Za kompozitne strukture je značilna visoka specifična trdnost, to je visoka mehanska trdnost glede na nizko gostoto materiala. Pri trdnostnih analizah kompozitnih materialov se pojavljajo nekatere težave, predvsem zaradi njihove anizotropije, ki onemogoča uporabo klasičnih rešitev, kot pri modelih izotropnih materialov. Gumeni kompoziti z dolgimi vlakni so posebna vrsta kompozitnih materialov, ki jih lahko najdemo v široki paleti potrošniških in industrijskih izdelkov, kot so pnevmatike, pogonski jermeni, hidravlične cevi, transporterji in zračne vzmeti. Skupna značilnost vseh teh komponent je, da so obremenjene s kombinirano spremenljivo amplitudno obremenitvijo in so izpostavljene utrujanju materiala. V primerjavi s kompoziti na osnovi umetnih smol je odziv gumenih kompozitov na mehanske obremenitve drugačen, ker je njihov volumetrični del matrice veliko večji kot pri kompozitih, ojačanih z ogljikovimi vlakni. Posledično je mehanizem nastanka poškodbe drugačen. Močno je odvisen od vrste obremenitve, razporeditve kompozitnih plasti in orientacije ojačitvenih vlaken.

Do sedaj je bila eksperimentalna napoved utrujanja gumenih kompozitov omejena le na testiranje končnih izdelkov. Takšen postopek je dolgotrajen in zelo drag, saj je treba izdelati dejanske izdelke ali prototipe v ustrezni velikosti. Poleg tega so eksperimentalno pridobljene krivulje za dobo trajanja veljavne samo za dejansko geometrijo in laminatni načrt izdelka. Zato je glavni cilj projekta razviti metodologijo, ki omogoča napovedovanje dobe trajanja poljubnega gumenega kompozita z dolgimi vlakni na podlagi znanih podatkov o osnovnih materialih in ustreznega modela poškodb. Da bi dosegli glavni cilj projekta, je treba eksperimentalno in numerično opredeliti obnašanje gumenih kompozitov z dolgimi vlakni, ki so izpostavljeni kombinirani napetostno-upogibni obremenitvi. Zato je treba izpolniti naslednje podrejene cilje:

– Osnovne materiale in izbrane kompozite na osnovi gume je treba eksperimentalno karakterizirati. Za odkrivanje nastanka poškodb v kompozitni strukturi je treba razviti metodo neporušnega preskušanja. Temelji naj na optični metodi v kombinaciji z metodo digitalne korelacije slik (DIC). Glavni izziv, povezan z analizo DIC, bo spremljanje ciljnega območja kompozita kljub velikim premikom.

– Izvesti je treba numerične analize osnovnih materialov in kompozitnih variant. V korelaciji z eksperimentalnimi rezultati je treba določiti ustrezen parameter poškodb, ki bo omogočal napovedovanje dobe trajanja in kritičnih mest gumenih kompozitov. Poleg tega je treba definiran parameter poškodb vnesti v homogeniziran model končnih elementov, ki bo omogočil napovedovanje realne dobe trajanja gumenega kompozita z enako natančnostjo kot numerični modeli v mikro-merilu.

Glavni znanstveni prispevki projekta:

1. Načrtovanje univerzalnega upogibnega preskusa za prednapete gumijaste kompozite.

2. Razvili in validirali bomo nedestruktivno optično metodo za odkrivanje nastanka razpok v vmesnih matričnih plasteh.

3. Izbrali bomo ustrezen parameter poškodb in ustrezno topologijo modela končnih elementov za napovedovanje utrujene življenjske dobe gumijastih kompozitov.

4. Potrjena bo metodologija za napovedovanje krivulj zdržljivosti in dobe trajanja gumenih kompozitov na podlagi materialnih lastnosti za gumo in ojačitvena vlakna.