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Oral-Poster-Präsentation

Charakterisierung mechanischer Materialermüdung mittels Fourier-Transformation der Schubspannung

Tuesday (03.12.2019)
12:25 - 12:30 Uhr

Die Materialermüdung von spröden Polymeren (Polystyrol, PS, Polymethylmethacrylat, PMMA und Styrol-Acrylnitril, SAN) unter einer oszillierenden Belastung (Deformationskontrolliert) in Torsion und Zugdehnung wurde kontinuierlich mittels Fourier Transformation (FT) der Schubspannung analysiert. Die Tests wurden mit rechteckigen Proben mit einer Einkerbung bei Raumtemperatur durchgeführt und Änderungen in den Proben wie z.B. Risse mit einer Videokamera visualisiert. Da die Proben mit großen oszillierenden Deformationen (Large Amplitude Oscillatory Shear, LAOS) belastet wurden, konnte eine nichtlineare Schubspannung beobachtet werden. Höhere Obertöne in der Schubspannung wurden mittels FT detektiert und quantifiziert. Die Analyse basiert auf der Idee, mechanische Materialermüdung mittels des zeitabhängigen Verlaufs der linearen (Speicher- und Verlustmodul) sowie der nichtlinearen (FT Koeffizienten) Parametern in der Schubspannung zu beobachten und besser zu verstehen. Dies dient dazu, die Lebensdauer der Proben genauer vorherzusagen oder das Auftreten eines Risses zu detektieren. Während eines Versuches nahmen die linearen Parameter monochronisch ab, wohingegen die Intensität des nichtlinearen Parameters I3/1 (der erste ungeraden Oberton, I3, normalisiert auf die Grundschwingung, I1) mit fortschreitender Testdauer zunahm. In Torsion konnte zusätzlich ein drastischer Anstieg der I2/1 (der erste gerade Oberton, I2, normalisiert auf die Grundschwingung, I1) Intensität mit dem Auftauchen von Rissen in der Probe korreliert werden. Sowohl in Torsion als auch in Zugdehnung nimmt der nichtlineare Parameter I3/1 nach einer Einschwingphase linear mit der Lastspielzahl N zu (dI3/1/dN = konst.), bevor I3/1 nach der Initiierung eines Risses schnell zunimmt. Die Ergebnisse zeigen eine starke Korrelation zwischen der I3/1 Steigung (dI3/1/dN) und der Lastspielzahl bis zum Versagen der Probe. Die Analyse des zeitabhängigen Verlaufs der linearen sowie der nichtlinearen (I2/1 und I3/1) Parametern wird als neues Konzept vorgeschlagen, um Risse zu detektieren, sowie die Lastspielzahl bis zum Versagen der Probe genauer vorherzusagen.

Sprecher/Referent:
Dr. Valerian Hirschberg
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Denis Rodrigue
    Université Laval
  • Prof. Dr. Manfred Wilhelm
    Karlsruher Institut für Technologie (KIT)