Experimental characterisation of rubber in uniaxial, equi-biaxial and planar tension under cyclic quasi-static loading shows strain-induced stress softening, hysteresis and unrecoverable strain. The objective of this work is to study the applications and limitations involved in predicting the behaviour of rubber with hyperelastic models. To assume a preconditioned perfectly elastic material, the data obtained from experiments must first be simplified. The data is then fitted to popular hyperelastic models in the finite element analysis (FEA) software ANSYS(TM). A single hyperelastic model (with given coefficients) is shown to only provide a good fit to a single characterisation test and level of preconditioning at the time. A two-iteration preconditioning method is developed using different hyperelastic models for a given material to approximate the softening effect of cyclic loading in a static FEA simulation. A biaxiality test is developed, providing information on the dominant mode of simple strain in the elements of a FE model. FEA simulations and experimental tests of a cantilevered rubber plate subjected to a bending load at its free end as well as a rubber guide lug subjected to a transverse deflection are presented and discussed. It is shown that using a single hyperelastic model is insufficient to predict the behaviour of these experiments in FEA simulations. The preconditioning iteration, when applied to these simulations, shows very good agreement with the experiments, both qualitatively and quantitatively. The biaxiality test provides insight on which characterisation test is the most appropriate for curve fitting hyperelastic models for a given analysis.

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Com a Revolução Industrial e a adoção do modelo econômico urbano e industrial, baseado no consumo, ocorreu o aumento da geração de resíduos, frutos das diferentes atividades humanas. A galvanoplastia é um processo que embeleza e protege mecanicamente peças metálicas e está presente nas indústrias do setor metal-mecânico de Nova Friburgo. Neste processo, dois resíduos importantes são gerados: um oriundo do pré-tratamento das peças metálicas e outro das estações de tratamento de efluentes industriais. Neste trabalho, tais resíduos, denominados de (RGs), foram incorporados à borracha natural (NR) em substituição total ou parcial ao óxido de zinco (ZnO). O possível efeito ativador dos RGs sobre a vulcanização e as propriedades da borracha natural foi investigado. As misturas foram realizadas em um misturador de calandras, utilizando-se um sistema convencional (CV). A cinética de vulcanização foi estudada nas temperaturas de 150C, 160C e 170C, através de ensaios reométricos e a determinação de parâmetros tais como: tempo de pré-cura (ts1); tempo ótimo de vulcanização (t90); torques mínimo (Ml) e máximo (Mh); constantes de velocidade; e, energias de ativação. Com relação às propriedades mecânicas, a resistência à tração e a resistência ao rasgamento foram determinadas. As composições de NR contendo RGs apresentaram diminuição do tempo ts1, aumento das constantes de velocidade e diminuição das energias de ativação. No entanto, a resistência ao rasgamento foi mantida em um nível satisfatório apenas nas composições em que o ZnO foi substituído parcialmente em 25%. / With the Industrial Revolution and the adoption of urban and industrial economic model, based on consumption, there was an increased in the generation of wastes, as a result of different human activities. Electroplating is a process that embellishes and mechanically protects metallic parts and it is present in the industries of metalmechanical segment of Nova Friburgo. In this process, two important wastes are generated: one from pre-treatment of metal parts, other from industrial sewage station. In this investigation, these wastes, named RGs, were incorporated in the natural rubber (NR) in partial or total replacement to zinc oxide (ZnO). A possible activator effect of RGs upon vulcanization and properties of natural rubber was investigated. Mixes are prepared in a two-roll mixer using a conventional system (CV). Vulcanization kinetics was studied at 150, 160 and 170C through of rheometric tests and the determination of parameters such as: scorch time (ts1); optimum cure time (t90); minimum torque (Ml); maximum torque (Mh); constants rates (k); and, activation energies. In relation to mechanical properties, tensile and tear strength were determined. NR compositions with RGs presented a diminution in ts1 values, increase in the constants rates and diminution of activation energies. However, tear strength is maintained in a satisfactory level only in the compositions where ZnO was partially replaced in 25%.

Com a Revolução Industrial e a adoção do modelo econômico urbano e industrial, baseado no consumo, ocorreu o aumento da geração de resíduos, frutos das diferentes atividades humanas. A galvanoplastia é um processo que embeleza e protege mecanicamente peças metálicas e está presente nas indústrias do setor metal-mecânico de Nova Friburgo. Neste processo, dois resíduos importantes são gerados: um oriundo do pré-tratamento das peças metálicas e outro das estações de tratamento de efluentes industriais. Neste trabalho, tais resíduos, denominados de (RGs), foram incorporados à borracha natural (NR) em substituição total ou parcial ao óxido de zinco (ZnO). O possível efeito ativador dos RGs sobre a vulcanização e as propriedades da borracha natural foi investigado. As misturas foram realizadas em um misturador de calandras, utilizando-se um sistema convencional (CV). A cinética de vulcanização foi estudada nas temperaturas de 150C, 160C e 170C, através de ensaios reométricos e a determinação de parâmetros tais como: tempo de pré-cura (ts1); tempo ótimo de vulcanização (t90); torques mínimo (Ml) e máximo (Mh); constantes de velocidade; e, energias de ativação. Com relação às propriedades mecânicas, a resistência à tração e a resistência ao rasgamento foram determinadas. As composições de NR contendo RGs apresentaram diminuição do tempo ts1, aumento das constantes de velocidade e diminuição das energias de ativação. No entanto, a resistência ao rasgamento foi mantida em um nível satisfatório apenas nas composições em que o ZnO foi substituído parcialmente em 25%. / With the Industrial Revolution and the adoption of urban and industrial economic model, based on consumption, there was an increased in the generation of wastes, as a result of different human activities. Electroplating is a process that embellishes and mechanically protects metallic parts and it is present in the industries of metalmechanical segment of Nova Friburgo. In this process, two important wastes are generated: one from pre-treatment of metal parts, other from industrial sewage station. In this investigation, these wastes, named RGs, were incorporated in the natural rubber (NR) in partial or total replacement to zinc oxide (ZnO). A possible activator effect of RGs upon vulcanization and properties of natural rubber was investigated. Mixes are prepared in a two-roll mixer using a conventional system (CV). Vulcanization kinetics was studied at 150, 160 and 170C through of rheometric tests and the determination of parameters such as: scorch time (ts1); optimum cure time (t90); minimum torque (Ml); maximum torque (Mh); constants rates (k); and, activation energies. In relation to mechanical properties, tensile and tear strength were determined. NR compositions with RGs presented a diminution in ts1 values, increase in the constants rates and diminution of activation energies. However, tear strength is maintained in a satisfactory level only in the compositions where ZnO was partially replaced in 25%.