Zeitabhängiges mechanisches Werkstoffverhalten Grundlagen, Experimente, Rechenverfahren für die Praxis

Die Beurteilung .. des mechanischen Verhal tens eines Bauteils oder Konstruktionselements urnfaBt im wesentlichen die Analy­ se der Beanspruchungen und den Festigkeits- bzw. Sicherheits­ nachweis. Hierzu sind vorallem dem Werkstoff angepaBte Stoff­ gesetze und Stoffgleichungen sowie Anstrengungskriterien oder yersagensbedingungen erforderlich. Diese Anpassung stlitzt sich im allgerneinen auf die von der Werkstoffprlifung gelieferten experimentellen Ergebnisse liber das mechanische Werkstoffverhalten. Man kann jedoch durch V~rknlipfung von experimentellem Befund und geeigneten Modell­ vorstellungen sowie mit Hilfe von Rechenverfahren den experi­ mentellen Aufwand bei der Vielzahl der Konstruktionswerkstoffe und ihrer unterschiedlichen strukturellen Zustande verringern. So benotigt man bekanntlich flir einen linearelastischen, homo­ genen und isotropen Werkstoff z.B. nur den einachsigen Zug­ versuch und/oder den Schub- bzw. Torsionsversuch zur Bestim­ mung der flir die Festigkeitsberechnung mehrachsig, quasista­ tisch beanspruchter Bauteile erforderlichen Kennwerte. Neben diesem idealen Verhalten zeigen aber reale Konstruk­ tionswerkstoffe wie Polymerwerkstoffe, die in dieser Arbeit exemplarisch behandelt werden sollen, im allgemeinen nicht­ lineare Spannung-Verformung-Beziehungen, unterschiedliches Ver­ halten gegenliber Zug- und Druckbeanspruchung schon im isotro­ pen Fall sowie im Gegensatz zu duktilen metallischen Werk- 2 stoffen plastische Kompressibilitat. Damit verbunden ist je nach Einsatz eine Abhangigkeit des Werkstoffverhaltens von der Beanspruchungszeit und/oder von der Verformungsgeschwin­ digkeit. Dieses Werkstoffverhalten kann mit den ublichen und im wesentlichen fur ideale Stoffe geltenden Rechenmethoden der linearen Elastizitats- bzw. Viskoelastizitatstheorie sowie mit den aus dem quadratischen plastischen potential folgenden Stoffgleichungen nicht mehr beschrieben werden. Daruber hinausgehende Formulierungen sind meistens sehr kom­ pliziert und die experimentelle Ermittlung der hierzu erfor­ derlichen Stutzwerte bzw. -funktionen ist sehr aufwendig.