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December 2024
eBook (PDF)
Peter Lenz
Homogenization of heterogeneous materials considering curing, non-local integral damage and elasto-plasticity
Hybride Strukturelemente, die die Vorteile von Verbundwerkstoffen hervorheben und gleichzeitig die Nachteile minimieren, werden häufig mit Hilfe von intrinsischen Fertigungsverfahren hergestellt. Aus einer unausgehärteten Matrix durchläuft ein Harz-Härter-Gemisch einen temperaturempfindlichen Polymerisationsprozess, der die Matrix festigt und mechanische, thermische sowie chemische Eigenschaften beeinflusst. Der Aushärtungsprozess birgt Herausforderungen, wie thermisch und chemisch induzierte Eigendehnungen, die zu einer anfänglicher Schädigung des Verbundwerkstoffes führen können. Während der Lebensdauer kann der Polymerpart plastischer Verformung ausgesetzt sein.
Dies stellt diese Arbeit vor verschiedenen Herausforderungen bei der Modellierung heterogener Materialien. Um die Auswirkungen der Aushärtung auf die effektiven mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften auf allen Skalen zu erfassen, wird ein Drei-Skalen-Framework für die Polymeraushärtung von Verbundwerkstoffen bei kleinen und großen Verformungen eingeführt. Hier wird der Polymerisationsprozess als ein System aus mehreren wachsenden Kugeln modelliert. Es ist bekannt, dass die Modellierung von Schädigung zu netzabhängigen Simulationsergebnissen führen kann. Eine Reduktion dieser Abhängigkeit erfolgt durch eine nicht-lokalen integrale Formulierung. Um zukünftig elasto-plastische Effekte von polymeren Verbundwerkstoffen berücksichtigen zu können, wird eine implizite inkrementelle Homogenisierungsmethode entwickelt.
Dies stellt diese Arbeit vor verschiedenen Herausforderungen bei der Modellierung heterogener Materialien. Um die Auswirkungen der Aushärtung auf die effektiven mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften auf allen Skalen zu erfassen, wird ein Drei-Skalen-Framework für die Polymeraushärtung von Verbundwerkstoffen bei kleinen und großen Verformungen eingeführt. Hier wird der Polymerisationsprozess als ein System aus mehreren wachsenden Kugeln modelliert. Es ist bekannt, dass die Modellierung von Schädigung zu netzabhängigen Simulationsergebnissen führen kann. Eine Reduktion dieser Abhängigkeit erfolgt durch eine nicht-lokalen integrale Formulierung. Um zukünftig elasto-plastische Effekte von polymeren Verbundwerkstoffen berücksichtigen zu können, wird eine implizite inkrementelle Homogenisierungsmethode entwickelt.
Keywords: mean-field homogenization; curing of polymers; non-local integral damage; multiscale modeling; constitutive modeling
Schriften des Lehrstuhls für Technische Mechanik
Edited by Prof. Dr.-Ing. Rolf Mahnken M.Sc., Paderborn
Volume 2024,1
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Print version: 978-3-8440-9730-6
DOI 10.2370/9783844098303
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