Dr.-Ing. Ammar Al-Baldawi

Kurzbeschreibung:

Bei der Herstellung von Kunststoffen durchlaufen diese den flüssigen Zustand unter hohen Temperaturen, Drücken und Deformationsgeschwindigkeiten. Als Beispiel sei hier das Extrudieren von Kunststoffschmelzen genannt. Hierbei können verschiedene Materialien vermischt, sogenannte Additive und Stabilisatoren eingebracht und unerwünschte, flüchtige Komponenten entfernt werden. Weiterhin ist der Quetsch-Fließprozess, zur Herstellung von Verbundwerkstoffe zu nennen, der üblicherweise direkt nach dem Extrudieren stattfindet. Hier liegt das Matrixmaterial als flüssige Schmelze in Verbindung mit festen Phasen vor. Unter einachsigen Messungen zeigen solche Schmelzen nicht-lineare bzw. nicht-Newtonische Phänomene. Zu erwähnen sind das strukturviskose Verhalten, Normalspannungsdifferenzen sowie die Verfestigung und Entfestigung der Dehnviskosität bei hohen Dehngeschwindigkeiten, siehe Fig. 1. Ein weiteres außergewöhnliches Phänomen ist die Spannungsrelaxation. Letzteres wird unter dem Begriff Gedächtnis zusammengefasst und mit der Elastizität in Verbindung gebracht. Solche Gedächtniseigenschaften können mit einem Maxwell-Element modelliert werden. Dabei wird eine differentielle Formulierung bevorzugt, da nur die in der Zeit aktuellen Informationen zur Beschreibung des Zustandes gebraucht werden. In Verallgemeinerung des Maxwell-Modells werden sogenannte anisotrope Molekülbeweglichkeitstensoren nach Giesekus benutzt. Diese ermöglichen das Beschreiben von Strukturviskosität und Dehnverfestigung, siehe Fig. 1. Eine weitere Modellierungsmöglichkeit ist die Verallgemeinerung mittels der Netzwerktheorie bzw. dem Slip-Tensor. Die daraus gewonnenen Modelle sind ebenfalls Maxwell- bzw. Giesekus-artig und werden unter dem Namen PTT Modell zusammengefasst. Diese Modellfamilie kann mittels der Theorie der anisotropen Molekülbeweglichkeitstensoren zusammengefasst werden.

Das Ziel dieser Arbeit ist die Modifizierung des anisotropen Molekülbeweglichkeitstensors, um die Dehnentfestigung der Dehnviskosität ebenfalls beschreiben zu können. Darüber hinaus ist die Kopplung des viskoelastischen Materialmodells mittels eines SIMPLE bzw. PISO Verfahrens und eine VF- bzw. DEVSS-Stabilisierung der Impuls- und Kontinuitätsgleichung nötig, um im Rahmen einer finiten Volumenapproximierung und bei Verwendung dynamischer Netze mittels der ALE Methode die Simulation eines gesamten Herstellungszyklus von Folien durch Quetsch-Fließprozesse zu ermöglichen.