A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Elastodynamische Materialparameter
Ein Aspekt der Materie sind ihre mechanischen Eigenschaften. Dazu gehört der Effekt der Verformung unter Einwirkung von Kräften. Hiervon macht das Ingenieurwesen (z. B. in der Fertigungstechnik beim Umformen durch Pressen und Walzen) aber auch die Messtechnik (z. B. für Wägezellen) regen Gebrauch. Auch erfordern hohe Maschinengeschwindigkeiten (z. B. bei Kolbenmaschinen, Turbinen und zunehmend auch bei Robotern) die Berücksichtigung der Verformung infolge von Trägheitskräften. Das Gebiet der Akustik wiederum basiert auf der Ausbreitung von Verformungen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern. Die Irreversibilität dieser Prozesse kann in Form dämpfender Bauelemente für technische Anwendungen (z. B. bei Knautschzonen in der Sicherheitstechnik) genutzt werden. Gerade in der Bauakustik war aber der Einfluss der Materialdämpfung auf die Schalldämmung lange Zeit noch weitgehend unerforscht. Dies lag auch daran, dass bereits einfache technische Systeme große physikalische Komplexität besitzen und daher hohe Anforderungen an die Modellbildung stellen. Hierin hat die PTB Untersuchungen aufgenommen. Die Verformung und ihre Dämpfung hängen ab von u. a. der chemischen und physikalischen Beschaffenheit der Materialien und der Vorgeschichte von Verformung, Belastung und Umgebungsbedingungen wie der Temperatur. Die Beschreibung von Verformung und deren Dämpfung erfolgt mathematisch. In den Gleichungen tauchen quantifizierende materialspezifische Parameter auf, die experimentell zu bestimmen sind. Die Übertragbarkeit der Materialbeschreibung auf andere Anwendungsfälle ist eine äußerst wichtige Anforderung. Hierfür werden auch in der Bauakustik und in der PTB große Anstrengungen unternommen. Die Übertragbarkeit wird möglich, wenn die Materialbeschreibung unabhängig von der Bauteilgeometrie ausgeführt wird. Hierbei kommen infinitesimale Beschreibungen über Spannungs- und Verzerrungstensoren zum Einsatz. Ein einfacher Hookescher Zusammenhang reicht jedoch für viele industriell interessante Werkstoffe und auch in der Bauakustik nicht mehr aus, um deren Gedächtniseffekte zu beschreiben. Abhilfe schafft der Übergang auf die Beschreibung linear-viskoelastischen Verhaltens, formuliert z. B. mit Gedächtnisintegralen, inneren Variablen, oder - im Fall harmonischer Schwingungen - mit frequenzabhängigen komplexen Moduln. Die in den Materialbeschreibungen auftretenden Parameter müssen für jedes Material individuell bestimmt werden. Hierfür gibt es verschiedene, teils genormte Experimente. Häufig wird von Resonanzexperimenten Gebrauch gemacht, aber auch Stoß- und Ausschwingexperimente finden Anwendung.
Elastodynamische Materialparameter
Ein Aspekt der Materie sind ihre mechanischen Eigenschaften. Dazu gehört der Effekt der Verformung unter Einwirkung von Kräften. Hiervon macht das Ingenieurwesen (z. B. in der Fertigungstechnik beim Umformen durch Pressen und Walzen) aber auch die Messtechnik (z. B. für Wägezellen) regen Gebrauch. Auch erfordern hohe Maschinengeschwindigkeiten (z. B. bei Kolbenmaschinen, Turbinen und zunehmend auch bei Robotern) die Berücksichtigung der Verformung infolge von Trägheitskräften. Das Gebiet der Akustik wiederum basiert auf der Ausbreitung von Verformungen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern. Die Irreversibilität dieser Prozesse kann in Form dämpfender Bauelemente für technische Anwendungen (z. B. bei Knautschzonen in der Sicherheitstechnik) genutzt werden. Gerade in der Bauakustik war aber der Einfluss der Materialdämpfung auf die Schalldämmung lange Zeit noch weitgehend unerforscht. Dies lag auch daran, dass bereits einfache technische Systeme große physikalische Komplexität besitzen und daher hohe Anforderungen an die Modellbildung stellen. Hierin hat die PTB Untersuchungen aufgenommen. Die Verformung und ihre Dämpfung hängen ab von u. a. der chemischen und physikalischen Beschaffenheit der Materialien und der Vorgeschichte von Verformung, Belastung und Umgebungsbedingungen wie der Temperatur. Die Beschreibung von Verformung und deren Dämpfung erfolgt mathematisch. In den Gleichungen tauchen quantifizierende materialspezifische Parameter auf, die experimentell zu bestimmen sind. Die Übertragbarkeit der Materialbeschreibung auf andere Anwendungsfälle ist eine äußerst wichtige Anforderung. Hierfür werden auch in der Bauakustik und in der PTB große Anstrengungen unternommen. Die Übertragbarkeit wird möglich, wenn die Materialbeschreibung unabhängig von der Bauteilgeometrie ausgeführt wird. Hierbei kommen infinitesimale Beschreibungen über Spannungs- und Verzerrungstensoren zum Einsatz. Ein einfacher Hookescher Zusammenhang reicht jedoch für viele industriell interessante Werkstoffe und auch in der Bauakustik nicht mehr aus, um deren Gedächtniseffekte zu beschreiben. Abhilfe schafft der Übergang auf die Beschreibung linear-viskoelastischen Verhaltens, formuliert z. B. mit Gedächtnisintegralen, inneren Variablen, oder - im Fall harmonischer Schwingungen - mit frequenzabhängigen komplexen Moduln. Die in den Materialbeschreibungen auftretenden Parameter müssen für jedes Material individuell bestimmt werden. Hierfür gibt es verschiedene, teils genormte Experimente. Häufig wird von Resonanzexperimenten Gebrauch gemacht, aber auch Stoß- und Ausschwingexperimente finden Anwendung.
Elastodynamische Materialparameter
Elasto-dynamic material parameters
Schmelzer, Martin (author) / Kling, Christoph (author)
PTB-Mitteilungen ; 117 ; 53-55
2007
3 Seiten, 4 Bilder, 12 Quellen
Article (Journal)
German
Materialparameter ermitteln. Probenteilung bei der Partikelgrößenanalyse
| Tema Archive | 2007
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| UB Braunschweig | 2005