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Tutorial MenueEigenschaften von PolymerenLerneinheit 4 von 7

Werkstoffprüfung: Mechanische Eigenschaften von Polymeren

Bestimmung mechanischer Eigenschaften realer Festkörper

Reale Festkörper sind viskoelastisch. Ihr mechanisches Verhalten weist einen elastischen und einen viskosen (plastischen) Anteil auf. Durch unterschiedliche Kombinationen von Hooke'schem und Newton'schem Modell lässt sich dieser Sachverhalt beschreiben. Die beiden einfachsten kombinierten Modelle sind das Maxwell-Modell und das Voigt-Kelvin-Modell (siehe Biographien: Voigt, Maxwell).

Maxwell-Modell

Das Maxwell-Modell kombiniert ein Dämpfungselement für den viskosen Anteil, mit einer Feder, die den elastischen Anteil erfasst. Beide Elemente sind in Serie geschaltet.

Die Gesamtdeformation ergibt sich aus der Summe der beiden Anteile:

γ gesamt = γ elast + γ viskos

Die Spannung ist dagegen gleich der Gesamtspannung, die jeweils an den einzelnen Elementen anliegt:

σ gesamt = σ elastisch = σ viskos
Abb.1
Maxwell-Modell

Voigt-Kelvin-Modell

Im Voigt-Kelvin-Modell sind Dämpfungselement und Feder parallel geschaltet:

Abb.2
Voigt-Kelvin-Modell

Die Deformation von Feder und Dämpfungselement ist in dieser Anordnung gleich, während sich die Spannungen addieren:

γ gesamt = γ elastisch = γ viskos
σ gesamt = σ elastisch + σ viskos

Das mechanische Verhalten eines realen viskoelastischen Körpers kann nur durch Modelle korrekt beschrieben werden, die mindestens eine Feder in Serienschaltung mit einem Voigt-Kelvin-Element oder ein Maxwell- und ein Voigt-Kelvin-Element in Serienschaltung enthalten.

Die Gesamtverformung eines viskoelastischen Körpers setzt sich somit aus einem irreversiblen zeitabhängigen viskosen, einem reversiblen zeitunabhängigen elastischen und einem reversiblen zeitunabhängigen viskoelastischen Anteil zusammen.

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