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  5. Accounting for viscoelastic effects in a multiscale fatigue model for the degradation of the dynamic stiffness of short-fiber reinforced thermoplastics
 
  • Details
2023
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

Accounting for viscoelastic effects in a multiscale fatigue model for the degradation of the dynamic stiffness of short-fiber reinforced thermoplastics

File(s)
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Hauptpublikation
s00466-022-02246-y.pdf
CC BY 4.0 International
Format: Adobe PDF
Size: 2.72 MB
TUDa URI
tuda/12317
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-282055
DOI
10.26083/tuprints-00028205
Autor:innen
Magino, Nicola
Köbler, Jonathan
Andrä, Heiko
Welschinger, Fabian
Müller, Ralf
Schneider, Matti ORCID 0000-0001-7017-3618
Kurzbeschreibung (Abstract)

Under fatigue loading, the stiffness decrease in short-fiber reinforced polymers reflects the gradual degradation of the material. Thus, both measuring and modeling this stiffness is critical to investigate and understand the entire fatigue process. Besides evolving damage, viscoelastic effects within the polymer influence the measured dynamic stiffness. In this paper, we study the influence of a linear viscoelastic material model for the matrix on the obtained dynamic stiffness and extend an elastic multiscale fatigue-damage model to viscoelasticity. Our contribution is two-fold. First, we revisit the complex-valued elastic models known in the literature to predict the asymptotic periodic orbit of a viscoelastic material. For small phase shifts in an isotropic linear viscoelastic material, we show through numerical experiments that a real-valued computation of an “elastic” material is sufficient to approximate the dynamic stiffness of a microstructure with a generalized Maxwell material and equal Poisson’s ratios in every element as matrix, reinforced by elastic inclusions. This makes standard solvers applicable to fiber-reinforced thermoplastics. Secondly, we propose a viscoelastic fatigue-damage model for the thermoplastic matrix based on decoupling of the time scales where viscoelastic and fatigue-damage effects manifest. We demonstrate the capability of the multiscale model to predict the dynamic stiffness evolution under fatigue loading of short-fiber reinforced polybutylene terephthalate (PBT) by a validation with experimental results.

Freie Schlagworte

Viscoelastic homogeni...

Fatigue damage

Multiscale model

Dynamic stiffness

Fiber-reinforced ther...

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Fachgebiete der Mechanik > Fachgebiet Kontinuumsmechanik
DDC
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Computational Mechanics : Solids, Materials, Complex Fluids, Fluid-Structure-Interaction, Biological Systems, Micromechanics, Multiscale Mechanics, Additive Manufacturing
Startseite
493
Endseite
515
Jahrgang der Zeitschrift
71
Heftnummer der Zeitschrift
3
ISSN
1432-0924
Verlag
Springer
Ort der Erstveröffentlichung
Berlin ; Heidelberg
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2023
Verlags-DOI
10.1007/s00466-022-02246-y
PPN
528642715

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