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Christian Dammann
Experimental characterization and constitutive modeling of reinforced thermoplastic and thermosetting polymers
Für verstärkte Polymere können zwei Gruppen unterschieden werden, die eigenverstärkten Mono- und die Komposit-Materialien. Das thermo-chemo-mechanische Verhalten von Thermo- und Duroplasten, die zu diesen Gruppen gehören, ist hauptsächlich durch eine molekulare Ausrichtung während des Streckens bzw. durch eine Vernetzung, die zur Aushärtung führt, gekennzeichnet.
Um die Kaltumformung von Thermoplasten zu modellieren, werden Folien anhand sequentiell biaxialer Belastungen, die durch optische Messungen begleitet werden, charakterisiert. Zuerst wird eine Anisotropie induziert und anschließend die Materialrichtung variiert. Auf Basis dieses Konzepts wird ein konstitu- tives Modell gemäß der induzierten Anisotropie und Eigenverstärkung vorgeschlagen. Finite-Elemente Simulationen entsprechen qualitativ den Experimenten.
RTM-Prozesse werden häufig für die Herstellung von Komposit- und Hybridstrukturen eingesetzt. Der Injektionsschritt eines solchen Prozesses, der eine bewegliche Harzfront einschließt, wird auf der Basis eines im Rahmen der porösen Medien formulierten Modells simuliert. Wichtige Phänomene in einem nachfolgenden Prozessschritt sind temperaturabhängige viskoelastische Effekte, die von der Aushärtung des Duroplasts begleitet werden. Ein drei-Skalen Modell wird zur Simulation thermo-mechanisch-chemisch gekoppelter Prozesse und des daraus resultierenden mechanischen Verhaltens vorgeschlagen. Aushärtegrad- abhängige effektiven Eigenschaften der Matrix werden hergeleitet und in ein Prototypmodell eingesetzt. Bei FKV-Stahl-Hybriden wird die Stahlkomponente aufgrund der Aushärtung an den FKV angebunden. Die Modellierung des Interfaces zwischen den Komponenten basiert auf mehrachsigen Zuständen und erfordert eine entsprechende Charakterisierung.
Um die Kaltumformung von Thermoplasten zu modellieren, werden Folien anhand sequentiell biaxialer Belastungen, die durch optische Messungen begleitet werden, charakterisiert. Zuerst wird eine Anisotropie induziert und anschließend die Materialrichtung variiert. Auf Basis dieses Konzepts wird ein konstitu- tives Modell gemäß der induzierten Anisotropie und Eigenverstärkung vorgeschlagen. Finite-Elemente Simulationen entsprechen qualitativ den Experimenten.
RTM-Prozesse werden häufig für die Herstellung von Komposit- und Hybridstrukturen eingesetzt. Der Injektionsschritt eines solchen Prozesses, der eine bewegliche Harzfront einschließt, wird auf der Basis eines im Rahmen der porösen Medien formulierten Modells simuliert. Wichtige Phänomene in einem nachfolgenden Prozessschritt sind temperaturabhängige viskoelastische Effekte, die von der Aushärtung des Duroplasts begleitet werden. Ein drei-Skalen Modell wird zur Simulation thermo-mechanisch-chemisch gekoppelter Prozesse und des daraus resultierenden mechanischen Verhaltens vorgeschlagen. Aushärtegrad- abhängige effektiven Eigenschaften der Matrix werden hergeleitet und in ein Prototypmodell eingesetzt. Bei FKV-Stahl-Hybriden wird die Stahlkomponente aufgrund der Aushärtung an den FKV angebunden. Die Modellierung des Interfaces zwischen den Komponenten basiert auf mehrachsigen Zuständen und erfordert eine entsprechende Charakterisierung.
Schlagwörter: Technische Mechanik; Mikromechanik; Experimentelle Mechanik; Multiskalensimulation; Homogenisierung; Prozessimulation; Phasenfeldtheorie; Composite; Fluid-Struktur-Interkation
Schriften des Lehrstuhls für Technische Mechanik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken M.Sc., Paderborn
Band 2019,4
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