Polymere Werkstoffe spielen heutzutage eine bedeutende Rolle im alltäglichen Leben. Ob als Verpackungsmaterial, Klebstoffe, Konstruktionswerkstoffe oder Dämpfer und Lager – das Einsatzspektrum von Polymeren ist weitläufig. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einer Untergruppe der Polymere – den Elastomeren – deren mechanische Werkstoffeigenschaften empfindlich durch Umwelteinflüsse wie das Umgebungsmedium, die Temperatur und Strahlung beeinflusst werden. Eine genaue Berechnung beziehungsweise mindestens eine gute Abschätzung des mechanischen Verhaltens eines Bauteils stellt daher nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen eine große Herausforderung und ein aktuelles Forschungsgebiet dar. Zur Simulation des Werkstoffverhaltens werden Materialmodelle benötigt. Aufgrund der großen Bandbreite – sowohl an Eigenschaften der unterschiedlichen Polymertypen als auch der auf sie wirkenden Umwelteinflüsse – existiert kein allgemeingültiges Materialmodell für Polymere, diese müssen folglich für Untergruppen entwickelt beziehungsweise auch auf das Interessenfeld der Simulation zugeschnitten werden. Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Ansatzes zur Materialmodellierung für aufquellende Elastomere, was vor allem im Hinblick auf die Simulation von Dichtungen einen möglichen Zugang zur Berechnung über die Finite-Elemente-Methode eröffnen soll. Die Modellierung der Materialeigenschaften erfolgt phänomenologisch und thermomechanisch konsistent unter Verwendung der kontinuumsmechanischen Theorie. Zu diesem Zwecke werden verschiedene thermomechanisch konsistente Modellierungsansätze für Elastomere besprochen und Unterschiede in bereits existierenden Materialmodellen aufgezeigt. Zentraler Bestandteil der Arbeit ist die thermomechanisch konsistente Herleitung der Clausius-Duhem-Ungleichung für einen quellenden Werkstoff. Wesentlich ist hierbei die beidseitige Kopplung zwischen mechanischem Werkstoffverhalten und der Konzentration des durch das Elastomer aufgenommenen Fluids. Die Ansätze aus der mathematischen Modellierung werden durch experimentelle gewonnene Daten untermauert. Hierzu werden typische Versuche zum mechanischen Verhalten eines gewählten Modellwerkstoffes durchgeführt. Ebenso sind Versuche zum Quellverhalten des Werkstoffes in einem geeigneten Fluid dargestellt. Die gekoppelten Effekte werden durch kombinierte Versuchsdurchführungen herausgearbeitet. Anhand der vorhandenen Messergebnisse erfolgt die Identifikation der im Modell vorhandenen Materialparameter. Das aufgestellte Materialmodell ist numerisch umgesetzt, wodurch Versuche und Simulationsergebnisse gegenübergestellt, diskutiert und validiert werden. Darüber hinaus ist ein möglicher Anwendungsfall des Modells skizziert und als Beispielrechnung dargestellt.    «

Polymere Werkstoffe spielen heutzutage eine bedeutende Rolle im alltäglichen Leben. Ob als Verpackungsmaterial, Klebstoffe, Konstruktionswerkstoffe oder Dämpfer und Lager – das Einsatzspektrum von Polymeren ist weitläufig. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einer Untergruppe der Polymere – den Elastomeren – deren mechanische Werkstoffeigenschaften empfindlich durch Umwelteinflüsse wie das Umgebungsmedium, die Temperatur und Strahlung beeinflusst werden. Eine genaue Berechnung beziehungsweise mi...    »