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Verhalten von zeitabhängigen Materialien unter periodischen mechanischen Belastungen

Es wird ein theoretisches Modell zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens von periodisch belasteten Polymermaterialien vorgestellt. Basierend auf der Kenntnis des zeitabhängigen Verhaltens der Materialien kann die Lebensdauer von polymeren Bauteilen vorhergesagt werden.

Hauptursache für den Bruch periodisch belasteter Polymermaterialien sind zwei verschiedene Versagensmechanismen, die jeweils beide die Folge ihres zeitabhängigen Verhaltens sind. Entweder ist dies die lokale Überhitzung des Materials, welche eine drastische Verringerung der mechanischen Eigenschaften des Materials bewirkt und schließlich zum Bruch führt, oder es überwiegt der Prozess der Deformationsakkumulation, der zur Erhöhung der Steifigkeit des Materials, zu Rissbildung und letztendlich zum Bruch des Materials führt.

Das Ziel der Forschungsarbeit dieser Dissertation war es, den theoretischen Ansatz zur Analyse der Deformationsakkumulation in periodisch belasteten Antriebsriemen weiterzuentwickeln und zu generalisieren. Die entwickelte Methodik der Deformationsakkumulation geht von bestimmten Arten von Belastungsbedingungen wie sinusförmige-, dreieck- oder sägezahnförmige Belastung in Bezug auf die Scherspannung aus und berücksichtigt das zeitabhängige Verhalten von Polymeren, ausgedrückt durch deren Retardationsspektrum.

Eines der wichtigsten Ergebnisse dieser Forschungsarbeit ist das Auffinden von kritischen Betriebsbedingungen zyklisch belasteter Antriebsriemen, unter denen sich die Deformationsakkumulation des Materials besonders stark auswirkt. Die Ergebnisse zeigen ebenfalls, dass diese kritischen Betriebsbedingungen in hohem Maße von den zeitabhängigen Materialeigenschaften abhängen. Da der den kritischen Betriebsbedingungen entsprechende Frequenzbereich ebenfalls vom Retardationsspektrums abhängt, bedeutet eine Veränderung des Retardationsspektrums auch eine veränderte Lage des kritischen Frequenzbereiches.

Die Anwendbarkeit des vorgestellten Modells erfordert Verbesserungen herkömmlicher Messsysteme zur Charakterisierung der zeitabhängigen Materialeigenschaften. Dazu wurden ein Algorithmus zur Berechnung der mechanischen Spektren und ein Modell zur Deformationsakkumulation entwickelt.

Mit Hilfe des Modells zur Deformationsakkumulation konnten kritische Betriebsbedingungen vorhergesagt und Aussagen zur Eignung von unterschiedlichen Materialien für Antriebsriemen getroffen werden.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com

Barbara Zupancic
Center for Experimental Mechanics
University of Ljubljana

Informationen

Freie Schlagwörter: Polymere, zeitabhängiges Materialverhalten, mechanisches Spektrum, periodische (zyklische) Belastung, Antriebsriemen, Ermüdungsverhalten, Deformationsakkumulation, Lebensdauerabschätzung
Institut / Lehrstuhl: Faculty of Mechanical Engineering, University of Ljubljana
Sprache: Englisch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Igor Emri (Mentor), Prof. Dr.-Ing. Boris Stok, Asst. Prof. Dr. George Mejak, Prof. Dr. Crispulo Gallegos
Erscheinungsjahr: 2011
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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