This work aims at enhancing the understanding and to provideimproved models of the dynamic behavior of rubber vibrationisolators which are widely used in mechanical systems.Initially, a time domainmodel relating compressions tocomponent forces accounting for preload effects, frequency anddynamic amplitude dependence is presented. The problem ofsimultaneously modelling the elastic, viscoelastic and frictionforces are removed by additively splitting them, where theelastic force response is modelled either by a fully linear ora nonlinear shape factor based approach, displaying resultsthat agree with those of a neo-Hookean hyperelastic isolatorunder a long term precompression. The viscoelastic force ismodelled by a fractional derivative element, while the frictionforce governs from a generalized friction element displaying asmoothed Coulomb force. This is a versatile one-dimensionalcomponent model effectively using a small number of parameterswhile exhibiting a good resemblance to measured isolatorcharacteristics. Additionally, the nonlinear excitationeffects on dynamic stiffness and damping of a filled rubberisolator are investigated through measurements. It is shownthat the well-known Payne effect - where stiffness is high forsmall excitation amplitudes and low for large amplitudes whiledamping displays a maximum at intermediate amplitudes -evaluated at a certain frequency, is to a large extentinfluenced by the existence of additional frequency componentsin the signal. Finally, a frequency, temperature and preloaddependent dynamic stiffness model is presented covering theranges from 20 to 20 000 Hz, -50 to +50 °C at 0 to 20 %precompression. A nearly incompressible, thermo-rheologicallysimple material model is adopted displaying viscoelasticitythrough a time - strain separable relaxation tensor with asingle Mittag-Leffler function embodying its time dependence.This fractional derivative based function successfully fitsmaterial properties throughout the whole audible frequencyrange. An extended neo-Hookean strain energy function, beingdirectly proportional to the temperature and density, isapplied for the finite deformation response with componentproperties solved by a nonlinear finite element procedure. Thepresented work is thus believed to enlighten workingconditions’impact on the dynamic properties of rubbervibration isolators, while additionally taking some of thesemost important features into account in the presentedmodels.

<p>This work aims at enhancing the understanding and to provideimproved models of the dynamic behavior of rubber vibrationisolators which are widely used in mechanical systems.Initially, a time domainmodel relating compressions tocomponent forces accounting for preload effects, frequency anddynamic amplitude dependence is presented. The problem ofsimultaneously modelling the elastic, viscoelastic and frictionforces are removed by additively splitting them, where theelastic force response is modelled either by a fully linear ora nonlinear shape factor based approach, displaying resultsthat agree with those of a neo-Hookean hyperelastic isolatorunder a long term precompression. The viscoelastic force ismodelled by a fractional derivative element, while the frictionforce governs from a generalized friction element displaying asmoothed Coulomb force. This is a versatile one-dimensionalcomponent model effectively using a small number of parameterswhile exhibiting a good resemblance to measured isolatorcharacteristics. Additionally, the nonlinear excitationeffects on dynamic stiffness and damping of a filled rubberisolator are investigated through measurements. It is shownthat the well-known Payne effect - where stiffness is high forsmall excitation amplitudes and low for large amplitudes whiledamping displays a maximum at intermediate amplitudes -evaluated at a certain frequency, is to a large extentinfluenced by the existence of additional frequency componentsin the signal. Finally, a frequency, temperature and preloaddependent dynamic stiffness model is presented covering theranges from 20 to 20 000 Hz, -50 to +50 °C at 0 to 20 %precompression. A nearly incompressible, thermo-rheologicallysimple material model is adopted displaying viscoelasticitythrough a time - strain separable relaxation tensor with asingle Mittag-Leffler function embodying its time dependence.This fractional derivative based function successfully fitsmaterial properties throughout the whole audible frequencyrange. An extended neo-Hookean strain energy function, beingdirectly proportional to the temperature and density, isapplied for the finite deformation response with componentproperties solved by a nonlinear finite element procedure. Thepresented work is thus believed to enlighten workingconditions’impact on the dynamic properties of rubbervibration isolators, while additionally taking some of thesemost important features into account in the presentedmodels.</p>

