Refine
Document Type
- Doctoral thesis (2)
Has Fulltext
- yes (2)
Is part of the Bibliography
- no (2)
Language
- German (2)
Keywords
- Schädigungsmodell (2) (remove)
Institute
Für Polymerbauteile hat sich in der industriellen Anwendung das pulverbettbasierte selektive Lasersintern etabliert. Durch den schichtweisen Aufbau können hochkomplexe Geometrien fügestellenfrei gefertigt und Funktionen direkt bei der Fertigung integriert werden. Durch fertigungstechnologische Grenzen sind additiv gefertigte Bauteile jedoch noch nicht auf dem Niveau von konventionell hergestellten und stehen vor der großen Herausforderung als Konstruktionswerkstoff Anwendung zu finden. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Anwendung eines Berechnungsmodells für additiv gefertigtes Polyamid 12, das das Material- und Schädigungsverhalten unter quasistatischen und zyklischen Beanspruchungen abbildet, unter Berücksichtigung der fertigungstechnologischen Gegebenheiten. Die vorliegende Dissertationsschrift widmet sich dabei zunächst einer systematischen experimentellen Materialcharakterisierung. Den Grundbaustein dafür bildet die Materialklassifizierung in Abhängigkeit der Gleichgewichtszustände, gefolgt von quasistatischen und zyklischen Versuchen. Um Kenntnisse über das Materialgefüge zu erlangen, werden die Untersuchungen durch Mikrostrukturanalysen mittels Refraktions- und Computertomographie-Untersuchungen ergänzt. Auf dieser Grundlage folgt die phänomenologische Materialmodellierung, mit dem Fokus auf die elastisch-viskoplastische Materialtheorie und der Kopplung mit einem Modell der Schädigungsmechanik. Die Basis liefern Modellierungsansätze, die bisher zumeist für metallische Werkstoffe Anwendung fanden und in der vorliegenden Arbeit adaptiert und weiterentwickelt werden. Die Umsetzung durch ein Konstitutivmodell umfasst isotrope und kinematische Verfestigung sowie statische und dynamische Erholung. Für die Prognose des Schädigungsverhaltens werden Porenwachstum, -nukleation sowie Kolaeszenz beachtet. Die Modellparameter werden mittels Sensitivitätsanalyse und Optimierung anhand der Versuchsdaten des Polyamid 12 identifiziert und validiert. Die Verifikation des entwickelten Berechnungsmodells mit Versuchen, die nicht für die Parameteridentifizierung verwendet werden, zeigt, dass das reale Material- und Schädigungsverhalten von Polyamid 12 mit hoher Genauigkeit abgebildet wird.
Die Arbeit stellt ein viskoelastisches Schädigungsmodell für ein hochgefülltes Reaktionsharz vor, das zur Verpackung elektronischer Bauteile eingesetzt wird. Durch Kopplung mit einem isotropen Schädigungsmaß lassen sich aus dem linear viskoelastischen Materialverhalten des Kunststoffs die Materialgleichungen des Schädigungsmodells ableiten. Die Schädigungsparameter werden in dehnungsgesteuerten Zyklusversuchen charakterisiert. Unter Verwendung des Newton-Raphson-Verfahrens kann das abgeleitete Schädigungsmodell numerisch stabil in ein FE-Programm implementiert werden. Zur Untersuchung der Schädigungslokalisation wird für eine geeignete Demonstrator-Geometrie das Schädigungsfeld simuliert und experimentell durch Grauwert-Korrelation nachgewiesen. Durch das Schädigungsmodell lässt sich die Lebensdauer des gefüllten Kunststoffs unter zyklischer Belastung vorhersagen. Durch Übereinstimmung mit dem bekannten Coffin-Manson-Modell kann das vorgestellte Schädigungsmodell verifiziert werden.