Wissenschaftliche Schwerpunkte

Wissenschaftliche Schwerpunkte der Professur für Mechanik

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.

Fahrzeug- und Mehrkörpersimulation

Um das dynamische Verhalten von Fahrzeugen simulieren zu können, werden Fahrzeugmodelle meist als Mehrkörpersysteme abgebildet, die aus starren und linear elastischen Körpern bestehen. Die Körper sind untereinander durch ideale Gelenke und lineare oder nichtlineare Kraftelemente verbunden. Je nach Anwendungsgebiet werden auch aufwändigere physikalische Komponentenmodelle benötigt. Hierzu zählen zum Beispiel Modelle für Stoßdämpfer, welche die Temperaturabhängigkeit und die Energiedissipation berücksichtigen, physikalische Modelle für Luftfedern, -dämpfer und Luftfederdämpfer oder auch Modelle für Hydro- und Elastomerlager, welche das frequenz- und amplitudenabhängige Verhalten korrekt abbilden sowie mathematische Modelle für Fahrer. Experimentelle Prüftechnik sowie das Mehrkörpersimulationsprogramm ADAMS sind am Institut vorhanden.

Thermomechanik

Bei zahlreichen technischen Aufgabenstellungen treten Systeme auf, bei denen es zu mehr oder weniger ausgeprägten Kopplungen zwischen mechanischen und thermischen Größen kommt. Beispiele hierfür sind viskoelastische Polymere mit stark temperaturabhängigen Stoffeigenschaften wie zum Beispiel Elastomere, exotherm aushärtende Klebstoffe oder auch Komponenten von Fahrzeugen wie zum Beispiel Stoßdämpfer und Luftfedern. Das Forschungsgebiet, welches sich mit der Beschreibung derartiger Systeme beschäftigt, ist die Thermomechanik, welche ebenso ein Teilgebiet der Kontinuumsmechanik darstellt. Besonders wesentlich ist in diesem Zusammenhang die Verträglichkeit der mathematischen Werkstoff- oder Komponentenmodelle mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.