Modellierung und Simulation nichtlinear elektro-thermo-visko-elastischer EAPs (Electronic Electro-Active Polymers)

Modellierung und Simulation nichtlinear elektro-thermo-visko-elastischer EAPs (Electronic Electro-Active Polymers)

(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

Titel des Gesamtprojektes:
Projektleitung:
Projektbeteiligte:
Projektstart: 1. Januar 2014
Projektende:
Akronym:
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL:

Abstract

Das beantragte Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der numerischen Simulation und der Modellierung des Verhaltens von EEAPs (Electronic Electro-Active Polymers) unter dem Einfluss elektrischer Belastungen. Obwohl bereits Arbeiten vorliegen, die das Verhalten von EEAPs prinzipiell beschreiben, bedarf es noch weiterer Anstrengungen um die elektro-thermo-mechanische Wechselwirkung in einem Kontinuumskörper zu modellieren, der einerseits großen Formänderungen unterliegt und andereseits dem Einfluss des den Körper umgebenden Raums ausgesetzt ist. Zum Einen existieren derzeit keine thermodynamisch konsistenten Materialmodelle die gleichermaßen große Formänderungen, die nicht-lineare elektrische Polarisation, die Viskoelastizität und die temperaturabhängigen elektro-mechanischen Eigenschaften von EEAPs berücksichtigen. Zum Anderen gibt es derzeit keine Software, die das gleichzeitige Auftreten dieser multiphysikalischen Effekte in einer einheitlichen Simulationsumgebung erfassen kann. Weiterhin berücksichtigt der Großteil der EEAP-bezogenen Arbeiten in der Literatur nicht den Einfluss des einen Kontinuumskörper umgebenden Raums und kann daher lediglich zur Beschreibung kondensator-ähnlicher Strukturen, deren Dicke im Vergleich zu den übrigen geometrischen Abmessungen sehr klein ist, herangezogen werden. In diesem Forschungsvorhaben soll das Verhalten von EEAPs unter Berücksichtigung des elektro-thermo-visko-elastischen Verhaltens modelliert und mit Hilfe der Methode der finiten Elemente (FEM) und der Randelementmethode (BEM) simuliert werden. Die FEM wird hierbei verwendet, um die EEAP-Struktur zu beschreiben und die BEM soll verwendet werden, um den Einfluss des umgebenden Raums zu simulieren. Neben der numerischen Simulation der elektro-thermo-mechanischen Wechselwirkung in EEAPs soll ebenfalls die numerische Auswertung der materiellen Kräfte in EEAP-Strukturen mit Defekten unter Berücksichtigung elektro-thermo-visko-elastischer Effekte Anwendung finden. Materielle Kräfte können etwa in der Vorhersage der Rissausbreitung in EEAP-basierten Strukturen unter der Wirkung elektrischer Belastungen Verwendung finden.

Publikationen