La compression élastique (CE) est un traitement médical qui est prescrit en cas d'insuffisance veineuse. Récemment, la CE rencontre aussi un certain succès auprès des sportifs pour la récupération. Cependant, malgré l’utilisation de plus en plus massive de la CE, son action biomécanique sur le membre inférieur n'est pas encore bien caractérisée. Pour contribuer à cette caractérisation, un modèle biomécanique 3D des tissus mous de la jambe sous CE a été développé et appliqué à un panel de sujets. Chaque modèle est personnalisé : la géométrie est reconstruite à partir des images tomographiques 3D de la jambe de chaque sujet et les conditions aux limites reproduisent fidèlement la pression localement appliquée par la CE sur la peau. De plus, les propriétés hyper-élastiques des tissus mous sont identifiées pour chaque sujet par recalage du modèle. Une méthode de recalage originale a été spécifiquement développée et mise en œuvre pour cette application : elle consiste à utiliser les images tomographiques 3D de la jambe déformée comme données expérimentales pour le recalage. Finalement, le modèle donne accès au champ de pression transmis par la CE aux tissus mous internes. Les principales conclusions sont que le champ de pression à l'intérieur de la jambe n'est pas transmis uniformément et qu'il y a de fortes variabilités inter-sujets. En outre, le modèle permet d'obtenir des indications sur le confort et l'efficacité de la CE. Il a ainsi été possible de montrer que l'intensité des pressions maximales subies par les tissus mous de la jambe est inversement proportionnelle à l’épaisseur du tissu adipeux. Les principales perspectives du travail concernent la validation clinique de ces conclusions sur un nombre significatif de sujets, puis leur exploitation en vue d’améliorer les traitements. / Elastic compression (EC) is a medical treatment prescribed in case of venous insufficiency. Recently, EC is also employed for recovery after efforts in sports. Nevertheless, despite the more and more common use of EC, its biomechanical action onto the lower limb remain partially unknown . To address this issue, a 3D biomechanical model of the soft tissues of the leg under EC has been developed and applied on a group of subjects. Each model is patient-specific: the geometry is reconstructed from the 3D CT-scan images of each subject’s legs and the boundary conditions are prescribed according to the local pressure applied by the EC onto the skin. Furthermore, the hyper-elastic properties of the soft tissues are identified for each subject using an inverse approach. The inverse approach is original: it consists in using the 3D CT-scan images of the deformed leg as experimental data for calibrating the model. The resulting model provides the pressure fields in the internal soft tissues induced by the EC. The main conclusions are that the pressure is not transmitted evenly and that significant inter-subject variability exists. Moreover, it is shown that the magnitude of the pressure undergone by the soft tissues is inversely proportional to the thickness of adipose tissues. The main perspectives of this work are to validate the conclusions on a significant number of subjects and to continue improving the treatments of venous insufficiency by EC.

