Modeling,analysis and optimization of stress-relaxation behavior of rubber products

Kauçuk malzemeler sızdırmazlık, aşınmaya dayanıklılık, titreşim sönümleme, elektrik yalıtkanlığı gibi fiziksel ve mekanik özelliklerinin iyi olmasından dolayı endüstride çok geniş kullanım alanına sahiptir. Elastik bağlantı elemanı olarak kullanılmakla birlikte titreşim sönümleme elemanı olarakta kullanılmaktadırlar. İstenen fonksiyonları yerine getirmesi beklenen bir kauçuk ürün için önce malzeme olarak reçetesi hazırlanır ve karışım oranları belirlenir. Daha sonra ürünün boyutlandırılması yapılır. Bu tez çalışmasında kauçuk ürünlerin istenen özellikleri sağlaması için test, modelleme, analiz ve optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Kauçuk malzemelerin mekanik davranışlarını modellemek metalik malzemelere göre oldukça zordur. Üzerine gelen yüklemeler altında çok çeşitli davranışlar gösterebilmektedirler. Statik yüklemelerde rijitlik eğrileri belirleyici iken dinamik yüklemelerde zamana bağlı gerilme-gevşeme davranışı ve titreşim altında frekansa bağlı davranış öne çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında seçilen kauçuk ürünlerin hiperelastik modellemeleri yapılmış ve gerilme-gevşeme davranışları analiz edilmiştir. Ayrıca istenen özelliklerde ürün için deney tasarımı yaklaşımı ile şekil optimizasyonu çalışması gerçekleştirilmiştir. Kauçuk ürünlerin, çalışma şartlarında istenilen fonksiyonları yerine getirebilecek özelliklerde olması için bir yaklaşım ortaya konmuştur. Bu yöntem özellikle sızdırmazlık amaçlı kullanılan kauçuk ürünlerin zamanla özelliklerini kaybetme durumunun belirlenmesi için kullanılabilir. Böylece prototip üretilmeden daha kısa zamanda daha az maliyet ile istenilen özellikte kauçuk ürünler üretilebilecektir. Rubber materials have a wide range of applications because of their good physical and mechanical properties such as sealing, abrasion resistance, vibration damping, electrical insulation. They are used as elastic coupling elements and vibration damping elements. For a rubber product that is expected to fulfill the desired functions, the formulation is first prepared as the material and the mixing ratios are determined. Then the product is resized. In this thesis study, tests, modeling, analysis and optimization studies have been carried out to ensure the desired properties of rubber products. Modeling mechanical behaviors of rubber materials is rather difficult compared to metallic materials. They can show a wide variety of behaviors under load. In static loads, the rigidity curve is determinant, while in dynamic loads, the time dependent stress-relaxation behavior and the frequency dependent behavior under vibration are dominant. In this thesis, hyperelastic models of selected rubber products were made and stress-relaxation behaviors were analyzed. In addition, shape optimization has been carried out with the experimental design approach for the product. An approach has been put in place to ensure that rubber products are capable of fulfilling the desired functions in working conditions. This method can be used in particular for determining the loss of properties of rubber products used for sealing purposes over time. Thus, rubber products with the desired characteristics can be produced in a shorter time with less cost.