Die Eigenschaften nichtlinear viskoelatischer Werkstoffe werden wesentlich von der Temperatur, der Zeit, der Belastungsgeschwindigkeit und der Lasthöhe beeinflusst. Bei der Dimensionierung von Bauteilen aus Kunststoffen müssen die für den entsprechenden Anwendungsfall maßgeblichen Einflussfaktoren berücksichtigt werden. Wenn einfache Werkstoffgesetze und analytische Beschreibungsgleichungen nicht mehr ausreichen, müssen komplexere Modellvorstellungen, welche die Abhängigkeiten der Materialeigenschften von den herrschenden Umgebungs- und Beanspruchungsbedingungen berücksichtigen, verwendet werden. Mit dem vorliegenden 3D-Deformationsmodell existiert eine Modellvorstellung zur Beschreibung der nichtlinearen Voskoelastizität. Dieses Modell basiert auf einer Parallelschaltung von dreidimensionalen Feder-Dämpfer-Elementen mit nichtlinearen Fließeigenschaften. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Beitrag zur Erweiterung der Anwendbarkeit des Materialmodells geleistet. Es werden Algorithmen zur Berechnung der Retardation und zur Berücksichtigung des Wärmeausdehnungsverhaltens umgesetzt. Hierdurch wird die Simulation von nichtlinear viskoelastischen, isotropen Werkstoffen unter beliebigen mechanischen und thermischen Beanspruchungsbedingungen möglich. Die Anpassung des Modells an den jeweiligen zu untersuchenden Werkstoff erfolgt durch Kalibrierung mit isothermen Spannungs-Dehnungs-Kurven bei verschiedenen Temperaturen. Diese müssen als numerische Approximation vorliegen. Die Erzeugung der Datenbasis erfolgt im Rahmen dieser Arbeit auf zwei unterschiedlichen Wegen. Liegen die erforderlichchen Spannungs-Dehnungs-Kurven nicht vor, müssen diese experimentell ermittelt werden, was mit relativ hohem zeitlichem Aufwand verbunden ist. Die Approximation dieser Kurven erfolgt dann mittels Prony-Ansatz zweiter Ordnung. Eine in vorausgegangenen Arbeiten entwickelte Systematik zur Ermittlung von Kennwerten und Kennwertfunktionen aus Dynamisch-Mechanischen-Analysen bietet hier eine aufwandsoptimierte Alternative. Aus einer Multifrequenzmessung des temperaturabhängigen Elastizitätsmoduls lassen sich mit Hilfe geeigneter Gleichungen die Spannungs-Dehnungs-Kurven für verschiedene Temperaturen mit hoher Genauigkeit erzeugen. Für die experimentellen wird die vorhandene biaxiale Prüfeinheit um eine Temperiereinheit erweitert. Mit dieser Prüfvorrichtung können kraft- und dehnungsgeregelte, uniaxiale und biaxiale Zugversuche unter nichtisothermen Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. An ausgewählten Experimenten werden die Beschreibungsgüte des Modells aber auch Optimierungspunkte herausgearbeitet. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Abbildungsgüte signifikanter Abhängigkeiten der Materialeigenschaften nichtlinear viskoelastischer Werkstoffe.
Nazif Mehmet Yazici
Beitrag zur Simulation des mechanischen Verhaltens nichtlinearer viskoelastischer Werkstoffe unter nichtisothermen und mehrachsigen Beanspruchungen
1. Auflage
127 Seiten
Paperback
Reihe : IKV
Bandnummer : 156
ISBN : 978-3-86130-496-8
40,40 €