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Die vorliegende Arbeit behandelt die analytische und numerische Identifikation einer mesomechanischen Kinematik in gewebeverstärkten Einzellagen sowie deren Validierung über die Strukturdynamik von flachen stabförmigen Probekörpern aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Unter der Voraussetzung, dass das wiederholte Wirken der Kinematik Energie dissipiert, trägt sie bei zyklischer viskoelastischer Deformation zusätzlich zur reinen viskoelastischen Werkstoffdämpfung in gewebeverstärkten Einzellagen bei.
Die analytischen und numerischen Untersuchungen beschränken sich auf die Betrachtung des ebenen, zweidimensionalen Zusammenhangs einer vollständigen Ondulation bzw. einer repräsentativen Sequenz in Dickenrichtung. Zur Parameteridentifikation werden die geometrischen Abmessungen in definierten Schritten variiert. Dafür wird der Grad der Ondulation in gewebeverstärkten Einzellagen Õ=A/L als dimensionslose Kennzahl eingeführt. Zur Validierung der dämpfungserhöhenden Wirkung der in den analytischen und numerischen Untersuchung identifizierten mesomechanischen Kinematik in gewebeverstärkten Einzellagen werden in experimentellen strukturdynamischen Untersuchungen frei abklingende Transversalschwingungen von einseitig fest eingespannten Probekörpern untersucht. Im Detail werden flache stabförmige Probekörper aus kohlenstofffaserverstärktem Epoxidharz mit Lagenaufbauten aus 0°-unidirektionalen und gewebeverstärkten Einzellagen untersucht. Die Ergebnisse der experimentellen strukturdynamischen Untersuchungen dienen schließlich der Validierung des analytischen Modells und der numerischen Berechnungen. Die dämpfungserhöhende Wirkung der identifizierten mesomechanischen Kinematik wird schließlich in Abhängigkeit des eingeführten Grades der Ondulation Õ quantifiziert.
Anatomical differences between individuals are often neglected in musculoskeletal models, but they are necessary in case of subject-specific questions regarding the lumbar spine. A modification of models to each subject is complex and the effects on lumbar loading are difficult to assess. The objective of this thesis is to create a validated musculoskeletal model of the human body, which facilitates a subject-specific modification of the geometry of the lumbar spine. Furthermore, important parameters are identified in sensitivity studies and a case study regarding multifidus muscle atrophy after a disc herniation is conducted. Therefore, a generic model is heavily modified and a semi-automatic process is implemented. This procedure remodels the geometry of the lumbar spine to a subject-specific one on basis of segmented medical images. The resulting five models are validated with regard to the lumbar loading at the L4/L5 level. The influence of lumbar ligament stiffness is determined by changing the stiffness values of all lumbar ligaments in eleven steps during a flexion motion. Sensitivities of lumbar loading to an altered geometry of the lumbar spine are identified by varying ten lumbar parameters in simulations with each model in four postures. The case study includes an analysis of the loading of the multifidus muscle and of the lumbar discs throughout various stages of disc herniation. This time each model performs four motions with two different motion rhythms. The results indicate that lumbar motion and loading is dependent on lumbar ligament stiffness. Furthermore, subject-specific modelling of the lumbar spine should include at least the vertebral height, disc height and lumbar lordosis. The results of the case study suggest that an overloading of the multifidus muscle could follow disc herniation. Additionally, a subsequent atrophy of the muscles could expose adjacent levels to an increased loading, but these findings are highly dependent on the individual.