien und Matrizen in Kombination mit der (FEM)-Mikromechanik [2]. Die Software ist serverbasiert und verfügt über eine benutzerfreundliche Oberfläche.

Abaqus FEA ist eine Software-Suite für Finite-Elemente-Analysen und computergestütztes Engineering. Die Software wurde ursprünglich entwickelt, um nichtlineares physikalisches Verhalten zu ermitteln. Infolgedessen verfügt das Paket über eine breite Palette von Materialmodellen, z.B. über Funktionen für hyperelastisches Material (Gummi).