In vielen industriellen Anwendungen sind Dichtungen im Einsatz. Vergleicht man den Preis mit dem eines Gesamtsystems, in denen Dichtungen verwendet werden, so sind Dichtungen verhältnismäßig günstig. Jedoch führt ein Versagen von Dichtungen meist zu schwerwiegenden Konsequenzen. Dichtungen sind komplexe Subsysteme und ihre Auslegung erfordert umfangreiche Kenntnisse im Bereich Materialmodellierung, Belastung und Versagenskriterien. Die heutige Simulationstechnologie ermöglicht einen parametrischen Workflow für die Berechnung des Verhaltens von Dichtungen mit den auftretenden Effekten wie nichtlinearem Materialverhalten, wechselnden Kontaktbedingungen und Flüssigkeitsunterwanderung bei Druck. Als ein führendes Simulationswerkzeug für diese physikalische Fragestellung wird ANSYS Mechanical für die Auslegung herangezogen. Desweiteren kann das Verständnis für das Produkt erhöht werden, was zu einer Verbesserung der Funktionalität und der Zuverlässigkeit führt. Versuchsdaten können als Spannungs-Dehnungskurven in ANSYS importiert werden, welche das Materialverhalten des hyperelastischen Werkstoffs mit traditionellen Materialmodellen wie Mooney Rivlin, Ogden and Yeoh oder einer neueren Formulierung, der Antwortfunktionsmethode, widerspiegeln. Robuste Kontakttechnologien beschleunigen die Simulation und Entwicklungszeit-Berechnungszeiten und gewährleisten ein genaues Verhalten des Simulationsmodells. Insbesondere bei Dichtungen ist die druckbeaufschlagte Fläche in 2D und 3D Anwendungen von Bedeutung. ANSYS berechnet diese automatisch in Abhängigkeit des aktuellen Kontaktzustandes. Diese benutzerfreundliche Unterstützung führt zu einer höheren Genauigkeit des Simulationsergebnisses, da ein manuelles Schätzen der Druckflächen entfällt. Mit einem parametrischen und durchgängigen Ansatz innerhalb von ANSYS Workbench, beginnend bei der CAD-Geometrie, über die Vernetzung, Material- und Randbedingungsdefinition und Lösung. können eine Reihe von Varianten in kurzer Zeit berechnet werden. Neben einem besseren Verständnis für das Produkt hilft dies dem Ingenieur Änderungen vorzunehmen, was zu exakten und aussagekräftigen Ergebnissen führt. Desweiteren kann der Einfluss von Unsicherheiten berücksichtigt werden, sodass der Berechnungsingenieur fernab von idealen Bedingungen robuste und zuverlässige Dichtungen entwickeln kann.

In vielen industriellen Anwendungen sind Dichtungen im Einsatz. Vergleicht man den Preis mit dem eines Gesamtsystems, in denen Dichtungen verwendet werden, so sind Dichtungen verhältnismäßig günstig. Jedoch führt ein Versagen von Dichtungen meist zu schwerwiegenden Konsequenzen. Dichtungen sind komplexe Subsysteme und ihre Auslegung erfordert umfangreiche Kenntnisse im Bereich Materialmodellierung, Belastung und Versagenskriterien. Die heutige Simulationstechnologie ermöglicht einen parametrischen Workflow für die Berechnung des Verhaltens von Dichtungen mit den auftretenden Effekten wie nichtlinearem Materialverhalten, wechselnden Kontaktbedingungen und Flüssigkeitsunterwanderung bei Druck. Als ein führendes Simulationswerkzeug für diese physikalische Fragestellung wird ANSYS Mechanical für die Auslegung herangezogen. Desweiteren kann das Verständnis für das Produkt erhöht werden, was zu einer Verbesserung der Funktionalität und der Zuverlässigkeit führt. Versuchsdaten können als Spannungs-Dehnungskurven in ANSYS importiert werden, welche das Materialverhalten des hyperelastischen Werkstoffs mit traditionellen Materialmodellen wie Mooney Rivlin, Ogden and Yeoh oder einer neueren Formulierung, der Antwortfunktionsmethode, widerspiegeln. Robuste Kontakttechnologien beschleunigen die Simulation und Entwicklungszeit-Berechnungszeiten und gewährleisten ein genaues Verhalten des Simulationsmodells. Insbesondere bei Dichtungen ist die druckbeaufschlagte Fläche in 2D und 3D Anwendungen von Bedeutung. ANSYS berechnet diese automatisch in Abhängigkeit des aktuellen Kontaktzustandes. Diese benutzerfreundliche Unterstützung führt zu einer höheren Genauigkeit des Simulationsergebnisses, da ein manuelles Schätzen der Druckflächen entfällt. Mit einem parametrischen und durchgängigen Ansatz innerhalb von ANSYS Workbench, beginnend bei der CAD-Geometrie, über die Vernetzung, Material- und Randbedingungsdefinition und Lösung. können eine Reihe von Varianten in kurzer Zeit berechnet werden. Neben einem besseren Verständnis für das Produkt hilft dies dem Ingenieur Änderungen vorzunehmen, was zu exakten und aussagekräftigen Ergebnissen führt. Desweiteren kann der Einfluss von Unsicherheiten berücksichtigt werden, sodass der Berechnungsingenieur fernab von idealen Bedingungen robuste und zuverlässige Dichtungen entwickeln kann.