Testing and Establishing of Material Models for Rubber Gaskets in Heat Exchangers using DIC
(2025) In TFHF-5000 FHLM01 20241Solid Mechanics
Department of Construction Sciences
- Abstract
- The aim of this master's thesis is to establish material models for three rubber materials using macroscopic data collected using Digital Image Correlation, DIC. DIC is a non-contact optical technique for measuring strain and displacement in a material by tracking points on a material during the deformation process.\\
The rubber materials are tested in both uniaxial tension and compression, from which data is converted to stress-strain relationships. Thereafter, the data from each of the materials are fitted to Yeoh material models. These models are then used to simulate the experiments in order to compare to be compared with the models currently in use.\\
The findings of this thesis suggest that while the experiments were successful,... (More) - The aim of this master's thesis is to establish material models for three rubber materials using macroscopic data collected using Digital Image Correlation, DIC. DIC is a non-contact optical technique for measuring strain and displacement in a material by tracking points on a material during the deformation process.\\
The rubber materials are tested in both uniaxial tension and compression, from which data is converted to stress-strain relationships. Thereafter, the data from each of the materials are fitted to Yeoh material models. These models are then used to simulate the experiments in order to compare to be compared with the models currently in use.\\
The findings of this thesis suggest that while the experiments were successful, the material models derived therefrom are not accurate enough to be fully implemented. Depending on the loading, the models can both underestimate and overestimate the stresses that the rubbers experience. Attempts to fit the material models to both the tensile and compressive loads simultaneously also suggest that a Yeoh model perhaps isn't the most fitting material model. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Testning och materialmodellering av gummipackningar i
värmeväxlare
För att en plattvärmeväxlare ska kunna fungera på ett effektivt sätt är det viktigt att ha packningar som klarar den höga belastningen. Detta examensarbete har inneburit att testa och anpassa nya materialmodeller för ett antal packningsmaterial för att förbättra utvecklingen i framtiden.
Examensarbetet är gjort i samarbete med Alfa Laval, en ledande global leverantör inom värmeväxling, separering och flödeshantering. Tester utfördes för att
etablera nya materialmodeller för olika gummimaterial som används till packningar i plattvärmeväxlare. Tre olika gummimaterial har testats och anpassats till
hyperelastiska materialmodeller. Testerna är gjorda i både drag och... (More) - Testning och materialmodellering av gummipackningar i
värmeväxlare
För att en plattvärmeväxlare ska kunna fungera på ett effektivt sätt är det viktigt att ha packningar som klarar den höga belastningen. Detta examensarbete har inneburit att testa och anpassa nya materialmodeller för ett antal packningsmaterial för att förbättra utvecklingen i framtiden.
Examensarbetet är gjort i samarbete med Alfa Laval, en ledande global leverantör inom värmeväxling, separering och flödeshantering. Tester utfördes för att
etablera nya materialmodeller för olika gummimaterial som används till packningar i plattvärmeväxlare. Tre olika gummimaterial har testats och anpassats till
hyperelastiska materialmodeller. Testerna är gjorda i både drag och kompression med användning av Digital Image Correlation, DIC.
Uppbyggnad av en plattvärmeväxlare, [1]
En plattvärmeväxlare är uppbyggd av ett antal formade plattor som spänns emot varandra däremellan två fluider kan flöda för att skapa värmeöverföring.
Mellan plattorna sitter det gummipackningar för att se till att de två fluiderna inte blandas eller börjar läcka ut. DIC är en optisk teknik för att mäta deformation under ett materialtest. Detta uppfylls genom att kontinuerligt
ta bilder under belastning som senare kan användas för att jämföras med nästkommande bild med högst korrelation. För att underlätta detta kan provbitar
målas i ett fläckigt mönster. Dragtesterna är utförda på en tvåaxlad testrigg
designad för att kunna hantera biaxiella laster med användning av DIC medan kompressionstesterna är gjorda med en cylindrisk pressmaskin samt en enkel
extensometer för att kunna mäta deformationen. Materialanpassningen gjordes med hjälp av FEMprogrammet Ansys Mechanical som beräknade de bäst passande parameterarna genom kurvanpassning och minsta-kvadratmetoden. Mer varierade tester som biaxiella lastfall och skjuvning är av intresse. Även tester under olika förhållanden som förhöjd temperatur samt implementering av en annan, bättre passande, materialmodell kan leda till förbättrade resultat. Vidare undersökning av arbete med DIC för att potentiellt användas mer i framtiden är också intressant.
Populärvetenskaplig sammanfattning av examensarbetet:
Testing and Establishing of Material Models for Rubber
Gaskets in Heat Exchangers using DIC, skriven av Simon
Hammarström (2025).
[1] Alfa Laval, How does a heat exchanger work, Available:
https://www.alfalaval.com/microsites/gphe/tools/how-gpheswork/ (2025-04-03) (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9187521
- author
- Hammarström, Simon LU
- supervisor
- organization
- course
- FHLM01 20241
- year
- 2025
- type
- H3 - Professional qualifications (4 Years - )
- subject
- keywords
- Material Modelling, DIC, Rubber, Digital Image Correlation, Hyperelasticity, Yeoh, Tensile, Compressive
- publication/series
- TFHF-5000
- report number
- TFHF-5265
- language
- English
- id
- 9187521
- date added to LUP
- 2025-05-21 13:25:33
- date last changed
- 2025-05-21 13:25:33
@misc{9187521,
abstract = {{The aim of this master's thesis is to establish material models for three rubber materials using macroscopic data collected using Digital Image Correlation, DIC. DIC is a non-contact optical technique for measuring strain and displacement in a material by tracking points on a material during the deformation process.\\
The rubber materials are tested in both uniaxial tension and compression, from which data is converted to stress-strain relationships. Thereafter, the data from each of the materials are fitted to Yeoh material models. These models are then used to simulate the experiments in order to compare to be compared with the models currently in use.\\
The findings of this thesis suggest that while the experiments were successful, the material models derived therefrom are not accurate enough to be fully implemented. Depending on the loading, the models can both underestimate and overestimate the stresses that the rubbers experience. Attempts to fit the material models to both the tensile and compressive loads simultaneously also suggest that a Yeoh model perhaps isn't the most fitting material model.}},
author = {{Hammarström, Simon}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{TFHF-5000}},
title = {{Testing and Establishing of Material Models for Rubber Gaskets in Heat Exchangers using DIC}},
year = {{2025}},
}