Modellierung des thermo-mechanischen Langzeitverhaltens von Thermoplasten
Klaus Küsters
Mit dem zunehmenden Einsatz von Kunststoffen in technischen Anwendungen gewinnen Methoden zur rechnergestützten Bauteilauslegung verstärkt an Bedeutung. Das mechanische Werkstoffverhalten von thermoplastischen Kunststoffen wird dabei als nichtlinear viskoelastisch charakterisiert und wird u.a. beeinflusst durch die Höhe und Art der Belastung, die Belastungsdauer und die Belastungsvorgeschichte. Zusätzlich wirken sich Umgebungseinflüsse wie bspw. die Temperatur signifikant auf das mechanische Verhalten aus. In dieser Arbeit steht das Langzeitverhalten unter wechselnden thermischen Randbedingungen im Fokus der Betrachtungen. Dazu wird eine Modellierung des temperaturabhängigen Langzeitverhaltens von thermoplastischen Kunststoffen entwickelt und in eine FEM-Software implementiert. Neben der reinen Modellbildung ist die Ermittlung geeigneter Kennwerte bzw. Modellparameter ein Schwerpunkt dieser Arbeit.
Dabei wird das Prinzip der Zeit/Temperatur-Verschiebung genutzt, um den notwendigen experimentellen Aufwand zur Ermittlung von Langzeitkennwerten durch geeignete Temperaturführung zu reduzieren. Als weiterer Aspekt wird ausführlich auf die Unterschiede der betrachteten Werkstoffe hinsichtlich ihres thermorheologischen Verhaltens eingegangen. Es wird ein Modell vorgestellt, mit dem das thermorheologisch komplexe Werkstoffverhalten teilkristalliner Thermoplaste korrekt beschrieben wird.
