ISBN 9783843942300

978-3-8439-4230-0, Reihe Ingenieurwissenschaften

Joachim Strauch
Thermische Effekte in der Materialmodellierung von Polyamid 6 bei kurzzeitdynamischen Belastungsvorgängen

191 Seiten, Dissertation Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (2019), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen sind in der Regel stark temperaturabhängig. Bei der mechanischen Deformation von Kunststoffen können durch Energieumwandlungsprozesse bedingte thermische Effekte zu signifikanten Temperaturänderungen im Werkstoff führen. Diese Temperaturänderungen wiederum beeinflussen zu jedem Zeitpunkt das lokale Materialverhalten des Werkstoffs und können sich somit auf den gesamten Deformations- und Versagensprozess signifikant auswirken. Vor allem unter kurzzeitdynamischer Belastung ist wegen der nahezu adiabaten Bedingungen mit starken lokalen Temperaturerhöhungen im Werkstoff zu rechnen. Bei der strukturmechanischen Auslegung von kurzzeitdynamisch belasteten Kunststoffbauteilen werden thermische Effekte in der Regel nicht explizit berücksichtigt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zunächst die thermischen Effekte in Zug- und Schubversuchen an dem thermoplastischen Kunststoff Polyamid 6 (trocken) untersucht. Die umfangreichen Zugversuche deckten dabei den Temperaturbereich zwischen 25 °C und 120 °C und den Dehnratenbereich von 0,001 1/s bis 100 1/s ab. Neben einer lokalen Dehnungsmessung mittels Grauwertkorrelation erfolgte bei der Mehrzahl der Versuche die Erfassung der Probenoberflächentemperatur durch eine Infrarotkamera. Zur Bewertung der Zug-Druck-Asymmetrie wurden ergänzend noch quasistatische Druckversuche ohne Infrarotkamera durchgeführt. Basierend auf den Erkenntnissen aus der experimentellen Werkstoffcharakterisierung wurde ein phänomenologisches temperatur- und druckabhängiges elastisch-viskoplastisches Materialmodell entwickelt und in Form einer Benutzerroutine (Vumat) in die Finite-Elemente Software Abaqus/Explicit implementiert und validiert. Hervorzuhebende Eigenschaften des Materialmodells sind, dass es auch die verstärkten Eigenschaftsänderungen von Polyamid 6 im Glasübergangsbereich beschreibt sowie den Einfluss der thermischen Effekte mittels Energiequellterme berücksichtigt.