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Viskoelastizität und Kriechen bei Kunststoffen

Nach einer kurzen Einführung in das physikalische Verhalten von Kunststoffen und deren Klassifikation, lernen Sie die Grundlagen der linearen Viskoelastizität mit praxisnahen Anwendungen sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich. Die bei Kunststoffen üblicherweise stark ausgeprägte Temperatur- und Frequenzabhängigkeit wird dabei berücksichtigt. Die phänomenologischen Kriechansätze für Kunststoffe werden ausführlich diskutiert. Ein besonderes Augenmerk kommt der Ermittlung der Materialparameter aus verfügbaren Quellen (z. B. Campus-Datenbank) bzw. aus Versuchen zu. Letztere umfassen das Curve-Fitting zu Kriech- und Relaxationsversuchen ebenso wie die geeignete Verarbeitung frequenzabhängiger Materialparameter aus DMA-Tests (Dynamic Mechanical Analysis). Viskoplastizität bei Kunststoffen wird mit Blick auf die Lebensdauerbewertung unter zyklischer Beanspruchung adressiert. Die Vermittlung des Fachwissens zur Steuerung nichtlinearer FE-Analysen von Kunststoffen ist ebenso integraler Bestandteil dieses Seminars.


  • Welche physikalischen Effekte charakterisieren Kunststoff?
    • Phänomenologie des Kunststoffverhaltens
    • Unterschied Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere
    • Einfluss von Temperatur und Ratenabhängigkeit
    • Materialverhalten beim Glasübergang
    • Relaxation und Retardation
    • Übung: Skiclip - Vergleich linear-elastisch und viskoelastisch
  • Lineare Viskoelastizität im Zeitbereich
    • Unterschied lineare Elastizität und lineare Viskoelastizität
    • Materialbeschreibung über Schub- und Kompressionsrelaxation
    • Pronyreihen-Darstellung mit Maxwell-Elementen
    • Zusammenhang zwischen zeitabhängigen Materialkonstanten
    • Übung: Spannungsrelaxation am Beispiel eines Schnapphakens
    • Übung: Vergleich der FEM Lösung mit der analytischer Berechnung
  • Viskoelastische Parameter aus zeitabhängigen Experimenten
    • Versuchsdurchführung und Materialdatenbanken
    • Bestimmung der Prony Parameter in ANSYS
    • Empfehlungen für einen erfolgreichen Curve Fit
    • Übung: Curve Fit zur Parameterbestimmung in Mechanical APDL
    • Übung: Bestimmung der Pronyreihen-Parameter in ANSYS Engineering Data
  • Lineare Viskoelastizität im Frequenzbereich
    • Bedeutung von Speichermodul, Verlustmodul und Verlustfaktor
    • Hysterese - Phasenverschiebung zwischen Anregung und Systemantwort
    • Pronyreihen-Darstellung im Frequenzbereich
    • Relation Frequenzbereich und Zeitbereich
    • Übung: Aufbereitung von Messdaten (DMA) und Parameterbestimmung in ANSYS
    • Übung: Harmonische Analyse eines Dämpfers mit frequenzabhängigen Materialparametern
  • Frequenz und Temperatur sind dasselbe Phänomen
    • Modellierung von thermorheologisch einfachen Materialien
    • Definition der Masterkurve: Abbilden großer Relaxationszeitbereiche aus Kurzzeitversuchen
    • Shift-Funktion - Beziehung zwischen Relaxationszeit und Temperatur
    • Shift-Funktionen in ANSYS: Wiliam-Landel-Ferry (WLF) und Tool-Narayanaswamy (TN)
    • Übung: Bestimmung der Masterkurve und der WLF-Funktion aus experimentellen Daten
    • Übung: Veranschaulichen der Idee des Zeit-Temperatur-Verschiebungsprinzips im Zugversuch
  • Kriechen von Kunststoffen
    • Dehnratenabhängiges Werkstoffverhalten unter monotoner Last
    • Kriechansätze für direkte und indirekte Zeitabhängigkeit
    • Berücksichtigen der Temperatur
    • Kurvenanpassung von Kriechversuchen
    • Übung: Curve Fit von experimentellen Kriechdaten
    • Übung: Einfluss von Kriechgesetz und nichtlinearer Analyseeinstellungen am Beispiel einer Schraubzwinge
  • Zyklische Viskoplastizität bei Kunststoffen
    • Ratenabhängiges plastisches Verhalten
    • Charakterisierung und Kalibrierung des viskoplastischen Chaboche Modells
    • Lebensdauerbewertung bei nichtlinearer kinematischer Verfestigung
    • Übung: Rahmendichtung unter zyklischer Beanspruchung
  • Empfehlungen für die Auslegung von Kunststoffbauteilen
    • Dimensionierung gegen eine zulässige Spannung- oder kritische Grenzdehnung
    • Berücksichtigung der Temperatur, Alterung, Belastungsdauer durch Abminderungsfaktoren
    • Hysterese-Messverfahren und Schnellzerreißversuch
    • Bruchkriterien in Abhängigkeit von dem hydrostatischen Druck (parabolisch, konisch)
Allgemeine Informationen
Veranstaltung
Seminar
Voraussetzungen
Grundwissen in ANSYS Mechanical
Verwendete Software
ANSYS Mechanical
Vortragssprache
Deutsch
Sprache Unterlagen
Englisch
Referent
Mitarbeiter CADFEM
Dauer
2 Tag(e)

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