Thermo-rheologische Materialmodellierung von Kunststoffen mit nichtlinearen Stoffgesetzen

Im Rahmen des SFB TR / TRR 30 wird die Herstellung eigenverstärkter Polymerwerkstoffe, Teilprojekt A8, und die Verarbeitung zu Monocomposites, Teilprojekt A5, in unterschiedlichen Verfahren untersucht. Ziel ist dabei, die Orientierung der Molekülketten in der Art zu beeinflussen, dass Strukturbauteile mit gradierten Eigenschaften auf Basis dieser Werkstoffe entstehen.

Als Festkörper, unterhalb der Glasübergangstemperatur, bestehen glasige Polymere aus einer Anzahl von Polymerketten, die auf mikroskopischer Ebene ein Netzwerk bilden. Unter äußerer Beanspruchung richten sich diese Ketten in gewisser Hinsicht aus, was zu einer Evolution der makroskopischen anisotropen Materialeigenschaften führt. Abb. 1.a und 2.a zeigen experimentelle Ergebnisse zur induzierten Anisotropie in Polycarbonat Folien, die in Kooperation mit TP A8 entstanden sind. Es ist zu erkennen, dass die mikrostrukturelle Ausrichtung der Molekülketten einen drastischen Einfluss auf die makroskopischen Eigenschaften des anfänglich isotropen Materials hat. In der Vorbelastung zeigt das Material ein inhomogenes Verhalten, Abb. 1.b, während anisotropes und homogenes Materialverhalten charakteristisch für die Nachbelastung ist, siehe Abb. 2.b.

Die Materialrichtung ist hierbei durch einen Winkel α zwischen der Richtung der Vorbelastung und der Nachbelastung charakterisiert. Für die Materialmodellierung, welche Basis für realitätsnahe FE-Simulationen ist, wird ein neuer Ansatz mit Wichtungsfunktionen zur Beschreibung des Dehn-Verfestigung/Entfestigungs-Verhaltens in Abhängigkeit der Materialrichtung eingeführt. FE-Simulationen sind in den Abb. 1.c und 2.c dargestellt.

Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG, Sonderforschungsbereich SFB/TR TRR 30