Materialtheorie und Kontinuumsmechanik

Um das Verhalten von Strukturen und Bauteilen mit der Methode der Finiten Elemente simulieren zu können, werden Modelle benötigt, welche die thermomechanischen Eigenschaften der zugrunde liegenden Werkstoffe beschreiben können. Dies sind mathematische Relationen, welche die funktionalen Zusammenhänge zwischen der aktuellen Spannung und der Deformations- sowie der Temperaturgeschichte herstellen.

Dabei ist es üblich, die Werkstoffe rein phänomenologisch in die Klassen Elastizität, Viskoelastizität, Plastizität und Viskoplastizität einzuteilen. Für jede dieser vier Materialklassen haben die Stoffmodelle eine bestimmte mathematische Struktur. Das Forschungsgebiet, welches sich mit der Formulierung von mathematischen Modellen zur Beschreibung von Werkstoffeigenschaften beschäftigt, ist die Materialtheorie, welche ein Teilgebiet der Kontinuumsmechanik darstellt. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Verträglichkeit der Materialmodelle mit den Grundgesetzen der Thermodynamik.

In diesem Rahmen werden am Institut für Mechanik Werkstoffmodelle für Elastomere, Polymere, Holz, Metalle und weitere moderne Konstruktionswerkstoffe entwickelt. Deren Aufgabe ist es, das Materialverhalten unter statischen und dynamischen mechanischen und thermischen Beanspruchungen sowie, je nach Anforderung, bei kleinen und bei großen Deformationen zu beschreiben. Die für entsprechende Untersuchungen notwendige Prüftechnik zur Ermittlung von temperaturabhängigen Spannungs-Dehnungs-Kennlinien unter Zug- und Torsionsbelastungen steht zur Verfügung. Ebenso sind am Institut die notwendigen Finiten Elemente Programme vorhanden.