Bruchmechanik ternärer Polymermischungen: Mehrskalenmodellierung unter Berücksichtigung verarbeitungsinduzierter Morphologieeffekte
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des gesamten Vorhabens war es, für die technisch weit verbreitete Materialkasse thermoplastischer Mischungen aus Polycarbonat (PC) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) Zusammenhänge zwischen der komplexen Mikrostruktur und dem Deformations- und Bruchverhalten aufzuklären. Hauptsächlich wurden dazu mehrskalige kontinuumsmechanische Modellierungen und Finite-Elemente-Simulationen eingesetzt, in geringerem Umfang aber auch eigene experimentelle Untersuchungen zur Generierung einer verlässlichen kohärenten Datenbasis. Besondere Herausforderungen stellten dabei die adäquate konstitutive Beschreibung der einzelnen Phasen auf der Mikroebene sowie die Modellierung der Mischungsmorphologie dar, wozu eine Reihe unterschiedlicher Zugänge analysiert und verglichen wurden. Zwar konnten (insbesondere aus der umfangreichen Literatur vorliegende) experimentelle Befunde wie z.B. der, dass das bruchmechanische Verhalten von PC/ABS-Mischungen nur im Bereich hoher Spannungsmehrachsigkeiten und hoher Belastungsgeschwindigkeiten günstiger ist als das der einzelnen reinen Mischungsbestandteile, bestätigt und mikroskopische Deformations- und Versagensmechanismen analysiert werden. Jedoch zeigte sich auch ein starker Einfluss der verschiedenen konstitutiven Annahmen (z.B. Homogenisierung) sowie der numerischen Techniken (Diskretisierung, Elementtyp) und der Mikrostrukturmodellierung (Zellmodell, RVE). Dies bedeutet, dass im Fall der komplexen Werkstoffklasse der PC/ABS-Mischungen noch große Unsicherheiten bzgl. einer adäquaten skalenüber-greifenden (”bottom-up”) Modellierung des Deformations- und insbesondere des Bruchverhaltens bestehen, und dass alternative, das selbe Material betreffende Modellierungszugänge noch nicht unbedingt zu konkruenten Ergebnissen führen. Dennoch ist angesichts der Vielzahl gewonnener Erkenntnisse und Erfahrungen sowie der Heranführung des wissenschaftlichen Nachwuchses an aktuelle werkstoffmechanische Fragestellungen und Untersuchungstechniken im Rahmen einer Dissertation und mehrerer Masterarbeiten das Vorhaben als Erfolg zu bewerten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Comparison of dilatant plasticity models in application to rubber‐toughened polymers. PAMM, 16(1), 349-350.
Hund, Jonas; Naumann, Johanna & Seelig, Thomas
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Multiscale modeling of thermoplastic PC/ABS blends. PAMM, 17(1), 417-418.
Hund, Jonas & Seelig, Thomas
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An experimental and constitutive modeling study on the large strain deformation and fracture behavior of PC/ABS blends. Mechanics of Materials, 124, 132-142.
Hund, J.; Naumann, J. & Seelig, Th.
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Application of different plasticity models to PC/ABS blends within micromechanical approaches. PAMM, 19(1).
Hund, Jonas & Seelig, Thomas
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Characterization and modelling of PC/ABS blends. Dissertation, Karlsruhe Institute of Technology. ISBN 978-3-7315-1157-1
Hund, J.
