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Hysteresismessungen an Partikelschäumen: Erstellung eines Modells zur Simulation der Mitteldehnung bei dynamischer Ermüdung

Partikelschäume bestehen aus vielen miteinander verschweißten Schaumpartikeln. Vorteil von Partikelschäumen ist, dass vergleichsweise einfach leichte Formteile mit äußerst komplexer Geometrie hergestellt werden können. Die Dichte der Formteile kann in einem breiten Bereich variiert werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Formteile an die jeweilige Anwendung spezifisch angepasst werden können.

Expandiertes Polypropylen (EPP) als teilkristalliner Partikelschaum und expandierbares Polystyrol (EPS) als amorpher Partikelschaum haben zurzeit für Konstruktionsanwendungen die größte Bedeutung und werden in der Praxis häufig statisch belastet. Partikelschäume drängen aber zunehmend in Anwendungsbereiche vor wo dynamische Belastungssituationen über einen langen Zeitraum herrschen. Beispiele im Auto sind Pralldämpfer, Dachholme und Armlehnen aus EPP.

Die besondere Morphologie der Partikelschäume stellt bei der Vorhersage der mechanischen Eigenschaften von daraus hergestellten Formteilen bei dynamischer Belastung eine Herausforderung dar. Formteile bestehen aus einem komplexen Netzwerk von verschweißten Partikeln und Hohlräumen (sog. Zwickel). Die mechanischen Eigenschaften des Formteils werden von den individuellen Eigenschaften der Schaumpartikel aber auch maßgeblich durch die Verschweißung der Partikel bestimmt. Individuelle Schaumpartikel bestehen aus Zellstegen und Zellwänden, welche unter dynamischer Belastung ausknicken, sich verbiegen oder brechen können. Eingeschlossenes Zellgas beeinflusst dabei zusätzliche die Steifigkeit der Partikelschäume in Abhängigkeit vom Deformationsgrad sowie der Belastungsgeschwindigkeit.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, für EPS und EPP bei gleicher Dichte von 30 kg/m3 Kennlinienveränderungen bei dynamischer Belastung unterschiedlicher Mittelspannung und Amplitude mittels Hysteresismessungen differenziert zu erfassen sowie auftretende Veränderungen in der Mitteldehnung mittels generalisierten Kelvin-Voigt-Modellen phänomenologisch zu beschreiben.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Jan-Hendrik Keller

Jan-Hendrik Keller
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Technische Universität Bayreuth

Informationen

Freie Schlagwörter: Dynamische Ermüdung, Partikelschaum, Hysteresismessung, Simulation der Mitteldehnung
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Bayreuth
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Professor Dr.-Ing. Volker Altstädt, Professor Dr.-Ing. Maik Gude
Erscheinungsjahr: 2019
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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