Thermomechanische Modellierung dünner Polymerschichten
Final Report Abstract
Am Kontakt zu Metallen können sich die mechanischen Eigenschaften von Polymeren signifikant ändern, es bilden sich Grenzschichten. Da die Dicke der Grenzschichten begrenzt ist, hängt das Verhalten einer Klebung von ihrer Schichtdicke ab. Im vorliegenden Projekt wurden Polyurethanklebungen auf Aluminiumsubstraten untersucht. Dazu wurden isotherme Zugversuche, Kriechversuche und Scherversuche in der für die Modellierung erforderlichen, hohen Präzision aufgebaut und bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. Anhand dieser Versuche konnte ein ausgeprägter Maßstabseffekt in der Form „dünner ist nachgiebiger“ nachgewiesen werden, der sich sowohl in der Grundelastizität als auch im viskoelastischen Verhalten des PU widerspiegelt. Um diese Effekte modellieren zu können, wurde ein kontinuumsmechanischer Ansatz um einen Strukturparameter mit einer eigenständigen Bilanzgleichung erweitert. Dieser Parameter steuert die lokalen Materialeigenschaften. Es wurde gezeigt, dass das Model in der Lage ist, das finit viskoelastische Verhalten von Klebungen unterschiedlicher Dicke bei verschiedenen Temperaturen in der Nähe des Glasübergangs zu beschreiben. Die Daten der isothermen Kriechversuche zeigen, daß das angenommene einfache Temperatur-Zeit-Verschiebungsverhalten für das Polyurethan und die Klebungen in Frage steht. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um die polymerphysikalischen Konsequenzen herauszuarbeiten und in die kontinuumsmechanische Modellierung zu überführen. Mit dem Aufbau der Biaxialversuche für Messungen bei Raumtemperatur wurde der erste Schritt in Richtung auf die Untersuchung dreidimensionaler Deformations- und Spannungszustände gegangen. Dies wäre fortzusetzen, wenn die erfolgreich realisierten, neuen theoretischen Modelle für die Behandlung techniknaher Probleme weiterentwickelt werden sollen.
Publications
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L. Krogh, T. Helfen, M. Johlitz, S. Diebels, W. Possart
